一种地下管网无线监测定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于地下管网应用领域的无线监测定位系统，它是由未知节点、信标节点、Sink节点、上位机等组成；本发明公开了针对无线自组织网络的监测节点定位方法，为基于在线优化训练关系函数的递增式测距定位算法，并采用多种方法对定位结果进行不断修正的过程；本发明还公开了针对地下管网应用的突发灾害事故源定位方法，包括时间差法、状态曲线法、多参数组合法等方法，并采用多种方法进行定位修正，可实现较高精度定位；本发明还公开了以上定位算法实现过程的节能优化方法。采用本发明的定位方法，不仅可实现地下管网自动化智能化监测预警、突发灾害高效可靠定位等功能，而且具有数据准确、及时高效、低能耗、低成本等优势。
【专利说明】一种地下管网无线监测定位系统
【技术领域】
[0001]本发明属于地下管网无线远程监控【技术领域】，具体地说，第一，本发明涉及地下管网无线远程监测定位系统设备；第二，本发明涉及无线监测系统的自组织网络定位方法；第三，本发明涉及无线监测系统在地下管网领域的突发事故定位实际应用，具体为事件驱动技术，实现突发事故源的快速定位；第四，本发明涉及定位算法实现过程的节能优化方法。
【背景技术】
[0002]GPS(Global Positioning System)是目前使用的最著名的定位服务。但是，由于无线传感器节点受到成本、能量和体积的限制，无法满足GPS的成本和功耗要求。针对地下管道网络监测系统，GPS会由于接收不到卫星信号而失效，这就使其应用受到很大限制。在机器人研究领域，也有不少关于定位的研究，但所提出的一些算法一般不用关心计算复杂度和能量消耗问题，同时也有相应的硬件设备支持，所以不适用于地下管网无线监测系统应用环境。
[0003]目前，无线监测系统定位算法还处于理论研究阶段，近年来已经出现了许多针对无线传感网络的节点定位算法，如无参考节点算法的AFL(Anchor-Free Localization)、Cricket 和 ABC (Assumption Based Coordinates)等算法，有参考节点的 GPS-Free、DV-Hop (DistanceVector-Hop) > AHLos (Ad-Hoc Localization System) > LCB (LocalizableCollaborative Body)和 APIT(Approximate Point-1n-Triangulation Test)等 算法，集中式定位 MDS-MAP 算法，以及 SPA、LPS (Local Positioning System)、SpotON、HiRLoc(High-Resolution Robust Localization)、凸规划(Convex Optimization)、RADAR、DPE (Directed Position Estimation)、MAP (MobileAnchor Points)、质心算法(Centroid Algorithm)等等算法。已经提出的定位算法都具有各自的适用条件,在特定条件下，某些算法在某些性能指标上可能优于其他算法，而在其他方面可能处于劣势。从一定意义上说，可公认为最优秀的定位算法目前尚未产生。通过分析已有的研究结果，发现即使很优秀的定位算法也有待于提高整体性能。总的来说，获得高效精确的定位算法还需要解决以下几个问题，降低硬件配置、提高对于高能效、高精度的距离或角度的测量技术；定位算法的复杂度和算法自身引起的通信量要尽量低；降低因信标节点比例小或大而增加的成本；对网络结构处于动态变化时的节点定位方法进行再次的深入研究。并且对地下管网无线监测应用环境的节点定位算法做进一步研究。
