基于轮盘赌的g-NSGA2算法的求解光源布局模型

本发明涉及室内照明和定位领域，具体为基于轮盘赌的g-nsga2算法的求解光源布局模型的方法。

背景技术：

1、在室内利用可见光通信系统对智能设备进行定位具有保密性高、抗电磁干扰能力强等特点，其中，光源布局对室内定位性能和室内光照均匀度都有很大的影响。理想的室内光源布局不仅可以提高光照均匀度而且还可以保证一定的定位性能。因此如何求得合理的光源布局是我们面临的主要问题。

技术实现思路

1、本文提供了一种基于轮盘赌的g-nsga2算法的求解光源布局模型的方法，定位误差最小和光照均匀度最优的光源布局并不会相同的问题，同时提高算法的综合性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于轮盘赌的g-nsga2算法的求解光源布局模型的方法，其具体步骤如下：

3、第一步：室内光照均匀度分析，在大小为l×w×h(m)的房间内，假设led光源符合朗伯辐射模型，使用了基于视距链路(los)和非视距链路(nlos)的混合模型。其室内照度表达式如下：

4、e＝elos+enlos，

5、其中elos是los链路中某点光照度，enlos是nlos链路中某点光照度。

6、光照均匀度为uir

7、uir＝emin/eavg，

8、式中emin是室内照度的最小值；eavg是室内照度的平均值。光照越均匀uir的值越大，则光照度的优化问题可由下式给出

9、f1＝min(1-uir)，

10、第二步：室内定位误差分析，利用基于接收信号强度的三边定位方法进行室内定位

11、定义误差er函数

12、

13、式中(xe,ye)和(xc,yc)表示定位点的估计坐标和准确坐标。所以定位性能的优化问题可以由下式给出

14、f2＝min((eri-era)2)，

15、式中eri为第i个定位点的定位误差，era定位点误差的均值。

16、第三步：根据光照均匀度和定位性能优化问题函数，利用基于轮盘赌的g-nsga2算法，其步骤如下：

17、3.1利用tent映射初始化种群；

18、

19、式中β＝0.5，zk是上一个点的取值，zk+1是下一个点的取值。

20、3.2利用g-dominance支配关系将进化群体进行非支配排序。

21、如果两个点a,b∈rp，若满足下列条件之一，就称为a g-dominance b，可表示为afgb

22、1)flagg(x)＞flagg(y)；

23、2)flagg(x)＝flagg(y)，此时ai≤bi且满足aj＜bj的j至少存在一个。

24、且flagv(w)有如下定义：

25、

26、式中v∈rp为参考点，w∈rp是求取的空间内的任意一点，p是目标个数，

27、3.3对每一层中的个体的拥挤距离进行计算。

28、在同一个非支配等级下，个体i的拥挤距离di如下所示：

29、

30、在公式中，m是目标个数，fm(i+1),fm(i-1)是与i相邻的连个个体在目标m上的函数值，

31、3.4使用精英保留策略生成种群。

32、从每一层中选择个体放到ep，若当前层个体数量和ep中个体数量之和大于种群大小，则在该层按照拥挤距离从大到小依次选择个体到ep中，直到ep的大小与种群大小相等，否则，该层中的个体都将被选进ep中。将ep中符合条件的个体复制到种群中。

33、3.5将ep中符合条件的个体复制到种群中。

34、3.6分别利用模拟二进制交叉和差分进化对种群进行交叉变异，并计算进化后种群拥挤距离；

35、3.6.1模拟二进制交叉

36、

37、式中和是两个父代个体，和式得到的两个子代个体，i＝1,2，l，n，δ是随机变量，如下式所示：

38、

39、式中u∈[0,1]，η是交叉参数，α∈[0,1]是随机数

40、自适应交叉因子

41、

42、式中gm是最大迭代次数，g是当前迭代次数。

43、3.6.2差分进化

44、

45、式中和是三个父代个体，cm是生成的子代，f是比例因子，cr为参数，μ∈[0,1]是随机数。

46、自适应变异策略

47、f＝f0·2λ；

48、

49、式中gm是最大迭代次数，g是当前迭代次数，f0为变异参数，设置数值为0.3。

50、3.7将进化后种群拥挤距离作为适应度值，使用轮盘赌选择种群；

51、本文交叉使用sbx和de算子来获取结果，采用种群拥挤度的概念，通过轮盘赌的方式，选取进化后的种群。每个部分被选中的概率与其适应度值成比例用于选择进化种群。

52、选择概率：

53、

54、式中p(xi)是种群被选中的概率，d(xi)是每个进化策略得到的种群拥挤距离，i＝1,2···，n。

55、累积概率：

56、

57、3.8若达到最大迭代次数，输出解集，否则转到步骤3.2。

58、有益效果：本发明通过一种基于轮盘赌的g-nsga2算法的求解光源布局模型的方法。提出了基于等边三角形的蜂窝状光源布局模型，提高了定位性能。同时构造与评价光照度均匀度和定位误差有关的适应度函数，利用改进后的算法对led光源的位置坐标信息进行寻优，并对最优解集进行评判，进而得到在较好的的室内定位精度下也能保证一定的光照均匀度的光源布局。

技术特征：

1.一种基于轮盘赌的g-nsga2算法的求解光源布局模型的方法，其特征在于:包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于轮盘赌的g‑NSGA2算法的求解光源布局模型的方法。提出了基于等边三角形的蜂窝状光源布局模型，同时构造与评价光照度均匀度和定位误差有关的适应度函数，利用改进后的算法对LED光源的位置坐标信息进行寻优，并对最优解集进行评判，进而得到解集中综合性能较好的解，同时提高多目标进化算法的综合性能。

技术研发人员：王金鹏,康玉芳,姚庆雪,刘俐
受保护的技术使用者：大连工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15