智能建筑中传感器放置问题研究|汽车霍尔传感器

　　【摘要】本文对于智能建筑中的传感器放置问题，进行了深入的研究，采用了节点覆盖的方法，通过几何论证，计算机编程计算等方法，给出了既简便又实用的放置方法，较好地调节了传感器监控覆盖效率与使用效率之间的矛盾。
　　【关键词】智能建筑;传感器;节点覆盖
　　
　　0.引言
　　社会在发展，科技在进步。人们对于建筑的要求越来越高，从传统的坚固、舒适，提升为健康、安全，智能建筑应运而生。智能建筑能够适时调控室内的温度、湿度等一系列参数，确保给人们提供最适宜的生活环境，并且能在发生火灾时及时报警，自动进行灭火，确保生命财产的安全。传感器是智能建筑的重要组成部分，在满足建筑要求的前提下，如何放置传感器是一个十分值得研究的问题。
　　1.传感器在智能建筑中的应用
　　该传感器系统的应用环境是建筑的室内区，由于应用环境相对简单，所以传感节点布置相对野外环境的节点布撒要容易定位，而且系统对传感节点的移动性要求不高，节点一旦布置完成后位置基本上不会改变。因此在节点布置和节点定位比较明确的情况下，如果能找到一种布置方法使节点高效无缝地覆盖整个监控区域，那么我们的整个传感网络的使用效率将大大提高。我们在此研究节点的覆盖问题主要是找出用尽可能少的节点去覆盖更广的区域的算法，从而参照这种覆盖算法在建筑的室内环境中去布置节点。在传感网络中，假设每个节点的传感范围为一个半径为R的圆形区域。
　　2.节点覆盖
　　2.1两种覆盖模型综述
　　目前，智能建筑中传感器网络覆盖模型较多，但是综合考虑各种模型，其经济性和实用性都有待进一步提高。在此，本文只对两种比较好的传感器网络在建筑中的节点覆盖模型进行深入研究。两种模型分别为矩形节点和正六边形节点。
　　2.2模型一：正六边形节点
　　多圆相交时的排列情况，由于要将不规则监测区域全部覆盖也就意味着节点间的重复覆盖,我们关心的问题就是如何用最少的圆覆盖一定的区域,我们知道单个节点的覆盖面积是圆如图1(A),两个节点的覆盖的最大面积是两圆相切如图1(B),三个节点的无缝最大覆盖面积即三个圆心相互间离得尽可能远,即圆心距尽量长如图1(C),要得到最大的覆盖面积就要找出三个圆心距何时最大，即△O1O2O3的面积何时为最大。
　　图1节点抽象图
　　当三个圆面相互重叠时如图2(A)所示,重叠面积为弧ab、ac、bc 之间围成的面积S1,S1越小△O1O2O3的面积就越大,当a、b、c三点重合时S1最小,假定a、b、c 重合于图2(C)中P点,此时三个圆交于P 点,我们可以找出此时△O1O2O3面积最大满足什么条件因为三圆交于一点P,故PO1=PO2=PO3=R(R 为圆半径) , 可以将得出O1、O2、O3在以P为圆心,半径为R的圆上,如图3(B)所示，△O1O2O3为圆内的内接三角形,我们可以证明这个内接三角形为等边角形时面积最大。
　　图3 节点理论覆盖图
　　则上述证明结果我们可以知道, 当相邻三个节点相互构成正三角形, 且该三角形的边长等于R(R 为节点半径)时它的覆盖面积是最大的,覆盖率最高，冗余量最少，此时，即是将圆简化为其内接正六边形。
　　在监测区域内,传感节点按照高效覆盖算法进行布置,我们可以知道此时的覆盖率最高。那么在实际运用中我们怎么确定在一定区域内需要放置多少节点才能按此算法实现高效覆盖。假设在a×b 区域内布置节点, 节点的传感半径为R , 通过数学计算我们可以知道当以此种算法覆盖时,最大覆盖率为82.7%。
　　图4区域节点放置示意图
　　2.3模型二：矩形节点
　　由于一般住宅都可以拆分一个个矩形单元，所以用矩形可以充分覆盖死角，从而使在覆盖率达到百分百的情况下所需要的传感器数量减少，所以把传感器的检测范围从圆形简化成矩形。而在一个圆中最大的矩形就是正方形，如图5（A）所示，其理论有效覆盖率63.7%。
　　实际上，民用建筑往往不是规则的图形，需要人为地将其划分若干单元，划分为矩形单元（如图5（B））比较容易计算、施工，基于此。再次将正方形模型变换为矩形模型，在划分的单元中分为两种方式放置传感器（沿长放置和沿宽放置），并将两种放置结果进行比较，选择使用效率高的放置方式。这种放置方式可以通过计算机，编写一个比较简单的程序，只需输入传感器的监控半径和矩形单元的长和宽，便可算出所需传感器数量及传感器放置的位置坐标，也可以用offic中的excel进行数据处理，二者皆可。其理论依据如下：
　　图5（A）节点理论覆盖图（B）区域节点放置示意图
　　沿长排列
　　2.4两种方法对比
　　方法一覆盖效率较高，能充分利用传感器。在大型建筑中，应采用发方法一，这样可以有效减少传感器数量，降低建筑成本。方法二覆盖效率不高，但是应用起来比较简单，便于计算，易于确定放置位置。在小型建筑中，其覆盖效率往往超过方法一，且传感器放置位置对称，视觉效果好，所以在小型建筑中应优先考虑采用方法二。
　　3.结语
　　采用节点覆盖法算法在此类节点布置的问题应用较广，能有效地优化相关模型。而此处我们提出的两种节点覆盖算法圆形覆盖和正方形覆盖都具有较高的覆盖率，理论上圆覆盖率可达83%，正方形的可达64%；在实际应用中应考虑实际布置场所的大小来选择，在面积较宽广的场所应用理论覆盖率较高的圆覆盖法，而在面积较小的场所则为提高可操作性可采用正方形的覆盖法。
　　
　　【参考文献】
　　［１］沈佳栋,唐明浩,章力.无线传感网在智能楼宇系统中的应用［C］ .系统仿真技术及其应用学术会议论文集,2008, (10) 658-660.
　　［２］白华.浅谈无线传感器网络在智能楼宇空调自控系统中的应用［J］.科技咨询导报,2007(25):7-8.
　　［３］江森公司.楼宇自动化控制系统技术方案［J］.工程案例楼宇自控,2008(5):85-86.
　　［４］李玲.面向智能楼宇模拟量监测的无线传感网络协议设计［D］.成都:电子科技大学,2006:5-7.
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