基于无线传感器网络的水库安全监测系统的制作方法

文档序号:12037987阅读:470来源:国知局
基于无线传感器网络的水库安全监测系统的制作方法与工艺

本发明涉及水利监测技术领域,具体涉及基于无线传感器网络的水库安全监测系统。



背景技术:

相关技术中,水库安全监测主要采用传感器+有线传输+集中式mcu的系统结构,个别研究单位和公司推出了基于gprs的无线渗压监测装置,但还不是真正意义上的无线传感器网络技术概念,而且这样运用还受公共网络覆盖、功耗、运行费用等因素的严重制约。



技术实现要素:

针对上述问题,本发明提供基于无线传感器网络的水库安全监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现:

提供了基于无线传感器网络的水库安全监测系统,包括水库安全测控中心、水库安全无线传感器网络监测模块和用户智能终端;所述的水库安全无线传感器网络监测模块、用户智能终端与水库安全测控中心通信连接;所述的水库安全无线传感器网络监测模块用于基于无线传感器网络对水库进行监测,采集水库安全状态数据并发送至水库安全测控中心;所述的水库安全测控中心用于对水库安全状态数据进行分析处理,并在水库安全状态异常时向用户智能终端发送报警信号。

优选地,所述水库安全测控中心包括依次连接的水库安全状态数据存储模块、水库安全状态数据分析模块、异常报警模块,还包括水库安全状态数据显示模块,水库安全状态数据显示模块与水库安全状态数据存储模块、水库安全状态数据分析模块连接。

本发明的有益效果为:能够实时监测到水库安全状态数据,降低水库安全监测成本,使水工安全监测技术大面积推广应用成为可能。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图;

图2是本发明水库安全测控中心的连接框图。

附图标记:

水库安全测控中心1、水库安全无线传感器网络监测模块2、用户智能终端3、水库安全状态数据存储模块10、水库安全状态数据分析模块20、异常报警模块30、水库安全状态数据显示模块40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2,本实施例提供的基于无线传感器网络的水库安全监测系统,包括水库安全测控中心1、水库安全无线传感器网络监测模块2和用户智能终端3;所述的水库安全无线传感器网络监测模块2、用户智能终端3与水库安全测控中心1通信连接;所述的水库安全无线传感器网络监测模块2用于基于无线传感器网络对水库进行监测,采集水库安全状态数据并发送至水库安全测控中心1;所述的水库安全测控中心1用于对水库安全状态数据进行分析处理,并在水库安全状态异常时向用户智能终端3发送报警信号。

其中,用户智能终端3可以通过实时访问水库安全测控中心1查询水库安全状态数据和异常状况。

优选地,所述的水库安全测控中心1在水库安全状态数据不满足设定的阈值时判定水库安全状态为异常。所述的水库安全状态数据包括水库水位、雨量、渗压、应变、位移参数数据。

优选地,所述水库安全测控中心1包括依次连接的水库安全状态数据存储模块10、水库安全状态数据分析模块20、异常报警模块30,还包括水库安全状态数据显示模块40,水库安全状态数据显示模块40与水库安全状态数据存储模块10、水库安全状态数据分析模块20连接。

本发明上述实施例能够实时监测到水库安全状态数据,实现水库安全状态数据实时安全传输,满足生活水库在线监测系统的安全性、稳定性及可靠性要求,为生活水库在线监测工作打下扎实的基础。

优选地,所述的水库安全无线传感器网络监测模块2包括水库安全状态监测节点、汇聚节点,水库安全状态监测节点随机部署于设定的水库监测区域中,水库安全状态监测节点用于采集水库安全状态数据,并将采集的水库安全状态数据发送至汇聚节点,汇聚节点用于对水库安全状态监测节点发送的水库安全状态数据进行收集和融合,最后发送至水库安全测控中心1。

