視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于雙倍體遺傳算法的多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中多移動目標(biāo)監(jiān)測優(yōu) 化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)具備數(shù)據(jù)、圖像和視頻等多媒體信息感知、采集、處理和傳輸能 力，是一種有效的狀態(tài)感知、信息采集和目標(biāo)跟蹤手段，在工農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域展 現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 盡管視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)日趨成熟，但就現(xiàn)有的研究成果來看，絕大多數(shù)目標(biāo)覆蓋問 題是針對靜態(tài)目標(biāo)展開的，對于具備隨機(jī)性特征的移動目標(biāo)持續(xù)性監(jiān)測問題以及多移動目 標(biāo)覆蓋問題的研究還是比較缺乏，這直接影響到了監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測質(zhì)量。因此，研究視 頻傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動目標(biāo)監(jiān)測優(yōu)化策略對于提高整個視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測性能，改善 監(jiān)測質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。
[0004] 視頻傳感器是一種有向感知模型，即節(jié)點(diǎn)的感知范圍是一個以節(jié)點(diǎn)為圓心，感知 距離為半徑的扇形區(qū)域。由基于有向感知模型的視頻傳感節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為視頻傳感 器網(wǎng)絡(luò)。鑒于監(jiān)測區(qū)域普遍地勢復(fù)雜以及存在不可知性，視頻傳感器部署大都采用投擲，噴 射等隨機(jī)部署方式進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)隨機(jī)分布狀態(tài)。這樣勢必為監(jiān)測帶來了難題，必須旋轉(zhuǎn)視 頻傳感器的感知方向來動態(tài)地監(jiān)測每一個時刻的多移動目標(biāo)。
[0005] 視頻傳感節(jié)點(diǎn)3」可由五元組<力,力山,〇1，9>表示，其中1和 7表示節(jié)點(diǎn)在監(jiān)視區(qū)域中 的平面位置，L表示節(jié)點(diǎn)的感知距離，a表示節(jié)點(diǎn)的感知視角，表示節(jié)點(diǎn)的感知方向角。 所以每個視頻傳感節(jié)點(diǎn)I的感知范圍是一個以〈^，&>為圓心、半徑L、夾角為a的扇形區(qū) 域，扇形區(qū)域的中心線t角度為cp。
[0006] 假設(shè)給定監(jiān)測區(qū)域出現(xiàn)的目標(biāo)集合T=ITiIi= 1，2,…n}和視頻傳感器節(jié)點(diǎn)集合 S= {S」j= 1，2,…m},每個視頻傳感器節(jié)點(diǎn)由五元組表示Sj=<Xj，yj，L，a，(p>，每個視頻傳感 器基本參數(shù)規(guī)格相同。任一視頻傳感器可以按順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，即對于視頻傳感器節(jié) 點(diǎn)Sj,它的初始感知方向角為9,可以順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)|A|角度（AG[-31，31 ])，旋轉(zhuǎn) 后該傳感器節(jié)點(diǎn)更新為8/=<$，辦1^， (?'>，其中新的感知方向角9'=(9+八)〇10￡1271：(其中1]10(1 算子表示實(shí)數(shù)取余數(shù)）。
[0007] 現(xiàn)有的監(jiān)測方法無法滿足多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測的需要，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服已有視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)監(jiān)測方式的多移動目標(biāo)的覆蓋質(zhì)量較差、無法 滿足多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測的不足，本發(fā)明提供了一種對每一個時刻進(jìn)行全局優(yōu)化，有效地 提高多移動目標(biāo)的覆蓋質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)覆蓋最大化的視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于雙倍體遺傳算法的 多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測優(yōu)化方法。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0010] 一種視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于雙倍體遺傳算法的多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測優(yōu)化方法，所 述的方法包括以下步驟：
