智能节点组网的基站布置方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本发明涉及油气地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种智能节点组网的基站布置方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

为了实现智能节点地震数据的自动回收，终端和智能节点之间的通信需要通过部署基站来建立连接。在野外组网的过程中，合理的基站布置方案尤为重要，若基站的数量过少，导致信号的覆盖率偏低，不能满足工业需求，若基站的数量过多，则会造成成本浪费。

目前，关于基站选址的方法研究很多，主要可以分为两类：一类是数学规划方法。基站选址问题本质上是一种多目标优化问题，需要全方面兼顾考虑成本、覆盖范围等多个因素，因此研究人员常利用数学规划的方法进行求解，主要方法是利用动态规划方法，整数规划等，直接进行数学计算寻求合适的基站布置方案。另一类通过是智能计算方法，如遗传算法、免疫算法、粒子群算法、模拟退火算法等。根据研究者的需求不同，利用不同的智能算法，取得了良好的效果。但是这些研究都来自于电信等领域的研究者，他们在研究的过程中，着重考虑影响基站站址选择的诸多专业因素，如链路预算、路径损耗、天线方向角、载波数目等，在实际工程应用中，由于专业性太强造成基站布置方案可行性较差。同时，地形地貌也是基站选址中不可忽视的一个方面的内容。但目前，国内关于基站选址的研究中，几乎没有考虑地形因素的相关研究。国外有学者在基站部署中，考虑地形、用户分布、用户需求、用户增长率等因素，将一个需要建站的目标区域用三个矩阵来代表，三个矩阵分别用来表示地形、业务需求和建站规划，结合这些因素，提出了一种选址方法，但是这种方法步骤繁琐，在实际应用中的可实施性不强。

因此，需要针对不同地形进行基站布置提出一种便捷可行的最优布置方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种智能节点组网的基站布置方法、装置、电子设备及介质，实现用最少的基站覆盖全部的工区，以及针对无障碍地形和有障碍地形分别进行基站最优布置。

为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种智能节点组网的基站布置方法，包括：

步骤S1：获取给定的智能节点组网工区数据，所述智能节点组网工区数据包括工区的长度和宽度以及所述工区的地形数据；

步骤S2：通过正六边形基站覆盖模型计算完全覆盖所述工区所需的正六边形的最小个数及每个正六边形的中心点坐标，其中，所述正六边形表示一个基站的覆盖范围，所述正六边形的外接圆为实际基站信号覆盖范围所在圆，所述中心点坐标为基站坐标，多个所述正六边形呈蜂窝状排布并完全覆盖所述工区；

步骤S3：根据所述地形数据识别所述工区内是否存在无法架设基站的障碍区域：

步骤S4：若不存在障碍区域，则直接将步骤S2计算得到的正六边形的数量和各正六边形的中心点对应的基站坐标作为全覆盖所述工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标；

步骤S5：若存在障碍区域，则：

将步骤S2通过正六边形基站覆盖模型计算得到的基站坐标位于所述障碍区域的基站删除，并找出所有未被任何基站覆盖的节点以及所述障碍区域周围能够架设基站的边界点；

从能够架设基站的边界点中选出至少一个边界点作为新增基站的基站坐标，所述新增基站对应的正六边形能够完全覆盖未覆盖节点；

将新增的基站与未删除的基站的数量及所有基站坐标作为全覆盖所述工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标。

第二方面，本发明提出一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面所述的智能节点组网的基站布置方法。

第三方面，本发明提出一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行第一方面所述的智能节点组网的基站布置方法。

第四方面，本发明提出一种智能节点组网的基站布置装置，包括：

数据获取模块，用于获取给定的智能节点组网工区数据，所述智能节点组网工区数据包括工区的长度和宽度以及所述工区的地形数据；

全覆盖模型计算模块，通过正六边形基站覆盖模型计算完全覆盖所述工区所需的正六边形的最小个数及每个正六边形的中心点坐标，其中，所述正六边形表示一个基站的覆盖范围，所述正六边形的外接圆为实际基站信号覆盖范围所在圆，所述中心点坐标为基站坐标，多个所述正六边形呈蜂窝状排布并完全覆盖所述工区；

基座布置计算模块，用于：

根据所述地形数据识别所述工区内是否存在无法架设基站的障碍区域：

若不存在障碍区域，则直接将所述全覆盖模型计算模块计算得到的正六边形的数量和各正六边形的中心点对应的基站坐标作为全覆盖所述工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标；

若存在障碍区域，则：

将所述全覆盖模型计算模块通过正六边形基站覆盖模型计算得到的基站坐标位于所述障碍区域的基站删除，并找出所有未被任何基站覆盖的节点以及所述障碍区域周围能够架设基站的边界点；

从能够架设基站的边界点中选出至少一个边界点作为新增基站的基站坐标，所述新增基站对应的正六边形能够完全覆盖未覆盖节点；

将新增的基站与未删除的基站的数量及所有基站坐标作为全覆盖所述工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标。

