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基于改进麻雀搜索算法的WSN覆盖优化研究

基于改进麻雀搜索算法的WSN覆盖优化研究

作者：赵尚飞重庆三峡学院

学位级别：硕士

在新时代下,随着科技技术的进步,对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的研究越发重视。无线传感器是万物互联接入物联网世界的大门。传感器设备通过智能感知、处理控制、无线通信等将采集的数据交付主机终端或用户处理。无... 详细信息

在新时代下,随着科技技术的进步,对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的研究越发重视。无线传感器是万物互联接入物联网世界的大门。传感器设备通过智能感知、处理控制、无线通信等将采集的数据交付主机终端或用户处理。无线传感器网络覆盖优化中最重要的技术是解决网络服务质量和延长网络生存周期,其中能耗均衡是网络质量的影响因素之一,改善节点能耗,避免网络节点提前死亡,而形成网络覆盖空洞。除此之外,覆盖率也是网络服务质量的关键因素之一,受到大量学者的研究和关注。众所周知,在无线传感器领域,无线传感器节点部署在恶劣环境中,受到节点电池能量有限的约束,往往会造成覆盖空洞或者节点冗余等现象,进而影响网络的服务质量,缩短了网络的使用寿命。因此,如何合理的部署节点,使其在目标监测区域分布的更加均匀,冗余度低,达到最大的覆盖效果,对WSN覆盖优化研究具有很大的意义。本文主要研究工作有以下几点:(1)针对WSN覆盖优化问题,要找到一种有效可行的算法,即能将WSN覆盖优化与智能优化算法结合的算法,提出了一种基于混合策略麻雀搜索算法(Hybrid Strategy Sparrow Search Algorithm,HSSSA)的WSN优化算法。该算法首先考虑了混沌系统和反向学习策略的特点,利用Tent混沌映射初始化麻雀种群,增加种群的多样性;再用反向学习策略生成反向解扩大搜索范围,提高算法全局的搜索能力;加入惯性因子选择对预警麻雀个体进行Levy策略更新,提高算法局部搜索能力;对最优麻雀位置进行随机游走扰动进一步提高局部的搜索能力。通过基准测试函数,测试改进算法HSSSA的稳定性和可行性。(2)针对二维平面下的WSN覆盖优化,建立数学模型,以覆盖率为优化指标,建立WSN覆盖优化目标函数。针对HSSSA算法的WSN覆盖优化的有效性,选取不同大小的监测区域进行两组仿真实验,一是测试HSSSA算法优化部署与随机部署、SSA算法优化部署前后的效果。实验结果表明,HSSSA优化整个网络的覆盖率约为96.28%,比随机节点部署覆盖率提升了12.04%,比SSA算法节点部署覆盖率提升了9.97%。二是要测试HSSSA算法和单一策略改进的SSA算法部署优化的效果,实验结果表明,HSSSA优化后的WSN覆盖率相比于SSA、SSAL和SSARW算法分别提高了12.11%、8.16%和2.99%。两组仿真结果显示,HSSSA算法使得监测区域内的节点分布更加均匀,覆盖率得到了明显的提高。(3)针对三维空间下的WSN覆盖优化,建立空间立体覆盖数学模型,以覆盖率为优化指标,将所有节点感知半径形成的球体积占整个目标空间的体积为覆盖空间。通过一组仿真实验,对比HSSSA、SSA、SSAL和SSARW的WSN覆盖优化效果,仿真实验结果显示,HSSSA覆盖优化使得节点分散的空间范围更大,增大节点覆盖的体积,HSSSA的空间覆盖率较SSARW、SSA、SSAL分别提高了2.37%、2.3%和1.41%。

关键词：无线传感器网络麻雀搜索算法优化策略覆盖率

WSN中基于改进麻雀搜索算法的多目标覆盖优化

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电子测量技术 2022年第15期45卷 48-56页

作者：武娟李洪兵罗磊崔浩赵尚飞重庆三峡学院三峡库区地质环境监测与灾害预警重庆市重点实验室重庆404120 重庆三峡学院智能信息处理与控制重庆高校市级重点实验室重庆404120 重庆三峡学院物联网与智能控制技术重庆市工程研究中心重庆404120 北京邮电大学人工智能学院北京100876

