無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)部署算法與部署機(jī)器人若干技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，其應(yīng)用范圍涵蓋生物觀測(cè)、軍事偵察、建筑物檢測(cè)、人體健康監(jiān)測(cè)等一系列領(lǐng)域。本文所研究的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)部署問題是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)研究之一。考慮到真實(shí)環(huán)境對(duì)節(jié)點(diǎn)間無(wú)線通信連接的影響，本文采用一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人在目標(biāo)區(qū)域逐一部署傳感器節(jié)點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的全覆蓋和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的連接?；诖朔N部署模式，本文分別研究了具有實(shí)用性的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)算法。針對(duì)機(jī)器人在實(shí)際部署中需要相互配合和感知環(huán)境的需求，

2、本文研究了部署機(jī)器人的幾種新技術(shù)并設(shè)計(jì)了樣機(jī)。本文的研究成果和主要貢獻(xiàn)如下:
　　 研究基于傳感器實(shí)際通信限制和實(shí)際覆蓋模型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)部署問題。提出了基于一個(gè)機(jī)器人或多個(gè)機(jī)器人協(xié)作的增量式部署算法。機(jī)器人采用環(huán)路丟包率評(píng)價(jià)真實(shí)環(huán)境對(duì)無(wú)線通信質(zhì)量的影響，實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的連接性，保證已部署傳感器節(jié)點(diǎn)的連接。采用協(xié)作概率模型作為傳感器的覆蓋模型，使目標(biāo)區(qū)域覆蓋度滿足預(yù)設(shè)要求。通過仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法的有效性。
　　 研究

3、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在電力架空輸電線覆冰厚度檢測(cè)中的部署應(yīng)用。首先提出了一種新的基于電容傳感器的覆冰厚度檢測(cè)方法并設(shè)計(jì)了檢測(cè)傳感器，然后據(jù)此建立了覆冰傳感器的覆蓋模型。最后根據(jù)所提出的部署算法在電力架空線上的適當(dāng)位置部署覆冰傳感器，組成一個(gè)覆蓋待監(jiān)測(cè)架空線的無(wú)線覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此項(xiàng)研究?jī)?nèi)容是上述部署算法的應(yīng)用實(shí)例，以此說明在實(shí)際問題中如何部署傳感網(wǎng)絡(luò)，從而證明了部署算法的實(shí)用價(jià)值。
　　 研究基于傳感器實(shí)際通信限制和實(shí)際覆蓋模型的無(wú)線傳感

4、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)問題。當(dāng)傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，在幸存節(jié)點(diǎn)和故障節(jié)點(diǎn)位置、障礙物形狀和位置未知的情況下，推廣上述部署算法，利用一個(gè)或多個(gè)部署機(jī)器人通過部署盡量少的新節(jié)點(diǎn)重建傳感網(wǎng)絡(luò)的連接以及重新滿足目標(biāo)區(qū)域的覆蓋要求。解決了機(jī)器人在維護(hù)過程中搜索幸存節(jié)點(diǎn)和避開障礙物的問題。
　　 針對(duì)部署機(jī)器人協(xié)調(diào)控制的需求，設(shè)計(jì)制作了既能測(cè)量機(jī)器人間相對(duì)位置又能區(qū)分不同機(jī)器人的紅外傳感器，并分析其工作原理。此傳感器不受反射表面材質(zhì)的影響且可以在光線不足的

5、環(huán)境中使用?；诖思t外傳感器，設(shè)計(jì)了用于多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制的平臺(tái)。此種相對(duì)位置測(cè)量技術(shù)為多機(jī)器人協(xié)調(diào)部署傳感網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)支撐。提出了基于無(wú)線通信的多機(jī)器人集結(jié)算法，和一種改進(jìn)的多機(jī)器人旋轉(zhuǎn)追蹤隊(duì)形控制算法。此兩種算法解決了多部署機(jī)器人的兩個(gè)重要協(xié)調(diào)控制問題。把機(jī)器人平臺(tái)分別應(yīng)用于集結(jié)和隊(duì)形控制問題中，通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法和機(jī)器人平臺(tái)的性能。
　　 針對(duì)部署機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中需要感知周圍環(huán)境的需要，研究機(jī)器人的三維環(huán)境感知系統(tǒng)

6、。利用二維激光掃描儀構(gòu)建三維掃描系統(tǒng)，使得機(jī)器人在光線不足的條件下仍能感知周圍環(huán)境。設(shè)計(jì)了視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維掃描裝置，分析如何由二維激光掃描儀獲得三維圖像。針對(duì)多幅三維圖像合成目標(biāo)物體三維模型的問題，提出了選擇重疊區(qū)域的視點(diǎn)規(guī)劃算法。此種三維感知系統(tǒng)為機(jī)器人在部署過程中檢測(cè)障礙物和識(shí)別物體提供了一種技術(shù)手段。
　　 本文所提出的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)算法，不僅進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真而且通過多組實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性和實(shí)用性