专利名称：基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统、装置及方法
技术领域：
本发明涉及公共安全监测及无线通信技术领域，特别是一种基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统、装置及方法。
背景技术：
目前，公共安全问题监测是重要任务，战略导向是依托高新技术，发展新的探测、监测手段，建立公共安全信息系统平台和共享通道。重要任务包括针对各类危险源的特性，进行各种动态、在线监测技术的研究开发，研究集监测、控制和管理为一体的综合集成、高度信息化的安全监控技术。可见国家对公共安全监测系统是有很大需求的。
类似的如2008年奥运安全、2010上海世博会。此外，日本遗弃化武多数都带有TNT炸药、苦味酸等爆炸物，容易发生爆炸。在处理过程中由于存在着毒剂泄漏扩散和炮弹爆炸的风险，因此要实施全程安全防护、环境保护和监测，确保人员健康、安全和生态环境不受污染。
目前应用的炸药类检测系统主要是光谱类仪器，比如基于核子四极谐振法，基于X射线法等，不能微型化，价格高，进口的在机场检查行李用ITEMISER3爆炸物与麻醉品检测器价格为￥710893。显然不能满足公共安全监测的需求。
发明内容
本发明提出了一种网络化、无线化、移动化的公共安全监测系统方法，克服了目前的单台仪器小范围检测的局限性。其特点表现在一是支持无线自组织多跳的通信方式，节点可以大范围随意布置；二是支持移动节点通信，可以通过节点的移动增大监测范围以及系统可靠性；三是支持定位功能，通过节点的位置信息可以迅速确定危险源的位置。该通信系统还可以扩展到其它环境监测应用中。
本发明将现代无线通信技术和有线通信技术进行有效结合，提供了一整套公共安全监测系统，不但能够实时监测微量爆炸物等化学量参数，同时能够实时监测节点位置信息以确定危险源位置情况。监测系统实时监测微量爆炸物信息，对各种危险情况做出预警反应并启动应急预案。监控基站(2)把采集到的环境参数返回至监控管理中心(1)，监控人员可以通过主控计算机获得被监测区域的爆炸物化学量信息。监控基站(2)与监控管理中心(1)之间采取了有线通信的方式，以将信息接入骨干网(6)。监控基站(2)和固定无线节点(3)以及移动无线节点(4)采用无线通信的方式，支持自组织多跳的组网方式。节点内具有微型固态爆炸物化学传感器(5)并支持定位功能，其定位功能可以通过两种方式实现。第一是通过定位模块(比如GPS模块)进行定位，第二是通过监控基站(2)收到的节点无线信号强度并结合嵌入式定位算法的计算来进行定位。(2)将位置信息经过骨干网(6)返回至监控管理中心(1)，从而监控人员获得危险源的位置信息。
所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，监控基站(2)采用无线通信和有线通信结合的方式，进行数据传输，监控基站(2)接收无线节点(3)(4)的数据信息，向监控管理中心(1)发送信息数据以及接收由监控管理中心(1)发送来的控制信号。
所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，固定无线节点(3)和移动无线节点(4)与监控基站(2)的通信连接，使用无线多跳网络的方法。
所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，固定无线节点(3)和移动无线节点(4)向监控基站(2)返回爆炸物传感器(5)检测到的信息以及定位信息。
所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，微型固态爆炸物化学传感器(5)可以采用电学或者光学检测方法，其检测原理是基于目标成分和敏感材料基质界面间发生的特征性分子识别过程。
在下述详细的具体实施方式
中，尽管以具有一定程度特性的优选形式对本发明进行了描述，但是可以在不背离其宗旨和范围的前提下实施本发明的各种明显不同的实施例，应理解在不偏离其后的权利要求的范围的情况下，发明不限于具体实施例。
图1是本发明的系统结构图。
图2是本发明的监控基站结构图。
图3是本发明的固定无线节点结构图。
图4是本发明的移动无线节点结构图。
图5是本发明的系统方法流程图。
图6是本发明的监控基站方法流程图。
图7是本发明固定无线节点方法流程图。
图8是本发明移动无线节点方法流程图。
具体实施例方式
如图1所示，为本发明的系统结构图，包括以下几个部分监控管理中心(1)、监控基站(2)、固定无线节点(3)、移动无线节点(4)和骨干网(6)，监控管理中心(1)的主控计算机通过骨干网(6)连接监控基站(2)并通过监控基站(2)接收由固定无线节点(3)和移动无线节点(4)传输的爆炸物化学传感器(5)数据信息。其中固定无线节点(3)和移动无线节点(4)内包含微型固态爆炸物化学传感器(5)。该监测系统所实现的功能包括利用爆炸物传感器对公共场所以及其它重要场所中爆炸物的化学成分进行动态实时监测，若环境参数出现，则定位信息可以同时得到危险源的位置信息，系统自动进行报警或启动紧急预案。
图2是本发明监控基站(2)的结构图，监控基站(2)包括中央处理器、存储器、无线通信模块、计算机接口和电源几个组成部分。中央处理器、存储器与无线通信模块、计算机接口互联。中央处理器、存储器、无线通信模块、计算机接口与电源相连。处理器负责将所采集的数据进行处理，并送至存储器将数据进行存储，地面监控基站(2)作为整个无线环境安全监测系统的网关，所有无线节点(3)和(4)的信息都要通过监控基站(2)进行传输。监控基站(2)的信息通过骨干网(6)将信息传输至监控管理中心(1)。