针对无线传感器网络中(WSNs)节点随机部署造成覆盖不充分问题,提出了一种改进麻雀搜索-覆盖率增量(ISSA-ICR)算法。首先,ISSA针对探索者向原点收敛的问题,改进探索者位置更新方式,避免算法陷入局部最优解;其次,在算法迭代阶段引入以迭... 详细信息

针对无线传感器网络中(WSNs)节点随机部署造成覆盖不充分问题,提出了一种改进麻雀搜索-覆盖率增量(ISSA-ICR)算法。首先,ISSA针对探索者向原点收敛的问题,改进探索者位置更新方式,避免算法陷入局部最优解;其次,在算法迭代阶段引入以迭代次数为自由度参数的t分布扰动以及探索者-追随者数量动态调整策略,平衡算法全局和局部搜索能力;再次,采用随机回归的越界处理策略,合理处理个体越界重定位问题,并确定节点待部署位置;最后,基于ICR策略构建节点调度优化模型以确定最终部署位置。仿真结果表明,与麻雀搜索算法、标准粒子群优化算法及自适应虚拟力扰动麻雀搜索算法相比,ISSA-ICR节点覆盖多目标优化算法分别提升了目标区域4.96%、8.81%及3.84%的覆盖率,使节点分布更均匀,同时减少了节点移动距离。

关键词：无线传感器网络多目标优化改进麻雀搜索算法节点调度

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基于混合策略麻雀搜索算法的WSN覆盖优化

电子测量技术 2022年第23期45卷 174-180页

作者：陈立万赵尚飞曾蝶欧俊崔浩重庆三峡学院教师教育学院重庆404120 重庆三峡学院电子与信息工程学院重庆404120

为了有效提高无线传感器网络的节点覆盖率,提出了一种基于混合策略麻雀搜索算法的WSN优化算法。利用Tent混沌映射初始化麻雀种群,增加种群的多样性;再用反向学习策略生成反向解扩大搜索范围,提高算法全局的搜索能力;加入惯性因子选择对... 详细信息

为了有效提高无线传感器网络的节点覆盖率,提出了一种基于混合策略麻雀搜索算法的WSN优化算法。利用Tent混沌映射初始化麻雀种群,增加种群的多样性;再用反向学习策略生成反向解扩大搜索范围,提高算法全局的搜索能力;加入惯性因子选择对预警麻雀个体进行Levy策略更新,提高算法局部搜索能力;对最优麻雀位置进行随机游走扰动进一步提高局部的搜索能力。仿真结果显示,HSSSA算法使节点分布更加均匀,覆盖率有明显提高。

关键词：无线传感器网络麻雀搜索算法优化策略覆盖率

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多策略灰狼算法在WSN上的覆盖优化研究

电子测量技术 2023年第7期46卷 45-52页

作者：曾蝶陈立万赵尚飞袁浩吴天文重庆三峡学院电子与信息工程学院重庆404120 重庆三峡学院教师教育学院重庆404120

针对随机部署无线传感网络出现的覆盖率低的问题,提出了一种多策略灰狼(MSGWO)算法的无线传感网络覆盖优化方法。首先,为平衡全局与局部搜索,提出双曲正切的非线性收敛因子;其次,采用差分变异重构包围步长来降低算法陷入局部最优的概率... 详细信息

针对随机部署无线传感网络出现的覆盖率低的问题,提出了一种多策略灰狼(MSGWO)算法的无线传感网络覆盖优化方法。首先,为平衡全局与局部搜索,提出双曲正切的非线性收敛因子;其次,采用差分变异重构包围步长来降低算法陷入局部最优的概率;然后,为加快算法的收敛速度与精度,利用瞬态搜索优化方程更新灰狼位置;接着融合莱维飞行策略增加空间搜索多样性;最后,引入边界越位策略避免灰狼个体越界重定位问题。仿真结果表明,MSGWO算法相比SSA、LGWO、PSO和PSOGWO算法的平均覆盖率增量分别为12.52%、6.054%、7.53%和3.45%,该算法具有较高的平均覆盖率和更优的节点分布状态。

