視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制及協(xié)作處理方法研究.pdf

1、覆蓋控制和協(xié)作處理是以視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的目標(biāo)監(jiān)測應(yīng)用的兩個關(guān)鍵問題和研究的熱點。在傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，覆蓋控制和協(xié)作處理技術(shù)已經(jīng)積累了較多的研究成果。近年來，隨著新型視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，其節(jié)點方向性感知和媒體大數(shù)據(jù)量等顯著特點，現(xiàn)有方法不能有效適用。這就迫切需要我們設(shè)計出一系列新的覆蓋控制和協(xié)作處理方法。本論文圍繞著視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點感知模型、覆蓋控制及協(xié)作處理等關(guān)鍵問題開展深入研究，側(cè)重點于視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域覆蓋增強(qiáng)、路徑覆蓋

2、增強(qiáng)、層次性協(xié)作模型以及基于視覺相關(guān)性的協(xié)作圖像處理等幾個方面。針對上述問題，提出了相應(yīng)的新模型和算法，并給出了分析和仿真。本論文的主要創(chuàng)新點如下： (1)在現(xiàn)有的有向感知模型基礎(chǔ)上，設(shè)計一種新型的方向可調(diào)感知模型，以有效刻畫視頻傳感器節(jié)點的感知能力；并抽象了視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作信息處理的層次協(xié)作模型。 (2)研究利用位置固定但傳感方向可調(diào)的視頻傳感器節(jié)點實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)問題。基于圖論和計算幾何方法，提出一種集中式的

3、區(qū)域覆蓋增強(qiáng)算法。該算法采用“分而治之”思想，將對整個監(jiān)測區(qū)域覆蓋增強(qiáng)問題劃分為若干個子區(qū)域覆蓋增強(qiáng)問題，大大降低算法計算復(fù)雜度，加速網(wǎng)絡(luò)區(qū)域覆蓋增強(qiáng)進(jìn)程。另外，區(qū)域覆蓋增強(qiáng)方案一經(jīng)匯聚節(jié)點確定，網(wǎng)絡(luò)中所有視頻傳感器節(jié)點并發(fā)地進(jìn)行傳感方向的一次性重置。仿真實驗表明：該算法能以較小的代價獲得整個視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域覆蓋性能的改善。 (3)基于虛擬勢場方法，提出一種分布式的視頻傳感器區(qū)域覆蓋增強(qiáng)算法。通過引入“質(zhì)心”的概念，將待解決問

4、題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)質(zhì)心點均勻分布問題，以質(zhì)心點圍繞節(jié)點作圓周運(yùn)動來代替視頻傳感器節(jié)點傳感方向的轉(zhuǎn)動。眾多質(zhì)心點在虛擬力作用下作擴(kuò)散運(yùn)動，逐步消除視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中感知重疊區(qū)和盲區(qū)。仿真實驗表明：該算法能顯著地增強(qiáng)視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域覆蓋性能，提高網(wǎng)絡(luò)對目標(biāo)的探知能力。 (4)針對視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)跟蹤問題，提出一種基于虛擬勢場方法的路徑覆蓋增強(qiáng)算法。通過引入“質(zhì)心”和“運(yùn)動軌跡點”的概念，將待解決問題轉(zhuǎn)化為質(zhì)心點-運(yùn)動軌跡點，質(zhì)心點-質(zhì)

5、心點間虛擬力作用問題。該算法在保證路徑最大化覆蓋的同時，也兼顧相鄰視頻傳感器節(jié)點間覆蓋重疊區(qū)域盡可能小，進(jìn)而實現(xiàn)路徑的充分高效覆蓋。仿真實驗表明：該算法可以顯著提高對目標(biāo)路徑的覆蓋性能，改善網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤質(zhì)量。 (5)基于視覺相關(guān)性，研究適用于視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)監(jiān)測應(yīng)用的協(xié)作處理方法。考慮到視頻傳感器節(jié)點的有限資源和相鄰節(jié)點間冗余視覺信息，采用協(xié)作思想將同一場景的視覺監(jiān)測任務(wù)分配到相關(guān)度較大的多個視頻傳感器節(jié)點上。特別地，基于立