不確定感應(yīng)條件下定位傳感器布局問題研究

不確定感應(yīng)，即感應(yīng)范圍內(nèi)的目標(biāo)被感應(yīng)的概率是不確定的，在現(xiàn)實中普遍存在。文獻(xiàn)中大多數(shù)傳感器布局模型都假設(shè)覆蓋即被感應(yīng)，因此這些模型無法用來優(yōu)化不確定感應(yīng)條件下的定位傳感器布局問題。由于定位傳感器技術(shù)在我國廣泛實施的時間不長，基于不確定感應(yīng)的傳感器布局問題受到的關(guān)注非常少。本項目研究在不確定感應(yīng)條件下如何優(yōu)化定位傳感器的布局，重點研究4 個有代表性的、貼近實際的布局問題：（1）垂直朝下布局傳感器于目標(biāo)上方的平面；（2）自由朝向布局傳感器于目標(biāo)上方的平面；（3）傳感器與目標(biāo)均在三維空間自由布局；（4）多類型多服務(wù)要求的傳感器布局。首先我們通過組合數(shù)學(xué)與信號處理理論構(gòu)建了不確定感應(yīng)模型，然后基于各應(yīng)用環(huán)境建立相應(yīng)的附有隨機(jī)約束的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，最后通過可行域分析及設(shè)計啟發(fā)式算法對其進(jìn)行求解。研究表明，在垂直朝下布局問題中，當(dāng)定位精度要求較低時，正三邊形布局策略優(yōu)于正四、六邊形布局策略；當(dāng)定位精度較高時，只有正六邊形布局策略可行。通過布局策略的對比可以幫助節(jié)省18%的定位傳感器。在自由朝向布局問題中，當(dāng)布局高度系數(shù)和傳感器邊際集群成本均較小時，基于3個傳感器集群的正六邊形布局策略最優(yōu)，隨著布局高度系數(shù)的增加，基于7個傳感器集群的正六邊形布局策略將為最優(yōu)；但隨著傳感器邊際集群成本的增加，非規(guī)則布局方式下的正六邊形布局策略將為最優(yōu)。在3維空間自由布局問題中，在倉庫應(yīng)用中提出了一個基于多目標(biāo)規(guī)劃的算法來同時優(yōu)化布局成本、定位可靠性以及定位時間窗。在對服務(wù)要求的傳感器布局問題中對不同服務(wù)的系統(tǒng)框架進(jìn)行了設(shè)計。本項目有利于將不確定感應(yīng)的定位傳感器布局問題推向國際學(xué)術(shù)前沿，同時為個性化需求下的彈性制造服務(wù)業(yè)提供切實可行的、可靠的定位傳感器布局方案。 2100433B

不確定感應(yīng)，即感應(yīng)范圍內(nèi)的目標(biāo)被感應(yīng)的概率是不確定的，在現(xiàn)實中普遍存在。文獻(xiàn)中大多數(shù)傳感器布局模型都假設(shè)覆蓋即被感應(yīng)，因此這些模型無法用來優(yōu)化不確定感應(yīng)條件下的定位傳感器布局問題。由于定位傳感器技術(shù)在我國廣泛實施的時間不長，基于不確定感應(yīng)的傳感器布局問題受到的關(guān)注非常少。本項目研究在不確定感應(yīng)條件下如何優(yōu)化定位傳感器的布局，重點研究4個有代表性的、貼近實際的布局問題：（1）在目標(biāo)上方平面垂直朝下布局傳感器；（2）在目標(biāo)上方平面自由朝向布局傳感器；（3）三維空間自由布局傳感器；（4）多類型多服務(wù)要求的傳感器布局。我們將先建立不確定感應(yīng)模型，然后基于各應(yīng)用環(huán)境建立相應(yīng)的附有隨機(jī)約束的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，最后通過可行域分析及設(shè)計啟發(fā)式算法對其進(jìn)行求解。本項目有利于將不確定感應(yīng)的定位傳感器布局問題推向國際學(xué)術(shù)前沿，同時為我國的制造服務(wù)業(yè)提供切實可行的、可靠的定位傳感器布局方案。

