本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及面向轨道交通的环境参数无线监测系统。
背景技术：
轨道交通是指具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点的交通方式，包括地铁、轻轨、磁悬浮、快轨、有轨电车、新交通系统等。
在城市轨道交通系统中，环境信息监测系统是地铁安全、高效运营的基石，为适应城市轨道交通对环境监测信息化和集成化的要求，有必要提供一种面向轨道交通的环境参数无线监测系统。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供面向轨道交通的环境参数无线监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了面向轨道交通的环境参数无线监测系统，包括环境监测装置和环境管理终端；所述环境监测装置包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括普通节点和基站节点，普通节点对轨道区域环境进行监测感知，并将获得的轨道区域环境参数信息发送至基站节点；所述基站节点汇聚各普通节点发送的轨道区域环境参数信息，进行处理后转发至环境管理终端；环境管理终端用于对基站节点发送的轨道区域环境参数信息进行分析处理和显示，并在轨道区域环境参数信息异常时进行报警。
优选地，所述环境管理终端包括数据处理器和显示器，该数据处理器将收到的轨道区域环境参数信息与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器进行比较结果显示。
进一步地，环境管理终端还包括与数据处理器连接的控制器，系统还还包括与控制器连接的温控设备，当轨道区域环境参数信息超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理器驱动控制器控制温控设备操作。
本发明的有益效果为：实现了对环境参数的测量及控制，能够广泛应用于轨道交通中，保证了轨道交通的安全性；通过无线传输方式进行通信，减少了硬件成本，提高了数据传输速度。
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本发明一个实施例面向轨道交通的环境参数无线监测系统的结构示意框图；
图2是本发明一个实施例的环境管理终端的框图示意图。
附图标记：
环境监测装置1、环境管理终端2、温控设备3、数据处理器10、显示器20、控制器30。
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，本实施例提供的面向轨道交通的环境参数无线监测系统，包括环境监测装置1、和环境管理终端2。
环境监测装置1包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括普通节点和基站节点，普通节点对轨道区域环境进行监测感知，并将获得的轨道区域环境参数信息发送至基站节点。
基站节点汇聚各普通节点发送的轨道区域环境参数信息，进行处理后转发至环境管理终端2。
环境管理终端2用于对基站节点发送的轨道区域环境参数信息进行分析处理和显示，并在轨道区域环境参数信息异常时进行报警。
其中，所述轨道区域环境参数信息包括轨道区域的温度、湿度。
在一个实施例中，如图2所示，环境管理终端2包括数据处理器10和显示器20，该数据处理器10将收到的轨道区域环境参数信息与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示器20进行比较结果显示。显示器20还用于实时显示轨道区域环境参数信息，从而供监测人员实时查看轨道区域环境的状态信息。
可选地，环境管理终端2还包括与数据处理器10连接的控制器30，系统还还包括与控制器连接的温控设备3。其中，温控设备3包括制冷器、制热器、通风风扇中的一种或多种。
当轨道区域环境参数信息超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理器10驱动控制器30控制温控设备4操作。例如，当轨道区域的温度低于设定的安全阈值下限时，数据处理器10驱动控制器30控制该制热器工作直至达到设定的温度阈值；当轨道区域的温度高于设定的安全阈值上限时，数据处理器10驱动控制器30控制制冷器和/或通风风扇工作。