本发明的有益效果在于：

本发明通过采用正六边形基站覆盖模型近似基站发射的信号范围，能够使两个基站发射信号的重叠部分最小，即利用正六边形覆盖模型求解无障碍地形基站布置是最优的方法，从而达到用最少的基站覆盖全工区的目的，极大的节省了成本和人力；同时，在考虑实际工区复杂地形情况的基础上，进一步设计有障碍地形基站布置，为野外组网提供了更加全面的方案，让基站最优布置方法具有更为广泛的适用性。

本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一种智能节点组网的基站布置方法的步骤图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的一种智能节点组网的基站布置方法中正六边形覆盖模型的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的一种智能节点组网的基站布置方法中对无障碍地形进行基站布置的示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的一种智能节点组网的基站布置方法中对有障碍地形进行基站布置的示意图。

图5示出了与图4对应的基站圆形覆盖区域的工区全覆盖示意图。

具体实施方式

随着智能节点的研发逐步推进，投入生产使用还需要进行野外组网等相关工作。为了实现自动回收智能节点采集的地震数据，需要部署基站来实现终端与智能节点之间的通讯。本着节省预算成本的原则，需要用最少的基站覆盖全部的工区，因此研究基站的最优布置是组网过程中至关重要的一个环节，也是十分具有实际价值的。而目前对于基站选址的研究中，基本都是针对无障碍地形进行分析，没有对有障碍情形进行探讨，面对实际施工过程中的复杂地形，不具有普适性。

因此，本发明针对无障碍地形和有障碍地形分别进行基站最优布置的研究，为实际工程应用提供一定的理论支持。

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一种智能节点组网的基站布置方法的步骤图。

如图1所示，根据本发明的一种智能节点组网的基站布置方法，包括：

步骤S101：获取给定的智能节点组网工区数据，智能节点组网工区数据包括工区的长度和宽度以及工区的地形数据；

具体地，一般情况下，用于地震数据采集的智能节点组网所在工区均为矩形，工区地形包括平坦无障碍或有障碍。

步骤S102：通过正六边形基站覆盖模型计算完全覆盖工区所需的正六边形的最小个数及每个正六边形的中心点坐标，其中，正六边形表示一个基站的覆盖范围，正六边形的外接圆为实际基站信号覆盖范围所在圆，中心点坐标为基站坐标，多个正六边形呈蜂窝状排布并完全覆盖工区；

具体地，正六边形覆盖模型如图2所示，对与无障碍地形，工区内基站的布置问题可以转化为数学问题，即为：对于给定的M×N矩形区域，用最少的半径为r的圆对其进行完全覆盖。经过数学计算的验证，可知用正六边形近似圆时，两个圆之间信号重叠的范围最小，因此可用正六边形进行覆盖，所用正六边形的个数即为覆盖矩形所用最少圆的个数。

本步骤的具体计算过程为：

步骤S201：根据工区的长度和正六边形的半径计算沿工区长度方向所需正六边形的最小个数，可以通过以下公式计算：

其中，M为沿工区长度方向所需正六边形的最小个数，m为工区长度，r为正六边形的半径；

步骤S202：根据工区的宽度和正六边形的半径计算沿工区宽度方向所需正六边形的最小个数；可以通过以下公式计算：

其中，N为沿工区宽度方向所需正六边形个数，n为工区宽度，r为正六边形的半径；

步骤S203：根据得到的工区长度方向和宽度方向所需的正六边形的个数，计算完全覆盖工区所需正六边形的最小个数，可以通过以下公式计算：

/>

其中，Q为完全覆盖工区所需基站正六边形的最小个数，M为沿工区长度方向所需正六边形最小个数，N为沿工区宽度方向所需正六边形最小个数，m为工区长度，r为正六边形的半径。

步骤S103：根据地形数据识别工区内是否存在无法架设基站的障碍区域：

具体地，本实施例中可以在给定的智能节点组网工区数据中标记出障碍区域范围，也可以通过现有的地理图像识别算法自动识别出障碍区域。需要说明的是步骤S103与步骤S102的顺序并不固定，即也可以先对工区内的障碍地形进行识别再进行对应的全覆盖计算。

步骤S104：若不存在障碍区域，则直接将步骤S102计算得到的正六边形的数量和各正六边形的中心点对应的基站坐标作为全覆盖工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标；

具体地，在式(1)(2)(3)的基础上，得到覆盖矩形区域所需正六边形的个数以及各个正六边形的中心点坐标，对于无障碍工区可以直接将此结果转化到实际中，即得到工区全覆盖所需基站的个数及各个基站的位置坐标。

本实施例获得的无障碍工区的基站布置如图3所示，图3中工区四个顶点的大地坐标分别为：

右下：(545882，3254658)；左下：(548849.755809，3259797.04261)；

左上：(569535.179580，3247857.376785)；右上：(566567.423771，3242712.334123).