[0004]对地下管网监测预警与应急处置应用而言，监测节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么区域发生了特定事件”，实现对管网状态信息以及突发灾害的定位和追踪。此夕卜，了解监测节点位置信息还可提高路由效率，为网络提供命名空间，向部署者报告网络的覆盖质量，优化实现网络的负载均衡和网络拓扑的自配置。在地下管网无线监测系统中，监测节点的微型化和有限的电池供电能力使其在节点硬件的选择上受到了很大限制，低功耗是其最主要的设计目标。监测节点能量有限、可靠性差、节点数目较大、节点部署具有不确定性，以及成本、功耗、扩展性等问题的限制，再加上节点的通信能力、数据处理能力、存储能力有限，对定位算法和定位技术提出了较高的要求。主要包括:
[0005]自组织:地下管网无线监测系统没有全局基础设施来支持协助定位；
[0006]鲁棒性:监测节点本身脆弱性，算法必须具有良好的容错性和自适应性；
[0007]节能性:尽可能降低算法的计算复杂性，减小节点之间由于定位算法引起的通信负载，尽量延长网络的寿命；
[0008]分布式计算:减小信息收发，减小通信负载；
[0009]可扩展性:能够及时适应无线监测节点的增加和退出；
[0010]低成本:系统的安装时间、配置时间、定位时间要小，定位算法所需要的基础设施和监测节点数量、硬件尺寸以及所有设施的总费用等要足够低。
[0011]因此必须针对其密集性及节点的计算、存储、通信等能力都有限的特点设计有效的低功耗节点定位和突发事故源定位算法。
[0012]综上，目前地下管网监测领域还没有一种可以实现监测节点定位和突发灾害事故源定位的系统方法，并同时兼顾大量监测节点通信能力、数据处理能力、存储能力、可靠性、成本、功耗、速度、效率等问题。在实际监控预警与应急处置应用中，还需要对结果精确度的要求和能量消耗等方面进行综合考虑，以确定最合适的定位方法。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的第一个问题是:提供一种适合于地下管网应用环境的无线监测定位系统，其目的是在地下管网设备上搭建出具有实时无线远程监测和定位功能的一套系统。
[0014]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是:在本发明人前期发明专利“一种市政管网无线监测系统”(201010575533.4)的基础上，改进原有无线监测系统，使其不仅用于对被测管网压力、流量、流速、成本、振动等等运行参数进行监测，而且具有对监测节点进行定位的能力，以及突发事故情况下应急监测和突发事故源进行定位的能力。
[0015]所述的无线监测定位系统对原有无线监测系统改进包括上位机服务器、Sink节点、信标节点、未知节点，某些特定应用条件下，还会增加移动信标节点协助进行监测节点定位。所述的上位机服务器主要增加节点融合定位修正算法、突发事故融合定位算法等，并将必要的修正信息发送给监测节点；所述的Sink节点主要负责与监测节点、与上位机进行通信，转发定位信息及修正信息，并作为中心信标节点启动节点定位过程等；所述的信标节点为安装初期已测定精确地理位置的监测节点，为其他监测节点提供位置参考信息，信标节点主要负责采集定位信息和计算关系函数，协助邻居未知节点进行节点定位、事故定位和定位修正，并获取邻居节点定位反馈信息对关系函数进行修正等；所述的未知节点为待定位节点，主要负责接收信标节点信息，计算自身位置并反馈位置结果等，并在定位完成后转化为次级信标节点；所述的移动信标节点，为实时可追踪移动轨迹的临时节点，在监测区域中移动并加入无线监测自组织网络中，主要负责周期性广播其当前位置信息，协助邻居未知节点等进行定位及修正，并将通信过程信息集中上传给上位机服务器系统等。
[0016]所述的信标节点选定原则:以Sink节点为中心，一跳通信距离内要有信标节点，信标节点间距离尽量远。具体实施案例为，在某一方向Sink节点一跳通信距离内尽量远的区域选取第一个信标节点；在某一正交方向Sink节点一跳通信距离内尽量远的区域选取第二个信标节点；在信标节点多于3个的应用环境，其它信标节点可自由随机选取，基本原则为保证与已有信标节点尽量远，又尽量靠近Sink节点。
