无线传感器网络技术的兴起,给信息采集、融合和传输技术带来了翻天覆地的变化。很多以前无法监控的信息,现在都可以通过构建基于无线传感器网络的监控系统实时监测,这为人们的生产生活提供了极大的方便。本文课题来源于电子科技大学精密机电智能测试及控制研究所与山东正元地理信息系统有限公司合作项目——地下管网监测系统。该项目实时采集地下管网信息,如沼气浓度,淤泥厚度等,发现异常则上传,以便监控人员尽早处理,避免损失。覆盖优化和路由是该项目中两个关键性问题,本文分别对这两个问题进行研究,最后再将研究成果应用于项目中。首先,本文对覆盖优化的基本概念和分类进行介绍,分析了覆盖优化目标,阐述了相关的覆盖优化算法,并选择人工蜂群算法作为覆盖优化算法。接着分别从采蜜机理、算法原理、算法流程等方面研究人工蜂群算法。针对其容易陷入局部最优解这一缺陷,引入外推公式对原算法进行改进,加入修正因子进一步提高算法末期收敛精度。最后将改进后的算法和原算法分别对标准函数进行测试,证明了改进算法的优越性。其次,本文分析了新的路由协议需求,并研究了平面路由协议和分簇路由协议中的代表性协议。通过比较,发现LEACH协议在生存时间、路由策略和健壮性等很多方面都具有很好的性质。接着研究了LEACH协议的实现原理和工作流程,分析了算法的优缺点并通过Matlab仿真说明了算法的局限性。在理论上分析其原因并从簇首选择、簇的形成、单跳和多跳以及簇首数量的选取等方面对原算法进行改进。通过优化簇头阈值公式改进了簇首选举机制,引入F因子优化了簇的形成过程。最后通过Matlab仿真分别对改进算法和传统算法在簇首分布和网络寿命两个方面进行比较,进而证实改进后的LEACH算法性能优于传统算法。最后,本文针对地下管网监测系统的应用背景和需求,利用改进的覆盖优化算法对传感器节点覆盖进行优化仿真。接着从工作流程、数据链路层的设计、系统核心模块设计等方面阐述了地下管网系统的路由设计,并通过实验验证了路由协议的有效性。