本发明上述实施例的面向轨道交通的环境参数无线监测系统实现了对环境参数的测量及控制，能够广泛应用于轨道交通中，保证了轨道交通的安全性；通过无线传输方式进行通信，减少了硬件成本，提高了数据传输速度。
在一个实施例中，基站节点在无线传感器网络启动时刻对普通节点进行分簇，确定作为簇首的普通节点，而剩余的普通节点作为成员节点；
成员节点用于采集轨道区域环境参数信息并将轨道区域环境参数信息发送至所属簇的簇首；
簇首用于收集成员节点发送的轨道区域环境参数信息，还用于将收集的轨道区域环境参数信息通过簇间多跳路由通信的方式转发至基站节点。
在一个实施例中，基站节点对普通节点进行分簇，具体包括：
(1)基站节点根据当前无线传感器网络的状况，确定最优簇的数目s，然后运行粒子群优化算法，初始化m个粒子，每个粒子包括s个候选簇首信息，根据适应度函数计算每个粒子的适应值，粒子群算法结束后，选择最优适应值粒子，该粒子包含的s个候选簇首即为备选簇首；
(2)进行备选簇首筛选，若存在两个备选簇首之间的距离小于预设的最小距离值，将其中当前剩余能量最小的备选簇首恢复为普通节点；
(3)将剩余的所有备选簇首作为最优簇首，基站节点将簇首信息广播至无线传感器网络，普通节点在收到基站的广播的信息后，成为簇首的普通节点发布一条广播信息，非簇首根据接收到信号的强弱加入相应的分簇，成为成员节点。
本实施例基于粒子群优化算法进行分簇，由于能够控制簇首的个数，从而相应控制簇的规模，有利于实现均匀分簇。
另一方面，由于基于粒子群优化算法进行分簇，很可能会产生簇首密集的情况，本实施例通过距离条件对备选簇首进行筛选，有效避免了簇首过密情况的发生，使得无线传感器网络的分簇拓扑更加合理，而且始终选择剩余能量较多的备选簇首担任最终的簇首，这更有利于网络能量的均衡，从而能够有效延长轨道区域环境参数信息采集和传输的工作周期，提高面向轨道交通的环境参数无线监测系统运行的稳定性。
其中，设定适应度函数q为：
式中，ca,b表示粒子a中包含的候选簇首cb，ni是候选簇首cb所在簇内的普通节点，
本实施例基于能量和距离因素重新设定了适应度函数，根据重新设定的适应度函数进行寻优，有益于提高分簇的紧凑性，使距离基站节点越近的区域簇首数目较多，同时优化簇首的当前剩余能量。
在一个实施例中，基站节点对普通节点进行分簇后，不再进行分簇。
基站节点定期对簇首进行检测，若簇首的当前剩余能量低于其簇中成员节点能量均值时，选择当前剩余能量最大的成员节点作为新的簇首。
本实施例采用簇首连续担任机制，可以减少轮流选取簇首所消耗的能量。
在一个实施例中，基站节点可在设定的可移动位置范围内周期性地移动，具体包括：
(1)设最靠近基站节点的矩形监控区域侧边为邻近侧边，若一簇首ci满足间距条件，则将簇首ci作为备选定位簇首；
(2)若备选定位簇首只有一个，则将该备选定位簇首作为定位簇首，若备选定位簇首有多个，选择到邻近侧边的距离最短的备选定位簇首作为定位簇首；
(3)设定位簇首为ce，其与最近簇首的距离为
其中，所述的间距条件为：
式中，
由于本发明簇首将收集的轨道区域环境参数信息通过簇间多跳路由通信的方式转发至基站节点，虽然可以有效地平衡网络各普通节点的能量消耗，但是越靠近基站节点的簇首的能量消耗越快，容易产生过早死亡的现象。
针对上述问题，本实施例设置了基站节点位置移动机制，以满足间距条件的定位簇首获得圆域，最后将圆域中处于监控区域外侧的部分区域设定为基站节点的可移动位置范围，使基站节点能够在该可移动位置范围内周期性移动。
本实施例在保障网络拓扑结构的稳定性的前提下，可以有效地避免由于过分使用某一簇首造成该簇首过早死亡，更有效地均衡能耗，从而延长网络的生存周期，提高轨道区域环境参数信息传输的可靠性。
现有技术中，簇首通常在相距基站节点较近的邻居簇首中选择距离最短的簇首作为其下一个中继节点，直到到达基站节点，从而完成轨道区域环境参数信息的传输。然而，如果只采取距离最近原则有可能使得簇首形成的单链过程，造成不必要的能量损耗。
基于该问题，本实施例中，簇首将收集的轨道区域环境参数信息通过簇间多跳路由通信的方式转发至基站节点，具体包括：
(1)簇首
(2)设选择作为簇首
所述的直接成链条件为：
式中，
本实施例相对于现有技术改进了簇间多跳通信机制，通过设定直接成链条件来控制多跳路由成链过程，避免单链过长，有利于减少面向轨道交通的环境参数无线监测系统在轨道区域环境参数信息采集和传输方面的能耗，使得面向轨道交通的环境参数无线监测系统更加节能。
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。