图3是本发明的固定无线节点(3)结构图，固定无线节点(3)的结构包括中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块和电源。爆炸物化学传感器(5)连接于中央处理器、存储器，中央处理器、存储器与无线通信模块互联。中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块与电源相连。传感器采集环境爆炸物参数信息。信号送至处理器进行存储，并将其送至无线通信模块进行传输。固定无线节点(3)完成两种功能。第一，使用化学传感器(5)进行环境爆炸物化学成分监测；第二，定位模块可以提供危险源位置信息。
图4是本发明的移动无线节点(4)结构图，移动无线节点(4)的结构包括中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块和电源，还有一个移动机械载体(承载平台)、驱动该平台进行机械移动的电机驱动控制装置以及能够进行路径识别的传感器。定位模块、爆炸物化学传感器(5)连接于中央处理器、存储器，中央处理器、存储器与无线通信模块互联，路径识别传感器连接于电机驱动控制装置，电机驱动控制装置连接于移动机械载体，路径识别的传感器、电机驱动控制装置、移动机械载体依次串联连接。中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块，移动机械载体、电机驱动控制装置以及路径识别的传感器与电源相连。移动无线节点(3)完成三种功能。第一，使用化学传感器(5)进行环境爆炸物化学成分监测；第二，定位模块可以提供危险源位置信息；第三，移动节点可以在规定范围内或者沿着识别路径进行大面积的巡游监测。
图5为本发明的系统方法流程图。监控管理中心(1)通过骨干网(6)接收监控基站(2)返回的信息，并将其传递至监控计算机，同时可以将计算机的控制以及查询信息发送至监控基站(2)，其具体步骤如下步骤S5-1，监控管理中心(1)和监控基站(2)启动；步骤S5-2，监控管理中心(1)和监控基站(2)建立连接；步骤S5-3，固定无线节点(3)启动并与监控基站(2)建立连接；步骤S5-4，移动无线节点(4)启动并与监控基站(2)建立连接。
图6为本发明的监测控基站(2)方法流程图，监控基站(2)接收由固定无线节点(3)和移动无线节点(4)传输的数据信息，以及向固定无线节点(3)和移动无线节点(4)发送信息，其具体步骤如下步骤S6-1，系统启动；步骤S6-2，监控基站(2)启动；步骤S6-3，监控基站(2)与监控管理中心(1)建立连接；步骤S6-4，监控基站(2)与监控管理中心(1)进行数据通信；步骤S6-5，监控基站(2)将所注册固定(3)和移动(4)无线节点的数据进行数据传输；步骤S6-6，进行节点内数据采集。
图7为本发明固定无线节点(3)方法流程图，其具体步骤如下步骤S7-1，固定无线节点(3)启动；步骤S7-2，节点(3)使用无线通信方式寻找周围监控基站(2)；步骤S7-3，在监控基站(2)进行注册；步骤S7-4至S7-6，如果节点(3)能够和监控基站(2)直接通信，则通过单跳传输方式进行节点和基站之间的数据通信，否则，通过多跳传输方式进行数据通信；步骤S7-7，固定无线节点(3)数据向监控基站(2)传输；步骤S7-8，固定无线节点(3)传感器数据及定位数据的采集。
图8为本发明移动无线节点(4)方法流程图，其具体步骤如下步骤S8-1，移动无线节点(4)启动；步骤S8-2，节点(4)使用无线通信方式寻找周围监控基站(2)；步骤S8-3，在监控基站(2)进行注册；步骤S8-4至S8-6，如果节点(4)能够和监控基站(2)直接通信，则通过单跳传输方式进行节点和基站之间的数据通信，否则，通过多跳传输方式进行数据通信；步骤S8-7，移动无线节点(4)数据向监控基站(2)传输；步骤S8-8，移动无线节点(4)传感器数据及定位数据的采集。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，由监控测管理中心(1)、监控基站(2)、固定无线节点(3)、移动无线节点(4)和骨干网(6)构成，其特征在于监控管理中心(1)的主控计算机通过骨干网(6)连接监控基站(2)并通过监控基站(2)接收由固定无线节点(3)和移动无线节点(4)传输的爆炸物化学传感器(5)数据信息，其中固定无线节点(3)和移动无线节点(4)内包含微型固态爆炸物化学传感器(5)。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征在于，监控基站(2)包括中央处理器、存储器、无线通信模块、计算机接口组成，中央处理器、存储器与无线通信模块、计算机接口互联。中央处理器、存储器、无线通信模块、计算机接口与电源相连。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征在于，固定无线节点(3)包括中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块，定位模块、爆炸物化学传感器(5)连接于中央处理器、存储器，中央处理器、存储器与无线通信模块互联。中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块与电源相连。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征在于，移动无线节点(4)包括中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块，移动机械载体、电机驱动控制装置以及路径识别的传感器，定位模块、爆炸物化学传感器(5)连接于中央处理器、存储器，中央处理器、存储器与无线通信模块互联，路径识别传感器连接于电机驱动控制装置，电机驱动控制装置连接于移动机械载体，路径识别的传感器、电机驱动控制装置、移动机械载体依次串联连接。中央处理器、存储器、爆炸物化学传感器(5)、定位模块、无线通信模块，移动机械载体、电机驱动控制装置以及路径识别的传感器与电源相连。