基站覆盖半径r＝1000m。

步骤S105：若存在障碍区域，则：

将步骤S102通过正六边形基站覆盖模型计算得到的基站坐标位于障碍区域的基站删除，并找出所有未被任何基站覆盖的节点以及障碍区域周围能够架设基站的边界点；

从能够架设基站的边界点中选出至少一个边界点作为新增基站的基站坐标，新增基站对应的正六边形能够完全覆盖未覆盖节点；

将新增的基站与未删除的基站的数量及所有基站坐标作为全覆盖工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标。

具体地，在基站的部署过程中，实际的野外施工现场经常会遇到地势十分复杂，存在各种地形障碍的工区，如存在河流、大山等无法逾越的障碍，在这些障碍处是无法架设基站的。本步骤对于有障碍地形基站布置的具体步骤如下：

步骤S501：将步骤2计算得到的完全覆盖工区所需基站的基站坐标构成合集A，并将位于障碍区域中的基站坐标从集合A中删除；

步骤S502：找出所有未被任何基站覆盖的节点，形成集合B，并找出障碍区域的所有边界点，形成集合C；

步骤S503：遍历集合C，找到所有能够夹设基站的边界点作为备选基站坐标，形成集合D；

步骤S504：遍历集合D，找出能够覆盖最多未覆盖节点的备选基站坐标；

步骤S505：将步骤S54中找到的备选基站坐标放入集合A，并将该备选基站坐标所在基站能够覆盖的未覆盖节点从集合B中去除；

步骤S506：重复步骤S54-S55，直到集合B为空，则最后获得集合A即为完全覆盖工区实际所需基站的个数及各基站的位置坐标。

本实施例通过六边形基站覆盖模型获得的有障碍工区的基站布置如图4所示，图5示出了与图4对应的基站圆形覆盖区域的工区全覆盖示意图，图4、图5中工区内的不规则图形为地形障碍区域，图4中工区四个顶点的大地坐标分别为：

右下：(720492，3229387)；左下：(712262，3234100)；

左上：(718826，3245490)；右上：(726971，3240671)；

基站覆盖半径r＝4000m；

图5所示表明实际的基站覆盖范围实现了工区全覆盖。

综上，本实施例用正六边形近似基站发射的信号范围时，两个基站发射信号的重叠部分最小，因此利用正六边形覆盖模型求解无障碍地形基站布置是最优的方法，从而达到用最少的基站覆盖全工区的目的，极大的节省了成本和人力，同时，在考虑实际工区复杂地形情况的基础上，进一步设计有障碍地形基站布置，为野外组网提供了更加全面的方案，让基站最优布置方法具有更为广泛的适用性。

实施例2

本发明实施例还提出一种智能节点组网的基站布置装置，包括：

数据获取模块，用于获取给定的智能节点组网工区数据，智能节点组网工区数据包括工区的长度和宽度以及工区的地形数据；

全覆盖模型计算模块，通过正六边形基站覆盖模型计算完全覆盖工区所需的正六边形的最小个数及每个正六边形的中心点坐标，其中，正六边形表示一个基站的覆盖范围，正六边形的外接圆为实际基站信号覆盖范围所在圆，中心点坐标为基站坐标，多个正六边形呈蜂窝状排布并完全覆盖工区；

基座布置计算模块，用于：

根据地形数据识别工区内是否存在无法架设基站的障碍区域：

若不存在障碍区域，则直接将全覆盖模型计算模块计算得到的正六边形的数量和各正六边形的中心点对应的基站坐标作为全覆盖工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标；

若存在障碍区域，则：

将全覆盖模型计算模块通过正六边形基站覆盖模型计算得到的基站坐标位于障碍区域的基站删除，并找出所有未被任何基站覆盖的节点以及障碍区域周围能够架设基站的边界点；

从能够架设基站的边界点中选出至少一个边界点作为新增基站的基站坐标，新增基站对应的正六边形能够完全覆盖未覆盖节点；

将新增的基站与未删除的基站的数量及所有基站坐标作为全覆盖工区实际所需的基站数量及各基站的位置坐标。

本实施例中，全覆盖模型计算完全覆盖工区所需的正六边形的最小个数，包括：

根据工区的长度和正六边形的半径计算沿工区长度方向所需正六边形的最小个数；

根据工区的宽度和正六边形的半径计算沿工区宽度方向所需正六边形的最小个数；

根据得到的工区长度方向和宽度方向所需的正六边形的个数，计算完全覆盖工区所需正六边形的最小个数。

实施例3

本发明实施例还提出一种电子设备，电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行实施例1的智能节点组网的基站布置方法。

根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器，该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。

该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。

本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。

有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。

实施例4

本发明实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行实施例1的智能节点组网的基站布置方法。

根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例方法的全部或部分步骤。

上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD-ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。

本发明从实际出发，从无障碍地形和有障碍地形两种情况分别考虑基站布置问题。首先，针对无障碍地形，用正六边形覆盖模型进行基站布置，得到无障碍工区所需基站的个数及各个基站的位置坐标；其次，针对有障碍地形，在无障碍地形基站布置的基础上，进一步得到有障碍地形基站布置的结果。本发明的智能节点组网的基站最优布置实现了用最少的基站覆盖工区中所有智能节点的目的，有效的减少了预算成本。同时，不同地形情况采用不同的方法进行基站布置，使得基站最优布置算法具有更为广泛的适用性，为实际工程人员提供一定的技术支持。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。