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山东大学学报 (工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (1): 30-35.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.195

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基于可视化的森林火灾监测节点优化部署策略

赵鹏程(),张福全*(),杨绪兵,吴寅   

  1. 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
  • 收稿日期:2018-05-31 出版日期:2019-02-20 发布日期:2019-03-01
  • 通讯作者: 张福全 E-mail:jerry19930325@163.com;zfq@njfu.edu.cn
  • 作者简介:赵鹏程(1993—)，男，江苏南京人，硕士研究生，主要研究方向为林业物联网. E-mail:jerry19930325@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(31670554);江苏省自然基金项目(BK20161527);国家自然科学基金项目(31700478)

Optimal deployment strategy of forest fire monitoring nodes based on visualization

Pengcheng ZHAO(),Fuquan ZHANG*(),Xubing YANG,Yin WU   

  1. College of Information Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China
  • Received:2018-05-31 Online:2019-02-20 Published:2019-03-01
  • Contact: Fuquan ZHANG E-mail:jerry19930325@163.com;zfq@njfu.edu.cn
  • Supported by:
    国家自然科学基金面上项目(31670554);江苏省自然基金项目(BK20161527);国家自然科学基金项目(31700478)

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摘要：

由于森林防火传感器节点成本高、部署区域大，优化部署效率是其应用时所面临的主要问题。为使节点部署成本与覆盖效率之间相互协调，提出一种基于可视化的森林火灾监测节点优化部署策略。以实际森林环境为基础，对预置节点做可视域分析；通过建立节点可视域面积关联矩阵，使用互信息算法贪婪地选择覆盖效率最高的预置节点；在预算受限时利用子模算法预估最佳的节点部署数量。该策略既保证了覆盖效率，又减少了部署成本，是一种高性价比的森林火灾监测节点部署策略。

关键词: 森林防火, 覆盖算法, 子模模型, 可视化, 互信息

Abstract:

Because of the high cost of forest fire monitoring sensor nodes and large deployment area, the optimization of the deployment efficiency was the main problem in application. In order to coordinate the deployment cost and coverage efficiency of nodes, a visualization-based optimal monitoring nodes deployment strategy was proposed. This strategy was based on a practical dataset from the forest environment, and made viewshed analysis of the candidate nodes. The mutual information algorithm was used to greedily select the location with the highest coverage efficiency by using the viewshed area association matrix of the nodes. The optimal number of nodes was calculated under the cost constraints by the submodular algorithm. This strategy ensured coverage efficiency, and reduced deployment cost. It was a cost-effective deployment strategy for forest fire monitoring nodes.

Key words: forest fire prevention, covering algorithm, submodular model, visualization, mutual information

中图分类号: 

  • TP399

图1

多观测节点可视域分析"

图2

模型示意图"

图3

传感器观测候选点布置"

图4

全覆盖节点分布图"

表1

全覆盖优化结果"

覆盖次数 栅格个数 比例/%
1 7 584 15.49
2 23 035 47.05
3 15 265 31.18
4 2 957 6.04
＞4 119 0.24

表2

成本限定下的最大覆盖结果"

传感器预算/元 覆盖栅格数 覆盖区域/% 未覆盖区域/% 一次覆盖/% 二次覆盖/%
420 000 42 018 85.82 14.18 46.71 31.66
540 000 45 317 92.68 7.32 43.39 35.19
660 000 46 196 94.35 5.65 31.33 36.93
780 000 48 458 98.97 1.03 23.42 41.35

图5

覆盖率、预算和传感器数目关系图"

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