无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）作为智能科技领域研究开发的基础设施,因其具有感知性能强和运算处理快速等特点而被广泛应用于众多领域。随着网络应用环境的不断变化,传感器节点的种类变得多样化,节点性能得到高质量的提升。人工智能时代的到来,涌现了大量的智能产品,无线传感器网络作为基础构件,被广泛应用于物联网智慧城市、智能家居、自然灾害监测预报预警、智能医疗与健康监测服务等重要领域。在WSNs部署与工作中可能会因为适用环境的客观条件限制,导致其节点随机部署不均,自带能量有限,遭到恶意攻击出现通信故障等原因,使网络部分失效产生覆盖空洞,降低网络的监测性能和缩短生命周期。本文以检测网络中随机产生的覆盖空洞并对其修复,提高网络监测性能为目标展开研究。针对这些问题进行了以下工作:（1）针对三维空间大规模WSNs覆盖部署进行复杂环境信息有效监测的问题,提出了一种适用三维空间目标区域的WSNs覆盖空洞动态检测与修复算法。首先,对监测目标空间实行网格划分,随机部署异构混合传感器节点;其次,构建三维空间感知模型,选取任意一个覆盖空洞边缘节点,计算该边缘节点的边缘弧、边缘端点和空洞角,逐渐动态检测到所有空洞边缘节点构成的覆盖空洞;最后,唤醒覆盖空洞周围冗余异构节点,建立三维空间坐标向量,得到异构节点的移动方向的移动距离,完成覆盖空洞修复工作。解决了网络通信故障和监测效果不良的问题。（2）针对三维曲面目标区域进行环境感知监测与数据传输的问题,提出了一种三维曲面目标监测区域内WSNs覆盖空洞检测与修复算法。在异构混合节点随机部署的目标监测区域内,构建三维概率感知模型,选取三个邻居节点构成三角形,计算其外接球球心和半径,根据计算几何图论的方法判断网络存在的覆盖空洞,并计算异构节点的移动轨迹和距离,利用虚拟力作用完成覆盖空洞的修复。仿真实验表明,所提算法可以高效完成目标区域的覆盖监测要求,与其它两种算法对比分析,本章算法具有一定的优越性,搭建实际场景验证了整个网络的连通性和覆盖性能。（3）针对三维WSNs部署监测区域覆盖率低,节点利用率不高和生命周期缩短的问题,提出一种基于蜂窝结构的三维覆盖优化算法,建立三维质心Voronoi结构（CVT）覆盖模型,将蜂窝拓扑结构与改进的人工鱼群理论结合运用到异构WSNs中,根据蜂窝结构的大小,分三种情况修复网络覆盖空洞,引入混沌系统可以避免人工鱼群陷入局部最优,提高搜索效率,获得较好的覆盖率。同时提高节点利用率和降低移动能耗率,延长整个网络生命周期。搭建实际传感器网络场景,划分权重区域并重点监测,验证网络的连通性和覆盖优化性能。