[0011] (1)在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署多個視頻傳感器節(jié)點(diǎn)，從服務(wù)器獲取視頻傳感器節(jié)點(diǎn) 集合S={SjIj= 1，2,…m};
[0012] (2)從服務(wù)器更新監(jiān)測移動目標(biāo)序列，對新監(jiān)測到的移動目標(biāo)進(jìn)行編號，并加入到 移動目標(biāo)集合T=ITiIi= 1，2,…n}中；
[0013] (3)預(yù)測移動目標(biāo)的下一刻位置
[0014] (3. 1)根據(jù)每個移動目標(biāo)的前兩個軌跡點(diǎn)線性預(yù)測下一個時刻的位置，設(shè)定移動 目標(biāo)當(dāng)前位置為PiOCi,YiX移動目標(biāo)凡前兩個軌跡點(diǎn)是TU和t，\ t>， Ti^1表示移動目標(biāo)T在t-1時刻的位置，T表示移動目標(biāo)T在t時刻的位置，P冰Tin1'^通過計算推出，假設(shè)在時間間隔八七內(nèi)目標(biāo)1從點(diǎn)1\,0^,，￥1，,>到？ 10^￥1>以速度￥
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于雙倍體遺傳算法的多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測優(yōu)化方法，其特 征在于：所述的方法包括W下步驟： (1) 在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署多個視頻傳感器節(jié)點(diǎn)，從服務(wù)器獲取視頻傳感器節(jié)點(diǎn)集合 S =怯J'l j = 1，2,…m}; (2) 從服務(wù)器更新監(jiān)測移動目標(biāo)序列，對新監(jiān)測到的移動目標(biāo)進(jìn)行編號，并加入到移動 目標(biāo)集合T =化I i = 1，2,…n}中； (3) 預(yù)測移動目標(biāo)的下一刻位置 (3. 1)根據(jù)每個移動目標(biāo)的前兩個軌跡點(diǎn)線性預(yù)測下一個時刻的位置，設(shè)定移動目標(biāo) 當(dāng)前位置為Pi<X。Yi〉，移動目標(biāo)Ti前兩個軌跡點(diǎn)是T L t_i，Yi，t_i>和Ti，t<Xi，。\ t〉，Ti， 表示移動目標(biāo)Ti在t-1時刻的位置，T i t表示移動目標(biāo)T i在t時刻的位置，P i由T Ti，t 通過計算推出，假設(shè)在時間間隔A t內(nèi)目標(biāo)i從點(diǎn)Ti，t<Xi，t, Yi，t>到Pi<X。Yi> W速度V做勻 速直線運(yùn)動，計算得到IVtPi所在的直線方程：
，結(jié)合
計算得到移動目標(biāo)Ti的預(yù)測位置P Yi〉
Yi=k狂 i-X")巧 (3. 2)根據(jù)預(yù)測所有移動目標(biāo)的位置和監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的可監(jiān)測區(qū)確定節(jié)點(diǎn)可覆蓋節(jié)點(diǎn)集合 Y= {Yuli = l，2*"n，j = l，2*"m}，W監(jiān)測節(jié)點(diǎn)位置為圓也，感知半徑L為半徑的圓形區(qū) 域，稱為可監(jiān)測區(qū)，位于監(jiān)測節(jié)點(diǎn)i可監(jiān)測區(qū)內(nèi)的移動目標(biāo)j稱為Yy; (4) 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一張覆蓋旋轉(zhuǎn)角度表 (4. 1)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)Sj.依照Y。中給出可監(jiān)測區(qū)內(nèi)的所有移動目標(biāo)，對每個移動目標(biāo)T i計 算覆蓋旋轉(zhuǎn)角度，構(gòu)成集合AA = { AAj(i) I i = 1，2…n, j = 1，，節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的 感知方向角巧計算出覆蓋到移動目標(biāo)Ti預(yù)測位置P i需要旋轉(zhuǎn)的角度AA，將信息添加到 覆蓋旋轉(zhuǎn)角度表中；根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置Sj.