关键词：双曲正切收敛因子差分变异重构包围步长瞬态搜索优化方程莱维飞行边界越位

基于EGWOEO算法的三维无线传感网络覆盖优化

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电子测量技术 2023年第4期46卷 25-34页

作者：陈立万曾蝶赵尚飞袁浩吴天文重庆三峡学院教师教育学院重庆404120 重庆三峡学院电子与信息工程学院重庆404120

针对三维随机部署无线传感网络节点出现的覆盖率低和节点不均现象,以覆盖率为适应度函数,提出一种基于EGWOEO算法的三维无线传感网络覆盖优化算法。首先,采用Tent混沌映射初始化种群,以增加种群多样性;其次,利用反向学习策略,以增加全... 详细信息

针对三维随机部署无线传感网络节点出现的覆盖率低和节点不均现象,以覆盖率为适应度函数,提出一种基于EGWOEO算法的三维无线传感网络覆盖优化算法。首先,采用Tent混沌映射初始化种群,以增加种群多样性;其次,利用反向学习策略,以增加全局搜索能力;之后,融入双曲正切高斯策略,加强算法寻优能力;然后,提出一种正余弦函数的非线性收敛因子,以平衡全局与局部搜索;最后,改进种群位置更新方程,加快算法的收敛速度与精度。将改进的EGWOEO算法应用于三维WSN覆盖优化中,仿真结果表明,与GWO、PSOGWO、LGWO算法相比,EGWOEO算法的三维WSN覆盖率平均增量分别为11.023%、10.662%和12.401%,改善了节点分布不均现象,提高了节点利用率。

关键词：混沌映射反向学习双曲正切高斯函数位置更新三维覆盖优化

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梧桐河中下游典型受损河段生态修复研究

梧桐河中下游典型受损河段生态修复研究

作者：赵尚飞华北水利水电大学

学位级别：硕士

由于人为加大对河流资源的利用和污染程度,河流生态环境问题开始受到人类的普遍重视。生态流量是河流需要维持的最小流量,是河流生态系统行使正常功能作用的保障。确定生态流量,优化水资源配置,提高水资源使用效率,促进人类社会和自然... 详细信息

由于人为加大对河流资源的利用和污染程度,河流生态环境问题开始受到人类的普遍重视。生态流量是河流需要维持的最小流量,是河流生态系统行使正常功能作用的保障。确定生态流量,优化水资源配置,提高水资源使用效率,促进人类社会和自然环境的协调、平衡发展。梧桐河流域存在着中下游水资源开发利用、农业用水量大、森林采伐等造成区域河流生境退化和气候变化导致的河流流量减少甚至断流的问题和以此为主要原因引起的河流内生物量减少等问题,因此,有必要对梧桐河的生态问题进行研究。本文的主要研究内容如下:(1)以梧桐河流域为研究区域,了解该流域的地形地貌、气象气候、水系、植被、流域鱼类资源和关键断面水文等情况,对流域内主要水生态环境问题进行概述。对梧桐河拟建关门嘴子水库坝址断面、关门嘴子渠首下断面、宝泉岭渠首下断面、小山亮子断面进行定量的水文情势分析。(2)以梧桐河中下游2个鱼类产卵场断面为典型断面进行不同方法的河道内生态流量计算,并结合梧桐河中下游最小稀释净化水量、河滩湿地的生态补水量确定拟建水库坝址断面最小下泄流量。据计算,鱼类产卵期(4—8月)下泄生态流量5.74m3/s,一般用水期生态流量为1.76m3/s,同时,考虑到正常情况下湿地生态需水,则需要在6月份对梧桐河小山亮子断面的生态基流增加0.01m3/s,以保障梧桐河下游湿地生态需水量。(3)梧桐河下游小山亮子受损河段修建了生态修复工程丁坝来对该河段鱼类栖息地进行恢复,本文对丁坝附近鱼类生活期栖息地适宜性进行模拟,比较生态修复工程和自然顺直河道水动力变化对鱼类栖息地的影响,并结合实际鱼类调查数据进行分析,得出生态修复工程丁坝的水动力变化对鱼类栖息地的改善作用。

