基于农田电子地图的无线传感器网络节点智能部署方法

摘要

本发明公开了一种基于农田电子地图的无线传感器网络节点智能部署方法，属于数字化农业领域。该方法通过电子地图读取每个田块最大、最小经纬度的边界信息，根据边界信息构建遗传算法的染色体（个体）。遗传算法的优化目标为每田块有且仅有一个节点，每个节点附近应至少有两个处于通信范围内的邻居节点以实现两连通，两连通中应至少有一个网关方向的连通。根据优化目标，通过遗传算法的进化最终实现农田无线传感器网络节点的智能部署。本发明方法可快速高效的实现大范围农田无线传感器网络节点的智能化部署。

主权项

一种基于农田电子地图的无线传感器网络节点智能部署方法，其特征在于，采用如下步骤：步骤(1)，首先，读取农田的矢量电子地图，获得每一田块边界的最小经度最大经度最小纬度和最大纬度其中：i∈[1,n]，n为田块数量；然后，指定网关位置的经度Lon_gw和纬度Lat_gw，指定节点的传输距离R；步骤(2)，构建染色体：采用实数编码，随机生成每个田块部署节点的位置，即经度Lon_i和纬度Lat_i，按每个田块节点部署位置顺序的串连构建染色体，继而生成初始群体；其中，${\mathrm{Lon}}_i\in [{\mathrm{Lon}}_{i_{\min }},{\mathrm{Lon}}_{i_{\max }}],$${\mathrm{Lat}}_i\in [{\mathrm{Lat}}_{i_{\min }},{\mathrm{Lat}}_{i_{\max }}];$步骤(3)，计算个体适应度Fitness，Fitness＝Fitness_internal+Fitness_2con+Fitness_direc；其中Fitness_internal为节点位置落于对应田块内部的得分，Fitness_2con为节点至少有两连通的得分，Fitness_direc为节点的连通中至少有一个网关方向连通的得分；节点周围通信范围内的其它节点为邻居节点，每存在一个邻居节点即为一个连通；其中，Fitness_internal的计算方法为：${\mathrm{Fitness}}_{\mathrm{internal}}=\frac{0.5}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{F}_{i_{\mathrm{internal}}},$n为节点数量，即田块数量；Fitness_2con的计算方法为：${\mathrm{Fitness}}_{2\mathrm{con}}=\frac{0.40785}{n+1}(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{F}_{i_{2\mathrm{con}}}+F_{{\mathrm{gw}}_{2\mathrm{con}}}),$n为节点数量，即田块数量；Fitness_direc的计算方法为：${\mathrm{Fitness}}_{\mathrm{direc}}=\frac{0.09215}{n_{\mathrm{ng}}}\underset{i=1}{\overset{n_{\mathrm{ng}}}{\Sigma }}{\left(\frac{{\theta }_i}{180}\right)}^2,$其中，n_ng为与网关的距离大于节点传输距离的节点数量，θ_i为节点i的邻居节点与节点i和网关的最大夹角；步骤(4)，根据个体的适应度执行遗传算法的选择、交叉和变异操作，生成子代群体；步骤(5)，重复步骤(3)和(4)进行遗传算法的迭代，直到满足结束准则；步骤(6)，解码迭代过程中的最优个体，得到农田节点部署的位置信息。