053] 首先獲取監測目標區域的詳細地形圖，重點標注不可分布區域（也即圖3所示的 代表各建筑物的矩形框）的邊界坐標。通常該個步驟是將實際測量數據導入到電腦中W形 成相應的電子地圖。
[0054] 將目標區域的邊界W及不可分布區域的邊界離散化，并將該些M個離散點當作固 定的點電荷（如圖4所示）。固定點電荷的帶電量為化。
[0化5] 在目標區域內的可布點區域中隨機地布置N個監測點，并將該些監測點當做自由 的點電荷（如圖5所示）。自由點電荷的帶電量為Qj.。此時，監測點的位置可W視為初始 化分布。
[0056]調整監測點的位置并分析自由點電荷的受力情況。在此實施例中，固定點電荷與 自由點電荷帶有同種電荷，彼此之間互相排斥。為了防止自由點電荷在運動過程中進入到 不可分布區域內，可W將固定點電荷的電量設置成自由點電荷的電量的十倍，W增大固定 點電荷對自由點電荷的排斥力。第i個自由點電荷e,與第j個固定點電荷ej.之間的庫侖 力大小為：
[0057]
[005引其中k為庫倫常量，Qi為e廝帶電量，Qj為ej廝帶電量，r。為自由點電荷與固定 電荷之間的歐式距離，可W表示為ry=Mri-rj.ll。由于每個自由點電荷都會受到其他M 個固定點電荷和N-1個自由點電荷的庫倫力，所W自由點電荷e;所受的庫倫合力可W表示 為：
[0059]
[0060]其中r郝rj.分別為自由點電荷e郝固定電荷ej斯位置。自由點電荷在庫侖力的 作用下開始運動，假設庫侖力在At時間間隔內保持不變，自由點電荷曰1的加速度為：
[0061]
[0062] 其中m'為自由點電荷e;的質量，在該里假設m'=1。經過At時間，其運動的 距離為：
[0063]
[0064] 根據上式計算出自由點電荷e在At時間后的位置，也即在調整監測點的位置 后，自由點電荷具有新的狀態。在新的狀態下，自由點電荷的受力情況發生改變，還需要 重復W上步驟進行迭代計算。為了減輕計算量，可W在每次迭代后將自由點電荷的速度重 置為0,直到e;的受力為零。上面只對自由點電荷e進行了分析，余下還有N-1個自由點電 荷，需要對余下的每個自由點電荷均進行迭代計算。當每個監測點的自由點電荷所受合力 均為零時，就可W判定此時N個自由點電荷均勻地分布在目標區域中的可布點區域內。換 言之，達到全局最優化分布。由此，找到監測點的最佳布置方式。
[00化]由于在進行迭代計算時，直接計算的計算量非常大，會導致算法時延增加，因此如 何在短時間內尋找到全局最優解成為迭代計算的關鍵。為了達到快速尋找空間最優解的目 的，在計算過程中，可W設置目標方程，根據目標方程的變化對狀態變化進行調整。在本實 施例中，為了找出自由點電荷受力不斷變小的狀態，優選地將目標方程設定為點電荷在當 前狀態下所受合力與在前一狀態下所受合力之差，即；
[0066]
[0067] 其中巧"+'是第i個自由點電荷經過第（m+1)次迭代后所受庫倫合力，町是第第 i個自由點電荷經過第m次迭代后所受庫倫合力。由于最終目的是讓合力趨近于零，因此 〇(巧需要不斷變小。關于該點，根據Metropolis判定準則，在迭代過程中不斷進行判定。 若目標方程小于等于零，則W概率1接受當前狀態；若目標方程大于零，則W-定概率接受 當前狀態。
[0068] 根據Metropolis接受準則，接受一個新的狀態的概率方程為
[0069]
[0070] 其中Si代表前一個狀態，Sw代表后一個狀態。此處，T代表系統溫度，改變系統 溫度T是模擬退火算法中Metropolis接受準則的需要，當迭代次數等于指定的闊值時，緩 慢地降低系統溫度。
[0071] 不同狀態間的系統溫度表示為 [007引T"i=0.Ti
[007引其中0 G0)，1)。
[0074]若結果為不接受當前狀態時，則需要調整監測點位置，也即將自由點電荷搬移至 隨機生成的新位置，繼續進行迭代計算，直至獲得全局最優解。
[0075]在此實施例中，當T=0或F=0時，此時的狀態為全局最優解，自由點電荷達到 均勻分布的狀態。換言之，當每個自由點電荷所受合力均為零或者系統溫度為零時，自由點 電荷的坐標即為實際中監測點的布置坐標（如圖6所示），監測點W最大限度均勻地分布在 了可布點區域內。
[0076]本發明提出的無線電環境監控系統監測點分布方法，與現有技術相比，具有很強 的普適性，不需要針對不同的監控環境做特殊的處理。同時，本發明為一步式布點方案，具 體表現在W下兩個方面：
[0077] 1)本發明可W自動地防止監測點分布到不可布點區域內，而不需要后期對落入不 可不點區域內的采樣點進行二次處理；
[007引2)本方法在可W布點區域內自動完成全局最優的布點方案，不會有局部最優，且 由此必須進行后期處理的情況發生。
