Een toenemende wereldwijde afhankelijkheid van - en vraag naar - verhoogde beveiliging in openbare en particuliere omgevingen vraagt ​​om optimale sensortechnologie. Openbare plaatsen, zoals winkelcentra, banken, vervoersknooppunten, musea, en parkeerplaatsen, vaak profiteren van camera's en bewegingsdetectoren, die verdachte en ongewenste activiteiten identificeren. Echter, Het plaatsen van beveiligingssensoren om resourcebeheer en systeemprestaties te optimaliseren en tegelijkertijd mensen en producten te beschermen, is een lastige uitdaging.

Onderzoekers hebben veel onderzoek gedaan naar sensorplaatsing en meerdere technieken gebruikt, waaronder op grafieken gebaseerde benaderingen, computationele geometrie, en Bayesiaanse methoden - om opstellingen met wisselend succes te genereren. Maar ondanks eerdere pogingen, dit optimalisatieprobleem blijft ingewikkeld. In een papieren publicatie vandaag in de SIAM Journal on Scientific Computing , Sung Ha Kang, Seong Jun Kim, en Haomin Zhou stellen een berekeningsmethode voor om een ​​op sensoren gebaseerd beveiligingssysteem optimaal te positioneren voor maximale bewaking van een complexe omgeving. "Bij optimale sensorpositionering, de overdekte en niet-bedekte regio's kunnen nauwkeurig worden ingedeeld met behulp van de ingestelde niveaus, en de dynamiek van de dekking met betrekking tot een sensorpositie kan gemakkelijk worden afgeleid en gevolgd, ' zei Kim. 'Door de jaren heen, de level set-methode is hiervoor een robuuste numerieke techniek gebleken."

De auteurs beginnen met het identificeren van de voortdurende uitdagingen van effectieve sensoroptimalisatie, waaronder een grote vraag naar computerbronnen. Obstakels die het zicht en bereik van de sensor belemmeren, hebben vaak een willekeurige vorm, waardoor hun posities moeilijk te vinden zijn. Aanvullend, het maximaliseren van het dekkingsgebied is een kostbaar probleem van oneindige afmetingen, en het vinden van de globale optimale oplossing wordt vaak rekenkundig onhandelbaar. "Veel eerdere werken worden opgelost door combinatorische benaderingen, terwijl onze opstelling meer continu is, "Zei Kang. "Dit biedt meer flexibiliteit bij het omgaan met gecompliceerde regio's en verschillende configuraties, zoals beperkt kijkbereik en routebeschrijving."

Kang, Kim, en Zhou combineren en wijzigen bestaande algoritmen om vanuit praktisch oogpunt nauwkeurigere sensorische beperkingen op te leveren. Terwijl eerdere studies hebben aangenomen dat sensoren een oneindig bereik en/of een kijkhoek van 360 graden hebben, de auteurs breiden bestaande formuleringen uit om het eindige bereik te erkennen, beperkte kijkhoek, en niet-nul uitvalpercentage van realistische sensoren. "Sensoren, hoe goed ze ook zijn vervaardigd, kan er niet in slagen om gerichte informatie te verkrijgen, "Zei Zhou. "Het effectief modelleren van die beperkingen is cruciaal wanneer men het praktische probleem van de sensorpositionering wil oplossen. In het algemeen, die beperkingen maken het probleem moeilijker op te lossen - ze vereisen natuurlijk geavanceerde rekenalgoritmen."

Hun model maakt gebruik van een formulering op niveau, een flexibel conceptueel kader dat vaak wordt gebruikt bij de numerieke analyse van vormen en ruimtes. Dit mechanisme biedt een aantal voordelen. "Niveausets vertegenwoordigen gemakkelijk de zichtbare en onzichtbare gebieden, evenals obstakels met een willekeurige vorm, en automatisch topologische veranderingen in de regio's afhandelen, "Zei Zhou. "Bovendien, de uitgebreide literatuur over methoden voor het instellen van niveaus biedt een solide theoretische basis, evenals overvloedige berekeningstechnieken als het gaat om implementatie." De auteurs lossen een systeem van gewone differentiaalvergelijkingen (ODE's) op, converteer de ODE's vervolgens naar stochastische differentiaalvergelijkingen via een globale optimalisatiestrategie die intermitterende diffusie wordt genoemd. Deze stappen leveren de optimale kijkrichtingen en locaties van alle sensoren, evenals de grootst mogelijke bewakingsregio - het wereldwijde optimum. "Zonder beperkt te zijn tot veelhoekige omgevingen die typisch worden verondersteld bij sensorpositionering, zoals combinatorische benaderingen, onze methode kan worden toegepast op meer algemene opstellingen en een globaal optimale positie benaderen vanwege het niveau-set-raamwerk en intermitterende diffusie, ' zei Kim.

Door het eindige bereik te erkennen en er rekening mee te houden, beperkte kijkhoek, en niet-nul uitvalpercentage, Kang, Kim, en Zhou creëren een uniek sensoroptimalisatiemodel. "Voor zover wij weten, het bekijken van sensorplaatsingsproblemen vanuit een probabilistisch perspectief in het niveauset-raamwerk is nieuw, "Zei Zhou. "Toch is er ruimte om de computationele complexiteit verder te verbeteren. We hebben de basissituatie in de paper theoretisch geanalyseerd, maar er moet meer worden gedaan om de waarschijnlijkheidsproblemen in verband met het sensorpositioneringsprobleem beter te begrijpen."

Hoe dan ook, de auteurs zijn blij met de implicaties van hun huidige rekenmethode, die het toezicht op bijna een groot aantal bewaakte gebieden zou kunnen verbeteren, van buurttankstations tot parkeerterreinen in winkelcentrums. "We hopen dat onze benaderingen voor het positioneren van sensoren een hoeksteen kunnen zijn om de prestaties van bewakingssystemen en de efficiëntie van toegewezen monitoringmiddelen direct te verbeteren, ' zei Kim.