中文摘要：

地学传感网络是无线传感网络在地学中的应用，与其它无线传感网络应用相比，其部署更为复杂，例如，无线通信易受复杂地形的影响，在节点部署数量较少的情况下难以保证网络连通质量；受复杂地形条件的制约，传感器节点部署位置不能随意选取等等。为解决复杂地形约束下的地学传感网络优化部署问题，本项目采用实验分析、空间分析和数字地形分析等研究手段，拟开展以下研究建立传感器节点三维表面概率衰减感知覆盖模型和三维表面通信覆盖模型；对上述模型进行离散化处理，建立三维曲面与栅格单元之间的映射关系，并设计计算任意栅格单元感知概率和通信概率的算法；基于上述感知与通信覆盖模型及数字高程模型，建立网络覆盖质量、网络连通质量、网络部署成本及地形因子与节点部署空间位置之间的数学关系模型，设计模型求解算法，并对模型有效性进行实验验证。预期成果将为地学传感网络的科学规划、设计和实施奠定理论和方法基础，具有重要的理论意义和应用价值。

结论摘要：

部署问题是无线传感网络研究领域的基本问题。相比其它无线传感网络应用，地学传感网络的部署问题尤为复杂，主要表现在地学传感网络的部署环境多为地形复杂的地球表面，基于视距（Line of sight，LOS）的短距离低功率无线通信易受复杂地形的影响；传感器节点部署位置的选取易受复杂地形条件的制约；感知对象空间分布的无规律性，要求网络对不同区域应具有不同级别的感知能力。此外，网络部署成本是任何无线传感网络应用都必须要考虑的重要因素。综上所述，如何以最少成本保证复杂地形约束下的网络感知和连通质量是地学传感网络部署必须要解决的关键问题。课题组针对复杂地形条件下的地学传感网络的部署问题展开了大量的基础性研究，并提出了多种自主创新方法。主要研究工作表现在如下几个方面（1）通过实验数据分析及数据拟合，分别建立了传感器节点的DEM三维表面感知概率衰减函数和通信覆盖PPR概率衰减函数；（2）设计了计算DEM三维表面感知覆盖和通信覆盖的可衰减光线跟踪算法；（3）在研究内容（1）和（2）的基础上，建立了网络覆盖质量、网络连通质量、网络部署成本及地形因子与传感器节点部署空间位置之间的数学关系模型，并给出模型的最优化求解算法。通过三年多的努力，项目组初步取得了以下研究成果（1）通过实验建立了DEM三维表面感知概率衰减函数和通信覆盖PPR概率衰减函数；（2）设计了可衰减光线跟踪算法，用于计算任意三维表面上的感知覆盖和通信覆盖；（3）建立了复杂地形条件下的保证覆盖及连通质量的地学监测传感网络部署模型，项目组对模型的求解采用了禁忌搜索、遗传算法等启发式算法进行求解。（4）设计了利用邻居节点采集的RSSI路径损耗来估计传感器节点通信覆盖范围的新算法，其预测结果对无线传感器网络的诊断和维护具有较大应用价值；（5）提出了一种能量高效的改进GeoGrid路由协议，能够在复杂地形及植被的干扰下减少节点能耗，延长网络生命。本项目取得的初步研究成果将为地学传感网络的科学规划、设计和实施奠定理论和方法基础，具有一定的理论意义和应用价值。