关键词：梧桐河生态需水量最小稀释净化水量河滩湿地生态补水量 River-2D模型鱼类栖息地

CT门静脉成像在肝硬化食管胃静脉曲张中的应用价值

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CT门静脉成像在肝硬化食管胃静脉曲张中的应用价值

作者：赵尚飞青岛大学

学位级别：硕士

目的:近年来,CT门静脉成像(CT portal venography,CTPV)越来越广泛的应用于肝硬化门静脉高压及侧支循环的评价。CTPV可无创、清晰地显示门静脉及侧支循环血管的形态、走行及解剖关系,并且可以判断有无食管胃底曲张静脉、胃/脾-肾分流等... 详细信息

目的:近年来,CT门静脉成像(CT portal venography,CTPV)越来越广泛的应用于肝硬化门静脉高压及侧支循环的评价。CTPV可无创、清晰地显示门静脉及侧支循环血管的形态、走行及解剖关系,并且可以判断有无食管胃底曲张静脉、胃/脾-肾分流等,可用于肝硬化食管胃底静脉曲张的诊断、治疗及并发症的预防。本研究旨在评价CTPV对肝硬化食管胃底静脉曲张的诊断价值,并通过CTPV检查探讨门静脉主干(main portal vein,MPV)、脾静脉(splenic vein,SPV)及胃左静脉(left gastric vein,LGV)的直径对肝硬化食管胃曲张静脉破裂出血的预测价值。方法:收集2013年1月至2016年9月因肝硬化在青岛大学附属医院消化内科住院的143例患者,进行回顾性临床分析,所有患者均行CTPV、胃镜检查。分别利用CTPV、胃镜观察食管、胃有无静脉曲张,并对曲张静脉在CTPV下进行Sarin分型、Kim分级,在内镜下进行Sarin分型、内镜下分级,评价CTPV与胃镜检查在判断肝硬化食管胃静脉曲张分型、分级上的一致性。按照本次入院是否有上消化道出血史,将入选患者分为出血组、非出血组,分别测量两组MPV、SPV及LGV的直径,利用受试者(ROC)曲线下面积评价MPV、SPV及LGV直径对肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血的预测价值。结果:在143例肝硬化患者中,CTPV检查显示食管胃静脉曲张阴性24例,阳性119例,其中包括单纯食管静脉曲张(EV)23例,GOV1型44例,GOV2型48例,IGV1型4例,无IGV2型患者;食管静脉曲张Kim分级阴性28例,Ⅰ级37例,Ⅱ级35例,Ⅲ级43例。胃镜检查显示食管胃静脉曲张阴性28例,阳性115例,其中包括EV 28例,GOV1型38例,GOV2型47例,IGV1型2例,无IGV2型患者;食管静脉曲张内镜分级阴性30例,轻度37例,中度37例,重度39例。另外,CTPV检查发现胃-肾分流5例,脾-肾分流3例。CTPV检查可清楚的显示门静脉及侧支循环血管,CTPV与胃镜检查在判断肝硬化食管胃底静脉曲张的分型、分级上均具有较高的一致性,Kappa值分别为0.793(95%CI:0.714-0.872,P<0.01)、0.775(95%CI:0.693-0.858,P<0.01)。在出血组,MPV、SPV、LGV的直径分别为(17.9±2.6)mm、(13.4±2.2)mm、(6.7±1.2)mm;在未出血组,MPV、SPV、LGV的直径分别为(15.7±2.2)mm、(12.3±2.1)mm、(5.3±0.9)mm。在两组患者中,MPV、SPV及LGV直径的差异均有统计学意义(P<0.01)。MPV、SPV、LGV直径预测肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血的ROC曲线下面积分别为0.741(95%CI:0.660-0.823)、0.627(95%CI:0.537-0.718)、0.816(95%CI:0.747-0.885),临界点分别为16.3mm、12.7mm、6.1mm。LGV直径预测食管胃曲张静脉出血的准确性最高,以6.1 mm为界值时的敏感性和特异性分别为65.71%和84.93%;MPV直径以16.3 mm为界值时,敏感性(75.71%)相对较高。结论:CTPV检查可清晰地显示门静脉及其侧支循环血管,对肝硬化引起的食管胃静脉曲张分型、分级上的判断与胃镜检查有较好的一致性。另外,通过CTPV可观察MPV、SPV、LGV的直径,LGV、MPV直径用于预测肝硬化食管胃静脉曲张破裂出血有一定的准确性。因此,CTPV检查可用于肝硬化食管胃静脉曲张的临床诊断和出血风险预测,并可用于指导内镜治疗。