[0017]所述的突发灾害应急监测，由第一个监测到对象状态信息突变的节点启动，广播启动应急事故监测与定位信号，上下游监测节点进入应急事故监测定位状态，实时监测对象状态信息突变的时间和变化量，并进行应急状态数据分析，计算突发灾害事故源位置信
肩、O
[0018]本发明要解决的第二个问题是:提供一种适合于地下管网应用环境的无线监测系统定位方法，其目的是在地下管网设备上实现实时无线远程监测节点定位。
[0019]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是:Sink节点作为中心信标节点启动节点定位过程，一级信标节点建立接收信号强度(RSSI)、电池电量、发送功率等参数与节点距离之间的关系函数，以Sink节点为中心，采用在线优化训练关系函数的递增式测距定位算法，并采用多种方法对定位结果进行不断修正的过程。修正方法主要包括:到达时间(TOA)修正，关系函数中值修正，管道地理信息修正，监测对象状态信息的时空关系修正，增加移动信标节点对节点定位进行修正等方法。
[0020]所述的在线优化训练关系函数的递增式测距定位算法，具体实施过程为，地下管网监测节点安装之初，选定部分节点(包括Sink节点)作为一级信标节点，Sink节点广播定位信息，一级信标节点确定定位关系函数，一级信标节点广播定位信息和定位关系函数，未知节点计算位置信息，未知节点转化为二级信标节点，二级信标节点广播定位信息和定位关系函数，一级信标节点修正定位关系函数，新的未知节点转化为三级信标节点，三级信标节点广播定位信息和定位关系函数，二级信标节点修正位置信息，新的未知节点转化为四级信标节点，以此类推，直到所有节点成为信标节点。
[0021]所述的Sink节点广播定位状态信息包括发送电池电量、发送功率等。所述的定位关系函数，为一级信标节点根据接收到的节点间的定位状态信息，求得RSS1、T0A、发送节点电池电量、发送功率等参数与节点距离之间的关系函数。所述的定位算法，尽量采用最小信标等级节点的定位信息，在接收到的节点定位信息大于2个时，采用最大似然估计算法；接收到的节点定位信息等于2个时，采用递增三边计算法；接收到的节点定位信息只有I个时，则向上级信标节点发送协助定位请求，由上级信标节点根据邻居节点位置信息及邻居节点通信覆盖域，估算此未知节点的位置区域，此估算需要其它算法进行修正。未知节点转化为信标节点时，信标等级为其采用的信标节点定位信息中最大等级加I。
[0022]所述的到达时间(TOA)修正，为通过信号在两个目标之间来回传播的时间差与信号传播速度之间的关系求得两节点间距离，对节点位置信息进行修正，即通过两个节点的一收一发通信过程，记录发送者和接收者的响应处理时延，计算信号传播时间，根据信号传播速度求得两节点间距离。
[0023]所述的关系函数中值修正，包括一次关系函数中值修正和二次关系函数中值修正。所述的一次关系函数中值修正，为两节点在一收一发过程中，形成的两组RSS1、电池电量、发送功率等参数与节点距离关系函数值，通过两组关系函数的中值进行修正，可提高监测节点定位的精度；所述的二次关系函数中值修正，为通过改变节点发送功率，产生新的RSS1、电池电量、发送功率等参数与节点距离关系函数值，进行二次关系函数中值修正。[0024]所述的管道地理信息修正，为结合无线监测对象状态信息修正的过程，具体为根据管道地理信息以及监测节点上下游关系，并且监测节点都部署在靠近管道的区域，进而修正监测节点位置。