[0079] 而且，從實際的數據分析對比可W發現，按照本方法提供的監測點分布方案進行 監測點分布，能夠還原出更加精確的全局無線電環境。
[0080]w上所述，僅為本發明的具體實施案例，本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟 悉本技術的技術人員在本發明所述的技術規范內，對本發明的修改或替換，都應在本發明 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種用于無線電環境監測的監測點布置優化方法，包括以下步驟： 甄別步驟，甄別監測目標區域中的不可布點區域和可布點區域； 離散步驟，將目標區域的邊界和目標區域內的不可布點區域的邊界離散化，并為離散 點設置固定點電荷； 布點步驟，在目標區域內的可布點區域中隨機布置監測點，并為監測點設置自由點電 荷； 判斷步驟，調整監測點的位置并分析自由點電荷的受力情況，當每個監測點的自由點 電荷在固定點電荷和其它自由點電荷的作用下都處于受力平衡狀態時，判定當前自由點電 荷的位置為最佳的監測點位置。2. 根據權利要求1所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 所述判斷步驟，在每次調整監測點的位置后，計算每個監測點的自由點電荷在調整位 置前與在調整位置后的受力的差值，基于所述差值的大小來判斷自由點電荷是否處于受力 平衡狀態。3. 根據權利要求2所述的監測點布置優化方法，其特征在于，所述判斷步驟通過全局 迭代法查找最佳的布置位置，包括以下步驟： S100,調整監測點的位置并分析自由點電荷的受力情況，計算自由點電荷在調整位置 前與在調整位置后的受力的差值； S200,判斷所述差值是否大于零： 若是，按照一定的概率接受當前自由點電荷的位置； 否則，按照100 %的概率接受當前自由點電荷的位置； S300,判斷調整次數是否小于指定閾值： 若是，返回步驟SlOO; 否則，執行步驟S400 ; S400,判斷是否滿足終止條件； 若是，執行步驟S500 否則，修改全局迭代計算的相關參數，返回步驟SlOO; S500,輸出當前自由點電荷的位置作為最佳的監測點位置。4. 根據權利要求3所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 所述步驟S200中，若所述差值大于零，則按照Metropolic準則計算的概率接受當前自 由點電荷的位置。5. 根據權利要求4所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 所述步驟S400中，終止條件包括每個自由點電荷所受合力均為零或者系統溫度為零。6. 根據權利要求4所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 所述步驟S400中，全局迭代計算的相關參數包括系統溫度和調整次數的指定閾值。7. 根據權利要求6所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 所述步驟S400中，修改迭代計算的相關參數包括降低系統溫度和重置調整次數的指 定閾值。8. 根據權利要求1至4任意一項所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 設置的固定點電荷和自由點電荷，要滿足避免自由點電荷進入不可布點區域的條件。9. 根據權利要求8所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 固定點電荷與自由點電荷帶有同種電荷。10. 根據權利要求8或9所述的監測點布置優化方法，其特征在于： 固定點電荷的電量是自由點電荷的電量的十倍。
【專利摘要】本發明公開了一種用于無線電環境監測的監測點布置優化方法，包括以下步驟：甄別監測目標區域中的不可布點區域和可布點區域；將目標區域的邊界和目標區域內的不可布點區域的邊界離散化，并為離散點設置固定點電荷；在目標區域內的可布點區域中隨機布置監測點，并為監測點設置自由點電荷；調整監測點的位置并分析自由點電荷的受力情況，當每個監測點的自由點電荷都處于受力平衡狀態時，判定當前自由點電荷的位置為最佳的監測點位置。通過本發明提出的優化方法，監測點能夠在可布點區域內合理化分布，并且還能夠避開不可布點區域。
【IPC分類】H04B17/382
【公開號】CN104917575
【申請號】CN201510178997
【發明人】張軼凡, 馮志勇, 黃亞建, 周浩, 陳凱
【申請人】北京郵電大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年4月15日