基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术

发布时间：2020-03-21

　　摘要:为了提高洪涝灾害受灾点需求信息传送的时效性，针对当前受灾点信息传送技术中存在的信息传送成功率较低、信息传送时延较长、信息传送能耗较高等问题，提出基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术。计算所构建遥感网络节点簇区域内簇头与簇内其余节点的能量感知阈值，根据所得阈值及更新约束条件，完成对应簇头节点与区域更新，根据遥感网络带宽与下一跳簇头节点的能耗进行信息分割，采用并行传输方式传送分割得到的分组信息;结合多尺度协同变异机制，利用粒子群优化算法进行信息传送路径的寻优求解，以所得最优路径实现受灾点需求信息实时传送。

　　关键词:遥感网络;洪涝灾害;灾点;需求信息;实时传送

　　洪涝灾害是一种发生频率较高的自然灾害，洪涝灾害是洪涝灾害之一，是指由强降雨、冰雪融化、堤坝溃决等原因引起的江河湖泊与沿海水量激增泛滥或山洪暴发造成的灾害。洪涝灾害几乎每年都有发生，严重影响人类生活、生产活动，造成了大量人员伤亡及财物损失[1-2]。洪涝灾害救援行动预案设计中，需要及时了解受灾点情况及需求信息，以便提供有效支援及所需物资[3]。灾害救援中，时间就是生命，受灾点信息传送技术是获取灾区信息的重要手段之一，受到了各界人士的广泛关注，现已有相关学者与技术人员提出了一些较好的信息传送技术[4-5]。刘广怡等[6]提出基于贝叶斯概率网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术。对信息分组协议字段的历史信息进行分析，采用贝叶斯网络进行分组协议字段建模，并运用动态算法计算最大后验概率，据此纠正信息传送过程中的错误。通过降低计算复杂度，提升了信息传输效率，但信息传送过程中丢包率较高，传送成功率较低。邓雪峰等[7]提出基于机会网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术。通过分析传感器间的网络通信状态，对其通信方式进行建模分析，引入机会网络理论，进行信息点密度计算，并获取传感器节点信息存储量及传送丢包率的内在关联，据此对信息传送技术进行研究。该技术的信息传送丢包率较低，但传送过程中，各节点所需能耗较高。

　　针对当前受灾点需求信息传送技术中存在的弊端，提出基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术，通过仿真实验与当前信息传送技术进行对比，验证了所提技术信息传送性能的优越性。

　　1基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术

　　1.1遥感网络信息传送节点簇区域构建与更新

　　遥感网络开始运行后，负责受灾点需求信息上传任务的网络节点TH，通过广播方式将其精准的时钟数据Timer发送出去，接收到时钟信息分组数据的网络节点i，根据节点对应坐标点与TH节点坐标点，计算二者之间的距离，并根据计算结果，以最近邻节点作为簇头，记作DH。确定簇头节点联结的节点范围，并对范围内的簇成员节点i进行标记，记作P-DH。对簇成员节点的受灾点需求信息进行分组，通过广播方式将分组后信息传递到簇头节点DH中。

　　2实验结果与分析

　　为了验证本文基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术的综合有效性，需要进行一次仿真实验，选择的编程工具为C++Builder。分别采用本研究的受灾点需求信息实时传送技术、基于贝叶斯概率网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术以及基于机会网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术进行实验，分别对比3种技术的信息传送时延(s)、信息传送成功率(%)及信息传送能耗(J)。实验结果的图、表中，TA代表本文的基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术，TB代表基于贝叶斯概率网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术，TC代表基于机会网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术。

　　2.1信息传送时延对比实验

　　实验中设置不同的信息发送速率，对比3种受灾点需求信息传送技术在不同信息发送速率下的信息传送时延变化情况，实验结果如图1所示。从图1可知，3种技术的信息传送时延都随着信息发送速率的提高而增加，信息发送速率从20bit/s提高到200bit/s时，本文所推荐的信息传送技术的信息传送时延从0.45s增加为1.2s，基于贝叶斯概率网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术的信息传送时延从0.5s增加为1.42s，基于机会网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术的信息传送时延从0.55s增加为1.48s，本研究的信息传送技术的传送时延增量最小，且时延变化曲线最平缓，说明本研究的信息传送技术的传输效率较高，稳定性较好。

　　2.2信息传送成功率对比实验实验

　　中设置不同的信息发送速率，对比不同发送速率下，3种受灾点需求信息传送技术的信息传送成功率，实验结果如图2所示。

　　信息传送成功率的单位为%，从图2可知，3种技术的信息传送成功率都随着信息发送速率的增加而降低，信息发送速率由80bit/s提高到120bit/s时，本研究的信息传送技术的传送成功率降低了0.35%，基于贝叶斯概率网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术的传送成功率降低了0.55%，基于机会网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术的信息传送成功率降低了0.58%，本文的信息传送技术的成功率变化量最小，且变化曲线更平缓，说明其信息传送性能更好。

　　2.3信息传送能耗对比实验

　　实验中选取的两组实验样本信息量分别为500bits和800bits，设置信息传送距离相同，探究3种信息传送技术的信息传送能耗与信息量变化之间的关系，得到的实验结果如表1所示。表1中，Tec代表信息传送技术;N代表所选实验样本中的信息量，单位为比特(bit);EC代表信息传送能耗，单位为焦耳(J)。分析表1数据可知，信息传送距离相同，信息量不同时，3种信息传送技术的能耗随信息量的增加而增大，实验中的信息增量为300bits，本研究的信息传送能耗增量为109J，基于贝叶斯概率网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术的能耗增量为179J，基于机会网络的洪涝灾害受灾点需求信息传送技术的能耗增量为236J，本文的信息传送技术的能耗增量最小。信息传送距离相同，信息量相同时，3种信息传送技术的能耗关系为EC(TA)

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　　3结束语

　　(1)受灾救援行动中，受灾点需求信息传送的及时性与可靠性至关重要。分析现有信息传送技术的不足之处，引入遥感网络技术与粒子群优化算法，提出基于遥感网络的洪涝灾害受灾点需求信息实时传送技术。

　　(2)构建并更新遥感网络信息传送节点中的簇头及簇区域，采用信息分组并行传输方式，提高信息传送效率。

　　(3)利用粒子群优化算法，结合多尺度协同变异机制，对信息传送路径进行寻优求解，保证信息传送成功率的同时，降低信息传送能耗。

　　(4)未来阶段，将深入研究信息传送过程中的影响因素，进一步控制不利因素的影响，提升信息传送效率，减少传送过程中的信息缺失情况;考虑信息传送技术所需成本开销，结合受灾点灾情，选择适当的技术手段实现需求信息高效、快速传达。