[0025]所述的监测对象状态时空关系修正，每个监测节点测得对象状态信息，与上下游监测节点测得对象状态信息具有一定的时空关系(比如压力、流量、流速、成本、振动等)，在此基础上确定监测节点的上下游关系，建立上下游监测节点对象状态信息与上下游节点位置间的关系函数，在没有突发灾害事故的网络稳定运行状态下，实时在线训练相应稳态关系函数，根据节点位置和监测对象状态信息修正相应稳态关系函数，同时也根据稳态关系函数和监测对象状态信息修正监测节点位置信息。
[0026]所述的增加移动信标节点对节点定位进行修正，为监测区域内增加移动信标节点，初始化并同步入网后，只要保证移动信标节点的移动速度不高于一定数值，即以速度不高于2个通信周期内移出单个节点的通信范围为限，移动信标节点周期性广播定位信息，每个邻近的大于一级的信标节点，与移动信标节点通信不少于一次，信标节点根据几组定位信息和移动信标节点移动位置计算自身位置，对定位结果进行修正，并反馈修正上级定位结果，以此类推。此外，移动信标节点记录整个移动过程中通信过的所有邻近信标节点通信信息，并集中上传给上位机服务器系统，上位机服务器根据每个邻近信标节点的定位信息以及移动信标节点的移动轨迹，并结合移动轨迹区域内所有邻近节点信息融合计算邻近信标节点位置，最后将修正信息发送给对应节点，以协助修正全网节点定位信息。
[0027]本发明所要解决的第三个问题是:提出地下管网突发灾害事故源定位方法，具体为事件驱动技术，实现地下管网监测预警的实时定位、突发灾害下的事故源实时定位，其目的是为实现快速高效的应急处置与联动提供基础数据支撑。
[0028]为了实现准确高效实时的事故源定位方法，本发明所采用的技术方案为:根据监测对象状态信息与上下游监测节点位置之间的稳态关系函数，建立监测对象状态信息与整个管网管道之间关系函数。在突发灾害事故状态下，根据上下游监测节点实时监测对象状态信息的时间关系和突变量等，计算引起突变的管网管道位置，即事故源位置，再通过其它监测节点和其它监测参数变化协助修正突发灾害事故源定位。
[0029]所述的建立监测对象状态信息与整个管网管道之间关系函数，为将监测对象状态信息与上下游监测节点位置之间的稳态关系函数值，作为局部特征值，求得监测对象状态信息与整个管网管道之间的线性连续关系函数，并在管网稳定运行期间不断进行优化修正。所述的线性连续关系函数，具体为在不同时间、不同管段、不同对象运行状态等情况下形成的线性连续关系函数。所述的对象运行状态，包括对象运行单种状态参数和多种状态参数等情况。
[0030]所述的计算事故源位置，有时间差法、状态曲线法、多参数组合法等方法。所述的时间差法为根据上述线性连续关系函数，以上下游监测节点监测对象运行状态突变发生的时间差，计算引起突变的事故源距上下游监测节点的距离；所述的状态曲线法为以突发事故引起的对象状态参数变化差别最大两个监测节点间为事故源发生段，分别根据事故源发生段上游至少两个、下游至少两个监测节点的事故状态数据，获得两条事故段线性连续关系函数曲线，求其交点，即为事故源位置；所述的多参数组合法为多运行状态参数组合定位方法，在具备多参数监测的区域内，根据上下游监测节点的多参数的线性连续关系函数曲线，求其事故段的拐点，即为事故源位置。
[0031]所述的其它监测节点和其它监测参数变化协助修正定位方法，为充分利用突发灾害区域内所有监测节点和所有监测参数数据进行协助修正定位，条件不足时采用一种进行估计计算，定位精度较差，条件充分时，采用多种方法进行估计和修正，可实现较高精度定位。主要包括多监测节点时间差协助修正、二次监测时间差修正、二次状态曲线修正法等。所述的多监测节点时间差协助修正为充分利用上下游更多监测节点的突变时间差，计算并修正事故源位置；所述的二次监测时间差修正，为改变事故区域管网运行状态(阀门调节、泵调节等)产生新突变，监测节点二次监测突变时间差，计算并修正事故源位置；所述的二次状态曲线修正法，为在状态曲线法基础上，改变整个事故区域管网运行状态(阀门调节、泵调节等)，分别根据事故源发生段上游至少两个、下游至少两个监测节点的事故状态数据，获得两条新的事故段线性连续关系函数曲线，求其交点，修正状态曲线法的定位结果。
