一种基于感知需求的高速公路传感设备选型及优化布局方法与流程

技术特征：
1.一种基于感知需求的高速公路传感设备选型及优化布局方法，其特征在于，包括以下流程：步骤一、传感设备感知需求条件的确定：1.1、明确高速公路管理部门感知信息需求，公式表示为：d＝{t1,t2,t3,
…
,t
m
}；1.2)、明确传感器可检测信息，公式表示为：s
n
＝{t1,t2,t3,
…
,t
m
}；1.3、求解高速公路管理部门感知信息需求与传感器可检测信息交集，确定该传感器是否被选择，表示为：其中n表示n类传感器，1表示该传感器被选择，0表示未被选择；步骤二、传感设备组合感知需求条件的确定：2.1、由于传感器种类不同，选择有时选择一类传感器并不能满足所有感知信息需求，需进行多类传感器组合选型条件的约束；2.2、若n1类传感器感知信息与d的交集为：nn类传感器感知信息与d的交集为：则为保证所有信息感知需求均被至少一次被测量，约束条件为：步骤三、传感设备组合感知精度需求的确定：3.1、传感器感知需求信息满足后，还需满足高速公路管理部门对感知信息精度的需求；3.2、假设已知该关键节点信息感知需求集合为：d＝{t1,t2,t3,t4,
…
,t
m
},各信息相对应的精度需求集合为：p＝{p1,p2,p3,...,p
m
}，又知第n1类传感器各感知参数对应的精度为若n1类传感器感知参数精度满足需求，则集合内对应项为1，若不满足需求，则集合内对应项为0，公式化表示为为保证所有感知设备中，至少有一种设备可满足精度需求，且第nn类传感器的选用为则约束条件如下：步骤四、最小成本需求：4.1、建立传感器选择最小成本约束模型：考虑以成本最优为目标函数最优目标，且假设第n1类传感器的成本为c
n1
，则可得目标函数为：
4.2、基于最小成本约束模型选择满足步骤一、二、三，且成本最小的传感器组合作为布设单位；步骤五、基于感知需求的传感设备布设关键路段选择确定：5.1、确定感知需求信息特征近似的路段集合5.1.1)将高速公路路网进行拓扑转化，每一个收费站代表一个节点，用ts
i
表示，两个节点之间的路段长度用link
i
表示，其中i∈p；5.1.2)基于欧式距离公式计算感知需求信息特征近似的路段的集合的划分阈值，用e
i
表示；5.1.3)根据e的值用k
‑
means进行聚类，计算得到k个路段集的阈值，即具有相同特征的路段被划分到同一个路段集中，传感器只需布设到每个路段集中最具观察意义的路段中；5.2、关键路段选择5.2.1)计算路段集合中所有路段的相关性；5.2.2)计算路段集中所有路段的相关系数的权重w
i
；5.2.3)选择权重最大的路段作为传感设备布设的关键路段；步骤六、传感网设备布局间距修正计算交通量修正系数f
fl
；计算交通速度修正系数f
sp
；计算隧道修正系数f
tu
；计算桥梁修正系数f
br
；计算曲率修正系数f
r
；计算纵坡修正系数f
pg
；计算出入口间距修正系数f
bs
计算感知设备布设间距，公式为：d＝d
b
*f
fl
*f
sp
*f
tu
*f
br
*f
r
*f
pg
*f
es
其中，d
b
为传感器感知最大距离；计算设备总布设成本：其中：表示传感器n1是否被选择，用0或1表示；表示传感器n1在步骤二、步骤三的约束下是否被选择，用0或1表示；c
n1
：表示传感器n1的成本；k表示研究区域中的k个路段集；q表示每个路段集中所包含的路段数；为感知参数近似的路段集中权重为w
i
路段的长度；d为修正后的布设间距。

技术总结
本发明涉及一种基于感知需求的高速公路传感设备选型及优化布局方法。本发明针对智慧高速公路背景下的交通信息检测需求，研究检测设备选型及优化布设的方法，为设计人员进行传感网布设提供决策支持，提高设计合理性、节约布设成本，实现智慧高速公路道路运行状态的精准全息感知。该方法主要分为传感器选型和传感设备优化布局两个环节，其中传感器选型是将满足高速公路管理单位对感知参数需求、感知参数精度、可靠性等需要的传感设备组合选择出来；传感设备优化布局则将选择出来的传感设备布设到关键路段上，并对布设间距进行参数优化，最终计算符合条件的感知设备最佳布设间距及最低成本，节约资源的同时，实现高速公路交通状态的全息感知。状态的全息感知。状态的全息感知。


技术研发人员：张云超 陈宁 路尧 陈艳艳 宋程程 贾建林 陆由付 俄广迅 王道团 孙启亮 李理
受保护的技术使用者：山东高速集团有限公司
技术研发日：2021.07.29
技术公布日：2021/12/2