优选地,若水库安全状态监测节点为汇聚节点的一跳邻居节点时,其直接将水库安全状态数据发送至汇聚节点;若水库安全状态监测节点为汇聚节点的非一跳邻居节点,其从其邻居节点中选择中继转发节点辅助发送水库安全状态数据至汇聚节点,具体执行:

(1)水库安全状态监测节点确定其各邻居节点充当中继转发节点的能力值,能力值的计算公式为:

式中,rij表示水库安全状态监测节点ri的第j个邻居节点,d(rij)表示rij充当中继转发节点的能力值,为链路ri,rij之间水库安全状态监测节点ri的接收信号强度指示值,表示链路ri,rij之间rij的接收信号强度指示值,s(rij,ri)表示ri,rij之间的欧氏距离,ni为水库安全状态监测节点ri包含的邻居节点数目,θ为设定的权重系数;

(2)按照能量值由大到小的顺序对各邻居节点进行排列,形成备选中继转发节点列表,水库安全状态监测节点从其备选中继转发节点列表中选择优选值最大的作为中继转发节点,进而将水库安全状态数据通过中继转发节点辅助发送至汇聚节点。

本优选实施例设计了简单便捷的中继转发节点的确定策略,能够实现快速有效的最优中继转发节点选取,通过该策略选出的中继转发节点能够较为准确地辅助传输水库安全状态数据,并且能够降低水库安全状态监测节点本身承受的负载,整体上节约了水库安全状态监测节点向中继转发节点传送水库安全状态数据的能耗。

优选地,若选择的中继转发节点满足下列更新判定条件,则水库安全状态监测节点在其备选中继转发节点列表里剩余的邻居节点中选择优选值最大的更替该中继转发节点:

式中,rab表示中继转发节点ra的第b个邻居节点,分别表示rab的当前剩余能量、初始能量,为链路ra,rab之间ra的接收信号强度指示值,为链路ra,rab之间rab的接收信号强度指示值,rac表示中继转发节点ra的除rab外的第c个邻居节点,为链路ra,rac之间ra的接收信号强度指示值,为链路ra,rac之间rac的接收信号强度指示值,na为中继转发节点ra的邻居节点数目,ut为设定的能量阈值。

相关技术中,若水库安全状态监测节点的邻居节点能量耗尽,会加重该水库安全状态监测节点的负载,当负载超过负载阈值时,会造成水库安全状态监测节点失效,因此,邻居节点当前剩余能量之和在一定程度上能够反映水库安全状态监测节点不会失效的程度,鉴于此,本优选实施例利用该特点设计了中继转发节点的更新策略,使得中继转发节点由于自身邻居节点的当前剩余能量之和不能满足要求而可能失效时及时进行更换,从而保障水库安全状态数据传输的可靠性。

优选地,水库安全状态监测节点与中继转发节点通信时,水库安全状态监测节点的发射功率按照下列公式确定:

式中,gr表示水库安全状态监测节点与中继转发节点通信的发射功率,gt为中继转发节点的正确接收功率阈值,gφ为中继转发节点的实际接收功率,gmax为水库安全状态监测节点的最大发射功率,e为设定的水库安全状态监测节点的期望邻居节点数目,e为当设定水库安全状态监测节点的发射功率为时该水库安全状态监测节点具有的邻居节点数目,g0为设定的单位调整功率,f(·)为设定的取值函数,当e-e>0时,f(e-e)=1,当e-e≤0时,f(e-e)=0。

本优选实施按照上述方式确定水库安全状态监测节点与中继转发节点通信的发射功率,相对以最大发射功率发送水库安全状态数据,能够在保证水库安全状态数据可靠传输的前提下尽量节省水库安全状态数据发送的能量,从而降低水库安全无线传感器网络监测模块2的数据收集能量成本,其中以水库安全状态监测节点采用最小发射功率(即)时具有的邻居节点数目与期望邻居节点数目之间的差值作为功率调整的幅度,能够使得最后确定的发射功率满足一定的邻居节点数目要求,从而减少链路中断的次数,更好地提高水库安全无线传感器网络监测模块2的网络性能。

最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

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