[0032]本发明所要解决的第四个问题是:以上所有定位算法实现过程的节能优化方法，在保证监测节点定位和突发事故源定位实现的基础上，尽量不增加无线监测网络通信负载，减小监测节点运算负载，降低无线监测网络和节点的能耗。
[0033]为了实现整个节点定位和突发事故源定位算法实现过程的节能，本发明采用的技术方案是:将所述的监测节点的定位算法融合于无线网络通信过程，融合通信数据包，采用分布式定位运算等。
[0034]所述的定位算法融合于无线网络通信过程，为将定位算法融合于监测节点的时间同步、自组织拓扑建立、数据通信等整个无线监测网络通信过程，节点初步定位算法从节点同步阶段开始，并于每个通信周期中进行更新修正，上位机仅将必要的修正信息发送给监测节点，不增加节点间定位交互通信过程，减小网络占空比，网络通信负载，减小网络能量消耗。
[0035]所述的融合通信数据包，对节点定位信息和修正信息进行压缩融合，采用累积差量法减少定位修正信息的发送次数，并仅在通信数据包中增加监测节点定位相关信息压缩字段，尽量减少节点通信能耗。所述的累积差量法，为设定修正量阀值，监测节点通过修正算法求得修正量小于阀值时暂不发送，记入累积量，当修正累积量超过阀值时，再将修正信息加入通信数据包进行发送。
[0036]所述的分布式定位运算，主要采用上位机服务器负责大量数据的集中运算部分，包括监测节点地理信息修正的算法、监测节点时空关系修正的算法的实现，还负责事故源定位的状态曲线法、二次状态曲线修正法、多参数组合算法的实现；监测节点只与上下一级监测节点通信，负责简单的初级运算，主要包括建立修正函数、到达时间(TOA)、关系函数中值、事故源定位的时间差法等算法的实现，定位和修正自身位置，并协助上下一级监测进行定位和修正，减小监测节点的运算负担。
[0037]本发明采用上述的地下管网无线监测定位系统，对管网运行状态进行智能分析、实时报警定位，可以实现对地下管网无线监测节点的在线定位、对地下管网突发灾害事故源的实时定位，从而提高地下管网监测预警的自动化、智能化水平，与地下管网的应急处置联动平台结合还可以实现及时高效的管网监测预警与突发灾害下的应急控制。采用这种地下管网实时监测定位系统，不仅可以实现地下管网自动化智能化监测预警、突发灾害高效可靠定位等功能，而且具有数据准确、及时高效、低能耗、低成本等优势。所以，上述地下管网无线监测定位系统是现行管网监测预警和事故源定位的最佳技术方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0039]附图为本发明的无线监测定位系统结构示意图，图中标记为:
[0040]1、传感器，2、监测节点(信标节点)，3、天线，4、Sink节点(信标节点)，5、公网通信模块，6、公共网，7、上位机，8、监测节点(未知节点)，9、监测节点(信标节点)，10-16、监测节点(未知节点)，17、移动信标节点，18、管网主干管，19、管网分支管,20、突发灾害事故位置。
【具体实施方式】
[0041]如附图所表达的本发明地下管网无线监测定位系统，本发明为一种地下管网运行状态监测定位系统，用于将被测管道的运行状态参数值以及定位信息等，通过自组织无线网络多跳路由转发到Sink节点处，Sink节点再通过公网发送到上位机上。网络初始化阶段需要设定信标节点，本实施案例中设定监测节点2、4、9为信标节点，设定增加移动信标节点17，其余监测节点需要通过定位算法进行节点定位。其中定位实现过程为:通过信标节点定位信息和定位算法，实现未知节点定位；通过上下游监测节点监测的突发数据变化，实现事故源定位。
[0042]监测节点定位实施例一:
[0043]本发明所述的监测节点中设传感器1，所述的传感器I通过传感器信号线与监测节点(信标节点)2中心电路相连，监测节点(信标节点)2通过无线收发模块与Sink节点4通信，建立定位算法，求得RSS1、Τ0Α、发送节点电池电量、发送功率等参数与节点距离的关系函数。
