复杂山地环境中大规模异构三维传感器网络节点定位与覆盖技术研究

In order to meet the practical needs of the ecological environment monitoring in Qilian Mountains, this project studies the node localization algorithm in three-dimensional (3D) mobile environment, and puts forward a method of 3D positioning of fuzzy information based on mobile anchor node. This project studies the network coverage optimization in complex mountain environment, establishes the 3D directional sensing model and the coverage optimization algorithm based on virtual power for monitoring application. In order to solve the problem of blind coverage in the initial random deployment of heterogeneous sensor network nodes, the node scheduling algorithm based on dynamic energy aware is studied. The research results of the project will bring new enlightenment to the node localization and coverage control technology and theoretical algorithm of wireless sensor network. It will provide the theoretical basis and technical reserve for the real-time monitoring, early warning and emergency treatment of the ecological environment monitoring. Also, It has important theoretical and practical reference value for the scientific and effective protection of the ecological environment of Qilian Mountains and the construction of ecological security barrier in Northwest china.

本项目面向祁连山生态环境监测的现实需求，研究三维移动环境下的节点定位算法，提出基于移动锚节点的模糊信息三维定位方法；研究复杂山地环境中的网络覆盖优化，建立适合监测应用的三维有向感知模型和基于虚拟势力的覆盖优化算法；针对异构传感网络节点初始随机部署时产生覆盖盲区的问题，研究基于动态能量感知的节点调度算法。项目的研究成果将为无线传感器网络节点定位与覆盖控制技术及理论算法带来新的启示；为生态环境监测的实时监控、预警预报与应急处理提供理论基础和技术储备；对科学、有效的保护祁连山生态环境，建设我国西北生态安全屏障具有重要的理论和实际应用价值。

无线传感器网络节点定位与覆盖控制技术在祁连山生态环境监测和自然灾害监测中的试验与示范应用，对科学、有效地保护祁连山生态环境，促进西北地区生态环境保护，建设国家生态安全屏障，实现经济发展与环境保护的和谐统一具有重要意义。基于上述背景，在复杂山地环境中，本课题围绕大规模异构三维无线传感器网络节点定位、覆盖控制、节点调度和无线智能感知等方面内容展开深入研究。通过本项目的实施，在无线传感器定位与覆盖优化、三维移动环境下的节点定位、复杂山地环境中的网络覆盖优化、异构无线传感器的节点调度等方面取得重要进展与突破，另外，在无线感知、定位、行为识别等方面获得了新方法和技术，共发表学术论文53篇，其中，SCI收录数25篇，EI收录2篇；出版专著1部；申请发明专利 9项，获得发明专利3项，获得软件著作权14项。相关的研究成果为多灾种相结合的多尺度分层次自然灾害监测预警与防范科技提供支撑能力，有利推动关键技术、信息服务、仪器装备的标准化、产品化和产业化，相关技术为甘肃省气象服务中心、青海省气象服务中心、宁夏回族自治区气象中心、陇南气象局、白银气象局在自然灾害预警提供技术支撑，并进行应用和推广，与兰州大方电子有限责任公司合作，进行成果转化及开发应用系统8项，相关技术成果已在陕西安康市，甘肃省陇南市、甘南藏族自治州、岷县、漳县，青海省玉树，山西汾阳市等多个城市的灾害应急处置与恢复重建进行示范应用，有非常好的实用性和推广性，2020年获得甘肃省科技进步三等奖。项目的研究成果为祁连山生态保护区内森林资源监测、荒漠化监测、野生动植物调查、湿地调查和森林火灾监测提供新的技术。对科学、有效的保护祁连山生态环境，建设我国西北生态安全屏障具有重要的理论和实际应用参考价值。相关技术在甘肃祁连山国家级自然保护区管理局、陇西中天药业有限责任公司、风沙危害区生态修复与沙产业协同创新中心等多家单位和公司应用。2019年获得甘肃省科技进步三等奖。