和預(yù)測位置P i計算向量馬巧的方向角中，計算節(jié)點(diǎn) 的感知方向角巧與中的逆時針夾角angle ;如果angle大于31，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)S j需要旋轉(zhuǎn)的角 度AA^i) = 2n-angle-a/2 ;如果angle小于，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)Sj需要旋轉(zhuǎn)的角度 =-angle+ a /2 ; (4. 2)每個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)送自己的覆蓋旋轉(zhuǎn)角度表； (5) 基于雙倍體遺傳算法決策監(jiān)測節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn) (5. 1)每個個體具有兩條染色體，一條是顯性染色體，一條是隱性染色體，分別對兩條 染色體進(jìn)行編碼，初始狀態(tài)顯性和隱性設(shè)置為相同的參數(shù)，其中，V為顯性染色體，V'為隱性 染色體； (v[AAi(i)，AA2(i)... AAm(i)]，V，[AAi(i)，AA2(i)... AAm(i)]}，i = 1,2. ..n ;

每條染色體都有m個基因位，每個基因位代表監(jiān)測點(diǎn)Sj.的旋轉(zhuǎn)角度，并初始化群體； (5. 2)設(shè)計適應(yīng)度函數(shù)F:
其中目i為^的方向角 (5. 3)按照每個個體的顯性染色體的適應(yīng)度分配其被選擇的概率，隨機(jī)選擇兩個個體 進(jìn)行交叉操作； (5.4) 對被選擇的兩個個體的顯性染色體和隱性染色體分別進(jìn)行交叉操作，在兩 條顯性染色體上分別隨機(jī)選擇兩個交叉點(diǎn)1《a, b《m，然后將兩個交叉點(diǎn)之間的基因 Vi[AAa(i)，AAa+i(i)... AAb(i)]，V2[AAa閑，AA:,_|(i)...AAb湖相互交換； 交換后兩條染色體分別為 Vi[AA|(i)...AA:,〇)，AA;,-i(i)...AAb(i)...AA"i(〇]， v][AA|(i) .../AA;,(i)，AA。-i(i)...AAh(i)...AA|ii(iX|; 隱性染色體交叉操作與顯性染色體相同； (5.5) 取群體中的個體，對其顯性染色體作變異操作，隨機(jī)挑選多個基因位AAj.(i) W 變異概率P。作變動，即AA^i) = AA^i)± A A，A A G [〇,2n]，對隱形染色體W變異概 率 P。'作變動，P。' G (2P。，1); (5. 6)對所有個體的染色體顯隱性進(jìn)行重新排定，個體中的兩條染色體分別作適應(yīng)度 計算，適應(yīng)值較大的染色體定為顯性染色體，適應(yīng)值較小的染色體定為隱性染色體； (5. 7)從（5. 3)開始循環(huán)每一個步驟直到達(dá)到迭代次數(shù)； (6)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)按照較優(yōu)解旋轉(zhuǎn) (6.1)遺傳算法結(jié)束后，服務(wù)器獲得遺傳算法解得的較優(yōu)個體，其顯性染色體 v[AAi(i)，AA2(i)... AAm(i)]為較優(yōu)解，每個基因位代表對應(yīng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)旋轉(zhuǎn)的角度AA; (6. 2)服務(wù)器將較優(yōu)解回傳給每個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)尋找到自己的基因位，并且進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)； (6.3)等待一個時間步長后重新計算，直至監(jiān)測結(jié)束。
【專利摘要】一種視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于雙倍體遺傳算法的多移動目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測優(yōu)化方法，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署視頻傳感器節(jié)點(diǎn)，線性預(yù)測移動目標(biāo)下一時刻的位置，并給出了如何基于雙倍體遺傳算法來調(diào)度視頻傳感器節(jié)點(diǎn)動態(tài)監(jiān)測移動目標(biāo)的過程。該方法能夠計算出每個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)為覆蓋到盡可能多的移動目標(biāo)需要旋轉(zhuǎn)的角度，并且由服務(wù)器全局計算較優(yōu)解，最后通知所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該發(fā)明能夠有效地提高多移動目標(biāo)的覆蓋質(zhì)量，動態(tài)地監(jiān)測多移動目標(biāo)，并用雙倍體遺傳算法的優(yōu)化方法為實(shí)現(xiàn)高效的多目標(biāo)動態(tài)監(jiān)測提供了可能。
【IPC分類】H04W24-02, H04W16-18
【公開號】CN104602251
【申請?zhí)枴緾N201410850540
【發(fā)明人】蔣一波, 盛尚浩, 樓弘, 鄭建煒
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月31日