[0044]监测节点定位实施例二:
[0045]本发明所述的监测节点(未知节点)8通过接收信标节点2、9与Sink节点4的定位信息，采用最大似然估计算法，求得监测节点8的位置信息，监测节点8转化为二级信标节点，监测节点8反馈位置信息，信标节点2、9修正关系函数。
[0046]监测节点定位实施例三:
[0047]本发明所述的监测节点(未知节点)15通过接收信标节点2、9的定位信息，采用递增三边计算法，求得监测节点15的位置信息，通过接收二级信标节点8的定位信息修正监测节点15的位置信息，监测节点15转化为二级信标节点，监测节点15反馈位置信息，信标节点2、9修正关系函数。
[0048]监测节点定位实施例四:
[0049]本发明所述的监测节点(未知节点)14通过接收一级信标节点9和二级信标节点15的定位信息，采用递增三边计算法，根据监测节点14在以Sink节点为中心的增量沿，求得监测节点14的位置信息，监测节点14转化为三级信标节点，监测节点14反馈位置信息，二级信标节点15修正位置信息,信标节点9修正关系函数。
[0050]监测节点定位实施例五:
[0051]本发明所述的监测节点(未知节点)16通过接收三级信标节点14的定位信息,无法直接计算节点位置，反馈协助定位请求，三级信标节点14根据二级信标节点15和信标节点9的位置信息及通信覆盖域，并通过到达时间(TOA)、关系函数中值等修正算法，估算此监测节点(未知节点)16的位置区域。
[0052]监测节点定位实施例六:
[0053]本发明所述的监测节点(未知节点)12通过接收二级信标节点10和三级信标节点11的定位信息，采用递增三边计算法，根据监测节点12在以Sink节点为中心的增量沿，并根据管道地理信息监测节点12在主干管上，监测对象状态信息的时空关系监测节点12在二级信标节点10的下游进行位置修正，求得监测节点12的位置信息，监测节点12转化为四级信标节点，监测节点12反馈位置信息，二级信标节点10和三级信标节点11修正位置信息。
[0054]监测节点定位实施例七:
[0055]本发明所述的监测节点(未知节点)13通过递增式测距定位算法，求得位置信息，转化为三级信标节点。增加移动信标节点17后，三级信标节点13通过接收不同时刻移动信标节点17来自不同位置的定位信息，采用三边计算法，求得三级信标节点13的位置信息，修正原位置信息，监测节点13反馈位置信息，二级信标节点10修正位置信息，信标节点9修正关系函数。
[0056]事故源定位实施例八:
[0057]本发明所述的突发灾害事故20，通过监测节点9、10监测到管网运行状态突变信号的时间不同，根据时间差算法，求得突发灾害事故位置20与监测节点9、10的距离，确定突发灾害事故20位置，通过突变信号到达监测节点11、12、13、15的时间，计算突发事故20距监测节点11、12、13、15的距离，修正突发事故20的位置。
[0058]事故源定位实施例九:
[0059]本发明所述的突发灾害事故20，以监测节点9、10、11、12、13、15在管网稳态运行时在线训练的状态曲线为基础，监测节点9、10监测到的状态参数变化差别最大，确定突发事故发生在监测节点9、10之间，以监测节点9、15的监测数据计算状态曲线，以监测节点
10、11、12、13的监测数据计算状态曲线，采用状态曲线法，求得这两条状态曲线在监测节点
9、10之间的交点，即为突发灾害事故20位置，调节管网干管18上的控制设备(阀门调节、泵等)改变事故区域管网运行状态，以改变运行状态后监测节点9、15的监测数据计算状态曲线，监测节点10、11、12、13的监测数据计算状态曲线，采用二次状态曲线修正算法，修正突发灾害事故20位置。
[0060]事故源定位实施例十:
