[发明专利]一种城市管网多传感器优化部署方法

说明书

本发明公开了一种城市管网多传感器优化部署方法，至少包括以下步骤：步骤S1：对城市排水管网监测传感器部署进行建模；步骤S2：针对步骤S1建立的模型设定优化目标；步骤S3：对步骤S2设立的优化目标进行求解得到优化部署方案。采用本发明的技术方案，在资源有限的前提下布置最优传感器网络对城市管道网络进行实时监测以获得最佳的监测效率，从而有效解决管网多传感器优化部署问题。

技术领域

本发明涉及城市管网多传感器技术领域，尤其涉及一种城市管网多传感器优化部署方法。

背景技术

城市排水管道是基础建设的重要组成部分，是保障日常生活的重要基础设施。由于管道设备老化、外力作用原因造成管道阻塞、泄漏等故障时有发生，常需要布置传感器网络对城市排水管道网络进行实时监测。为了在传感器资源有限的前提下获得最佳的监测效率，需要寻求一系列符合实际需求的优化部署方案，是一项具有实际应用意义的多目标优化问题(Multi-Objective Optimization Problem,MOP)。

MOP通过调用多个具有约束条件的决策变量来优化多个选定的目标函数。MOP问题是一个具有多个约束的非线性、非凸、不可微的多目标优化问题。利用传统的搜索方法例如分层求解法进行求解时，按目标函数的重要程度进行排序后转化为单目标优化求解，这样求得的结果由于加入了决策者主观要求，使得目标优性和重要度的差异难以调控和把握，且对于非线性的多目标优化问题难以求解。启发式搜索方法在决策变量数目较大的情况下能够保证较高的收敛速度和精确度。

在使用多目标进化算法进行求解时，需要对目标问题建立模型，构建目标函数和决策变量空间，并根据实际问题的各项约束条件对决策变量进行编码。在本文的应用场景中，若采用一般的平面区域建模方法进行编码，由于管道对传感器网络部署的限制，算法执行时决策变量约束条件过多，边界处理较为困难且运算速度较慢。若采用决策空间离散分布约束优化方法对决策空间进行分块处理，在决策变量数目过多时，上述问题就会变得过于复杂化，不适用于该问题求解。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种城市管网多传感器优化部署方法，管网模型采用一个由顶点集V和边集E组成的图G＝(V,E)进行建模，并对个体进行编码；以传感器对网络整体覆盖率和指定区域覆盖率为优化目标，应用并改进求解传感器优化部署问题的非支配解集。仿真实验结果表明，该算法在保证收敛性的前提下提高了优化解集的多样性，可有效解决管网多传感器优化部署问题。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种城市管网多传感器优化部署方法，至少包括以下步骤：

步骤S1：对城市排水管网监测传感器部署进行建模；其中，采用无向图模型对排水管网进行建模，模型包括顶点集V＝{(x_i,y_i)|i＝1,2,…,M}和边集E＝{e_ij|i＝1,2,…,M；j＝1,2,…,M}，其中M为节点编号；e_ij表示节点间的距离，若节点i和节点j不连接，则e_ij＝0，组成图G＝(V,E)；将城市排水管网监测传感器的部署问题数学模型表述为如下形式：

max{z₁＝f₁(x),z₂＝f₂(x),…z_q＝f_q(x)} (1)

s.t.g_i(x)≤0,i＝1,2,…,m (2)