交通需求不確定性是制定收費道路BOT(Build-Operate-Transfer，建設(shè)、運營、轉(zhuǎn)讓)項目合同最大的挑戰(zhàn)，而需求不確定受交通信息不完備性及道路網(wǎng)絡(luò)等多種因素的影響。本項目通過研究用戶在收費道路網(wǎng)絡(luò)中的行為，分析收費道路交通需求的不確定性特征，建立帕累托改進(jìn)(Pareto-improving)機(jī)制分析最優(yōu)柔性合同的性質(zhì)和效率。通過本項目的研究，期望幫助公私部門遴選可行項目、降低項目風(fēng)險、維持公私部門長期合作關(guān)系,為健全交通基礎(chǔ)設(shè)施投資市場和政策法規(guī)提供科學(xué)指導(dǎo)。在項目實施過程中，發(fā)表SCI檢索論文6篇，其中交通類頂級期刊《Transportation Research Part B》三篇，交通類權(quán)威期刊《Transportation Research Part C》和《Transportation Research Part E》各一篇，國家自然科學(xué)基金委權(quán)威期刊《管理科學(xué)學(xué)報》一篇；邀請國際著名交通學(xué)者《Transportation Research Part B》及《Transportation Research Part E》主編及其他多名國際知名學(xué)者進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問；赴香港科技大學(xué)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流3個月；參加6次國際學(xué)術(shù)會議和4次國內(nèi)學(xué)術(shù)會議，均作了大會特邀或?qū)ｎ}報告；被上海交大、中山大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等多所大學(xué)邀請作主題報告；培養(yǎng)管理科學(xué)與工程方向碩士研究生2名。 2100433B

交通需求不確定性是制定收費道路BOT(Build-Operate-Transfer，建設(shè)、運營、轉(zhuǎn)讓)項目合同最大的挑戰(zhàn)，而項目合同的柔性機(jī)制是處理交通需求不確定最有效的方法之一。目前有關(guān)柔性合同的理論研究僅考慮特許權(quán)期的柔性，而代表公眾利益的公共部門與以盈利為主要目的的私人投資者的行為分歧也沒有得到足夠重視。本項目同時考慮收費道路項目的社會福利和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出，建立包含特許權(quán)期、通行費和道路容量等多個要素的合同柔性機(jī)制,應(yīng)用帕累托改進(jìn)(Pareto-improving)原理協(xié)調(diào)多利益相關(guān)主體的行為分歧,引進(jìn)延遲策略(Postponement strategy)和基于需求學(xué)習(xí)(Demand learning)的動態(tài)定價理論分析最優(yōu)柔性合同的性質(zhì)和效率。通過本項目的研究，期望幫助公私部門遴選可行項目、降低項目風(fēng)險、維持公私部門長期合作關(guān)系,為健全交通基礎(chǔ)設(shè)施投資市場和政策法規(guī)提供科學(xué)指導(dǎo)。

巖土的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等熱物性參數(shù)是設(shè)計地源熱泵土壤換熱器數(shù)量的關(guān)鍵參數(shù)，其可靠的現(xiàn)場測試方法對地源熱泵應(yīng)用非常重要。本項目提出了新的巖土熱物性測試不確定性方法。分析了巖土熱物性參數(shù)的不確定性特征，建立了改進(jìn)的復(fù)合線熱源模型、復(fù)合圓柱源模型及三維瞬態(tài)傳熱模型，提出了可處理不穩(wěn)定功率或斷電情形下熱物性測試的新方法。研發(fā)了新型巖土熱物性測試儀，建立了實驗系統(tǒng)；研究了不確定條件下的熱物性參數(shù)概率分布。揭示了地下水、測試功率等不確定性因素對熱物性及其測試的影響機(jī)理。提出了地源熱泵系統(tǒng)逆向建模方法—度日數(shù)G函數(shù)法, 該方法只需要少量的實測參數(shù)，適用于對住宅建筑的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的逆向分析。建立了地源熱泵地埋管換熱器多極理論模型，可分析求解復(fù)雜形狀與邊界的溫度。研究發(fā)現(xiàn)：地源熱泵埋管換熱器向地下的排熱可降低鉆孔壁附近土壤的水分含量。土壤初始水分含量較低時，濕傳遞對土壤熱物性影響較大。測試功率對熱物性結(jié)果有小幅影響。提高回填材料和土壤的導(dǎo)熱系數(shù)、提高地下水流速均可提高地埋管換熱器能效。本項目成果拓展與深化了對巖土熱物性不確定性因素的認(rèn)識，為解決長期困擾的巖土熱物性測試結(jié)果可靠性問題提供了新途徑。 2100433B