不確定感應條件下定位傳感器布局問題研究結題摘要

不確定感應，即感應范圍內的目標被感應的概率是不確定的，在現(xiàn)實中普遍存在。文獻中大多數(shù)傳感器布局模型都假設覆蓋即被感應，因此這些模型無法用來優(yōu)化不確定感應條件下的定位傳感器布局問題。由于定位傳感器技術在我國廣泛實施的時間不長，基于不確定感應的傳感器布局問題受到的關注非常少。本項目研究在不確定感應條件下如何優(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上方的平面；（2）自由朝向布局傳感器于目標上方的平面；（3）傳感器與目標均在三維空間自由布局；（4）多類型多服務要求的傳感器布局。首先我們通過組合數(shù)學與信號處理理論構建了不確定感應模型，然后基于各應用環(huán)境建立相應的附有隨機約束的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，最后通過可行域分析及設計啟發(fā)式算法對其進行求解。研究表明，在垂直朝下布局問題中，當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，在倉庫應用中提出了一個基于多目標規(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。在對服務要求的傳感器布局問題中對不同服務的系統(tǒng)框架進行了設計。本項目有利于將不確定感應的定位傳感器布局問題推向國際學術前沿，同時為個性化需求下的彈性制造服務業(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，即感應范圍內的目標被感應的概率是不確定的，在現(xiàn)實中普遍存在。文獻中大多數(shù)傳感器布局模型都假設覆蓋即被感應，因此這些模型無法用來優(yōu)化不確定感應條件下的定位傳感器布局問題。由于定位傳感器技術在我國廣泛實施的時間不長，基于不確定感應的傳感器布局問題受到的關注非常少。本項目研究在不確定感應條件下如何優(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）在目標上方平面垂直朝下布局傳感器；（2）在目標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）多類型多服務要求的傳感器布局。我們將先建立不確定感應模型，然后基于各應用環(huán)境建立相應的附有隨機約束的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，最后通過可行域分析及設計啟發(fā)式算法對其進行求解。本項目有利于將不確定感應的定位傳感器布局問題推向國際學術前沿，同時為我國的制造服務業(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、運營、轉讓)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絡等多種因素的影響。本項目通過研究用戶在收費道路網絡中的行為，分析收費道路交通需求的不確定性特征，建立帕累托改進(Pareto-improving)機制分析最優(yōu)柔性合同的性質和效率。通過本項目的研究，期望幫助公私部門遴選可行項目、降低項目風險、維持公私部門長期合作關系,為健全交通基礎設施投資市場和政策法規(guī)提供科學指導。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，交通類權威期刊《Transportation Research Part C》和《Transportation Research Part E》各一篇，國家自然科學基金委權威期刊《管理科學學報》一篇；邀請國際著名交通學者《Transportation Research Part B》及《Transportation Research Part E》主編及其他多名國際知名學者進行學術訪問；赴香港科技大學進行學術交流3個月；參加6次國際學術會議和4次國內學術會議，均作了大會特邀或專題報告；被上海交大、中山大學、同濟大學等多所大學邀請作主題報告；培養(yǎng)管理科學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、運營、轉讓)項目合同最大的挑戰(zhàn)，而項目合同的柔性機制是處理交通需求不確定最有效的方法之一。目前有關柔性合同的理論研究僅考慮特許權期的柔性，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濟效益產出，建立包含特許權期、通行費和道路容量等多個要素的合同柔性機制,應用帕累托改進(Pareto-improving)原理協(xié)調多利益相關主體的行為分歧,引進延遲策略(Postponement strategy)和基于需求學習(Demand learning)的動態(tài)定價理論分析最優(yōu)柔性合同的性質和效率。通過本項目的研究，期望幫助公私部門遴選可行項目、降低項目風險、維持公私部門長期合作關系,為健全交通基礎設施投資市場和政策法規(guī)提供科學指導。

巖土的導熱系數(shù)、比熱容等熱物性參數(shù)是設計地源熱泵土壤換熱器數(shù)量的關鍵參數(shù)，其可靠的現(xiàn)場測試方法對地源熱泵應用非常重要。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，建立了改進的復合線熱源模型、復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果有小幅影響。提高回填材料和土壤的導熱系數(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識，為解決長期困擾的巖土熱物性測試結果可靠性問題提供了新途徑。 2100433B