关键词：肝硬化食管胃静脉曲张 CT门静脉成像胃镜消化道出血

基于自适应高斯卷积的PALSAR DEM降噪方法研究

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太原理工大学学报 2024年

作者：樊晶莹赵尚民太原理工大学矿业工程学院

针对DEM在山区存在高程畸变而导致的数据噪声问题，本研究根据DEM高程梯度方向将山区坡向分为四个区域，以此对高斯二阶函数公式进行旋转，在不同坡向区域内，通过Python组合遍历3～13大小的窗口K，0.5～10大小的标准差σx、σy，以激... 详细信息

针对DEM在山区存在高程畸变而导致的数据噪声问题，本研究根据DEM高程梯度方向将山区坡向分为四个区域，以此对高斯二阶函数公式进行旋转，在不同坡向区域内，通过Python组合遍历3～13大小的窗口K，0.5～10大小的标准差σx、σy，以激光雷达测量卫星ICESat-2/ATL08数据作为验证，根据均方根误差探讨了PALSAR DEM各区域的最佳卷积窗口和标准差值，最后对降噪结果进行评价。结果表明：PALSAR DEM在山区各方向的最佳卷积窗口大小均为9，各个方向的σ略有差异，σx一般不超过6，σy不超过3.5。卷积后的DEM均方根误差在北坡和南坡、东北坡和西南坡、东坡和西坡、西北坡和东南坡分别下降了7.00%、11.49%、9.24%、8.55%；高斯降噪后的DEM提取出的等高线与降噪前相比更加平滑，提取的水文网和流域更加完整合理。

关键词：高斯卷积 DEM降噪最佳卷积窗口均方根误差

面向新工科的GIS空间分析混合式双语课程资源建设与教学实践

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测绘通报 2024年第S1期 304-307页

作者：赵尚民张锦苏巧梅太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

面向新工科、立德树人、思政教学、教学体系和行业发展等多重需求,本文阐述了GIS空间分析混合式双语课程的资源建设与教学实践。在课程资源建设方面,基于作者主编的中国煤炭教育协会“十四五”规划教材《GIS空间分析(双语版)》,为每一... 详细信息

面向新工科、立德树人、思政教学、教学体系和行业发展等多重需求,本文阐述了GIS空间分析混合式双语课程的资源建设与教学实践。在课程资源建设方面,基于作者主编的中国煤炭教育协会“十四五”规划教材《GIS空间分析(双语版)》,为每一章节安排了思政教学内容,制作了对应的课程PPT课件、教学视频,并以此构建了线上线下混合式教学平台;在教学实践上,进行了产学研一体化的教学实践探索,开展了一流课程的申报与建设工作,为提升教学质量提供了重要保障。本课程在教学资源与教学实践方面的探索,为其他相关课程建设提供较为重要的参考和依据。

关键词：空间分析混合式双语课程新工科课程思政规划教材