[0061]本发明所述的突发灾害事故20，管网主干管18上监测节点9、10、12、13、15等监测对象的多种状态参数，以监测节点9、10、12、13、15在管网稳态运行时在线训练的多参数线性连续关系函数曲线为基础，在突发事故灾害情况下，监测节点9、10监测到的状态参数变化差别最大，确定突发灾害事故发生在监测节点9、10之间，根据监测节点9、10、12、13、15的监测数据计算多参数的线性连续关系函数曲线，采用多参数组合法，求其在监测节点9、10之间的拐点，即为事故源位置。调节管网干管18上的控制设备(阀门调节、泵等)改变事故区域管网运行状态，以改变运行状态后监测节点9、10、11、12、13的监测数据计算多参数的线性连续关系函数曲线，采用二次状态曲线修正算法，修正突发事故20位置。[0062]本发明通过以上实施例对定位方法进行描述，还应包括以上实施例的交叉组合、对象参数的改变和等效替换等，实现节点和事故源定位与修正的实施例，都属于本发明保护范围。
【权利要求】
1.一种地下管网无线监测定位系统，用于对管网运行状态进行实时监测，对监测节点进行定位，对突发灾害事故源进行实时定位，还包括定位算法实现过程的节能优化方法等。所述的无线监测定位系统包括上位机服务器、Sink节点、信标节点、未知节点，以及移动信标节点等；所述的上位机服务器节点进行融合定位修正、事故融合定位等，并将必要的修正信息发送给监测节点；所述的Sink节点与监测节点、与上位机进行通信，转发定位信息及修正信息等；所述的信标节点采集定位信息和计算关系函数，协助邻居未知节点进行节点定位、事故定位和定位修正，并获取邻居节点定位反馈信息对关系函数进行修正等；所述的未知节点为待定位节点，接收信标节点信息，计算自身位置并反馈位置结果等，并在定位完成后转化为次级信标节点；所述的移动信标节点，在监测区域中移动并加入无线监测自组织网络中，周期性广播其当前位置信息，协助邻近未知节点等进行定位及修正，并将通信过程信息集中上传给上位机服务器系统等。
2.如权利要求1所述的监测节点定位，其特征在于=Sink节点作为中心信标节点启动节点定位过程，一级信标节点建立接收信号强度(RSSI)、电池电量、发送功率等参数与节点距离之间的关系函数，以Sink节点为中心，采用在线优化训练关系函数的递增式测距定位算法对监测节点进行定位，并采用到达时间(TOA)、关系函数中值、管道地理信息、监测对象状态信息时空关系、增加移动信标节点等方法修正定位结果。
3.如权利要求1所述的突发灾害事故源实时定位，其特征在于:在管网稳定运行期间建立监测对象状态信息与整个管网管道之间的线性连续关系函数，并不断修正关系函数；在突发事故情况下，由第一个监测到对象状态信息突变的节点启动突发灾害应急监测与定位，上下游监测节点进入应急事故监测定位状态，实时监测对象状态信息突变的时间和变化量等，采用时间差法、状态曲线法、多参数组合法等方法对突发事故源进行定位，并采用多监测节点时间差协助、二次监测时间差、二次状态曲线等方法修正突发事故源定位结果。
4.如权利要求1所述的定位算法实现过程节能优化方法，其特征在于:定位过程融合于监测节点的时间同步、自组织拓扑建立、数据通信等整个无线网络通信过程。上位机服务器进行监测节点的管道地理信息修正、监测对象状态时空关系修正、事故源定位的状态曲线法、二次状态曲线修正法、多参数组合等算法集中运算，并将必要的修正信息发送给监测节点；监测节点进行建立和修正关系函数、到达时间(TOA)、关系函数中值、事故源定位的时间差法等算法的运算，定位和修正自身位置，并压缩融合定位信息和修正信息，采用累积差量法选择性组包通信，减少定位修正信息的发送次数，仅在通信数据包中增加定位相关信息的压缩字段，协助上下一级监测节点进行定位和修正。
【文档编号】H04W84/18GK103687079SQ201310345094
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】张利强, 杨前进, 韩新民, 田宝庆, 张彦伯 申请人:机械科学研究总院, 中机生产力促进中心