5.一种基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，监控管理中心(1)通过骨干网(6)接收监控基站(2)返回的信息，并将其传递至监控计算机，同时可以将计算机的控制以及查询信息发送至监控基站(2)，其步骤如下步骤S5-1，监控管理中心(1)和监控基站(2)启动；步骤S5-2，监控测管理中心(1)和监控基站(2)建立连接；步骤S5-3，固定无线节点(3)启动并与监控基站(2)建立连接；步骤S5-4，移动无线节点(4)启动并与监控基站(2)建立连接。
6.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于监控基站(2)接收由固定无线节点(3)和移动无线节点(4)传输的数据信息，以及向固定无线节点(3)和移动无线节点(4)发送信息，步骤如下步骤S6-1，系统启动；步骤S6-2，监控基站(2)启动；步骤S6-3，监控基站(2)与管理中心(1)建立连接；步骤S6-4，监控基站(2)与监控管理中心(1)进行数据通信；步骤S6-5，监控基站(2)将所注册固定(3)和移动(4)无线节点的数据进行数据传输；步骤S6-6，进行节点内数据采集。
7.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于固定无线节点(3)的具体步骤如下步骤S7-1，固定无线节点(3)启动；步骤S7-2，节点(3)使用无线通信方式寻找周围监控基站(2)；步骤S7-3，在监控基站(2)进行注册；步骤S7-4至S7-6，如果节点(3)能够和监控基站(2)直接通信，则通过单跳传输方式进行节点和监控基站(2)之间的数据通信，否则，通过多跳传输方式进行数据通信；步骤S7-7，固定无线节点(3)数据向监控基站(2)传输；步骤S7-8，固定无线节点(3)传感器数据及定位数据的采集。
8.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于移动无线节点(4)的具体步骤如下步骤S8-1，移动无线节点(4)启动；步骤S8-2，节点(4)使用无线通信方式寻找周围监控基站(2)；步骤S8-3，在监控基站(2)进行注册；步骤S8-4至S8-6，如果节点(4)能够和监控基站(2)直接通信，则通过单跳传输方式进行节点和监控基站(2)之间的数据通信，否则，通过多跳传输方式进行数据通信；步骤S8-7，移动无线节点(4)数据向监控基站(2)传输；步骤S8-8，移动无线节点(4)传感器数据及定位数据的采集。
9.根据权利要求5或6所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于监控基站(2)采用无线通信和有线通信结合的方式，进行数据传输，监控基站(2)接收无线节点(3)(4)的数据信息，向监控管理中心(1)发送信息数据以及接收由监控管理中心(1)发送来的控制信号。
10.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于，固定无线节点(3)和移动无线节点(4)与监控基站(2)的通信连接，使用无线多跳网络的方法。
11.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于，固定无线节点(3)和移动无线节点(4)向监控基站(2)返回爆炸物传感器(5)检测到的信息以及定位信息。
12.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统的方法，其特征在于，微型固态爆炸物化学传感器(5)可以采用电学或者光学检测方法，其检测原理是基于目标成分和敏感材料基质界面间发生的特征性分子识别过程。
全文摘要
本发明涉及一种基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统、装置及方法。它由监控管理中心、监控基站和网络节点构成。监控基站一方面通过有线方式和主控计算机进行通信并能接入骨干网络，同时以无线方式和网络节点进行通信，构成无线动态监测网络。无线节点内具有微型固态爆炸物化学传感器和无线通信设备，可以完成化学成分检测、节点定位、节点运动等功能。监控基站使用有线通信与无线通信相结合的方法，将采集的来自节点的数据信息传输至骨干网络上的监控管理中心。该系统可以在不同规模的公共场所和特殊需求场所进行对微量爆炸物的监测、危险源定位、报警等，有利于面向公共安全的预警工作。
文档编号G01S11/00GK1776760SQ20051012623
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者崔莉, 蒋理 申请人:中国科学院计算技术研究所