海洋有机污染物浓度超标预警系统的制作方法

本发明涉及海洋监测技术领域，具体涉及海洋有机污染物浓度超标预警系统。

背景技术：

传统的海洋有机污染物浓度监测主要是采用设置定点监测站、抽样调查、现场观察和测量等方法，这些监测方法不仅耗费人力、物力、财力资源而且效率也十分低下。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供海洋有机污染物浓度超标预警系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了海洋有机污染物浓度超标预警系统，该系统包括数据采集装置和分析预警装置，数据采集装置用于采集待监测海洋区域的有机污染物浓度数据；分析预警装置用于对有机污染物浓度数据进行分析，在有机污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号；所述数据采集装置包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中根据低功耗自适应集簇分层型协议对传感器节点进行分簇并选取簇头；簇头主要用于收集簇内传感器节点采集的有机污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点主要用于将各簇头发送的有机污染物浓度数据汇总发送至分析预警装置。

优选地，所述传感器节点包括用于监测待监测海洋区域的有机污染物浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的有机污染物浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

优选地，所述分析预警装置包括比较分析模块和预警模块，所述比较分析模块用于将有机污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警模块在所述比较结果为有机污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。

本发明的有益效果为：基于无线传感器网络技术，实现了对待监测海洋区域有机污染物浓度的自动实时监测，以及海洋有机污染物浓度超标的预警，节省了人力物力。

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是本发明一个示例性实施例的海洋有机污染物浓度超标预警系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的分析预警装置的结构示意框图。

附图标记：

数据采集装置1、分析预警装置2、比较分析模块10、预警模块20。

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，本发明实施例提供了海洋有机污染物浓度超标预警系统，该系统包括数据采集装置1和分析预警装置2，数据采集装置1用于采集待监测海洋区域的有机污染物浓度数据；分析预警装置2用于对有机污染物浓度数据进行分析，在有机污染物浓度数据超出设定阈值时向预设的用户终端发出预警信号。

其中，所述的用户终端可以是平板电脑或者手机。

其中，所述数据采集装置1包括汇聚节点和传感器节点；汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中根据低功耗自适应集簇分层型协议(leach协议)对传感器节点进行分簇并选取簇头；簇头主要用于收集簇内传感器节点采集的有机污染物浓度数据并发送至汇聚节点；汇聚节点主要用于将各簇头发送的有机污染物浓度数据汇总发送至分析预警装置2。

在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括用于监测待监测海洋区域的有机污染物浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的有机污染物浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述分析预警装置2包括比较分析模块10和预警模块20，所述比较分析模块10用于将有机污染物浓度数据与设定阈值进行比较，并输出比较结果；所述预警模块20在所述比较结果为有机污染物浓度数据超出设定阈值时发出预警信号。

本发明上述实施例基于无线传感器网络技术，实现了对待监测海洋区域有机污染物浓度的自动实时监测，以及海洋有机污染物浓度超标的预警，节省了人力物力。

在一种能够实现的方式中，有机污染物浓度数据传输过程中，传感器节点实时监测自身缓存空间中数据包队列长度，周期性地计算并更新自身的拥塞程度因子，同时将更新后的拥塞程度因子广播至邻居节点，所述拥塞程度因子的计算公式为：

式中，μi(t)表示传感器节点i在当前周期t时的拥塞程度因子，li(t)为传感器节点i在当前周期t时的自身缓存空间中的数据包队列长度，li(t-δt)为传感器节点i在上一周期t时自身缓存空间中的数据包队列长度，δt表示拥塞程度因子计算的间隔时间，bi(t)为传感器节点i在当前周期t时的自身缓存空间大小；为设定的取值函数，当时，当时，

当簇头的拥塞程度因子达到设定的拥塞程度因子上限，或者簇头的当前剩余能量低于预设能量下限时，簇头在簇内选择一个传感器节点作为新簇头，以更新原始簇头。

本实施例创新性地设定了拥塞程度因子的计算公式，并基于拥塞程度因子和能量因素，设定了簇头更新的条件。其中，拥塞程度因子的大小能够很好地反映当前传感器节点的缓存空间的拥塞程度变化情况。在簇头的拥塞程度因子达到设定的拥塞程度因子上限，或者簇头的当前剩余能量低于预设能量下限时，进行簇头的更新，能够降低簇头因为数据缓存过多或者能量不足而丢包的概率，进而提高有机污染物浓度数据收集的可靠性。

在一种能够实现的方式中，簇头在簇内选择一个传感器节点作为新簇头，包括：

(1)簇头计算簇内各传感器节点成为簇头的概率：

式中，pk表示传感器节点k成为簇头的概率，μk(t)为传感器节点k在当前周期t时的拥塞程度因子，ek为传感器节点k的当前剩余能量，emin为预设能量下限，ek0为传感器节点k的初始能量，d(k,o)为传感器节点k到该簇头的距离，rko为传感器节点k所在簇的簇距离；ρ1、ρ2为设定的权重系数；z[μk(t)]为设定的判断取值函数，当μk(t)超过设定的拥塞程度因子上限时，z[μk(t)]＝0，当μk(t)未超过设定的拥塞程度因子上限时，z[μk(t)]＝1；

(2)簇头选择簇内概率最大的传感器节点作为新簇头。

本实施例创新性地设定了各传感器节点成为簇头的概率的计算公式，该计算公式考虑了传感器节点的当前数据处理的拥塞程度、能量以及距离旧簇头的距离，使得在缓存可用空间满足条件的情况下，能量更足且距离旧簇头更近的传感器节点具有更大的概率成为簇头。本实施例基于该计算公式计算各传感器节点成为簇头的概率，进而旧簇头选择簇内概率最大的传感器节点作为新簇头，使得簇头的更新更加便捷，且能够保障新簇头具有可靠收集和处理有机污染物浓度数据的能力。

在一种能够实现的方式中，传感器节点与对应簇头为单跳距离时，将自身采集的有机污染物浓度数据直接发送至对应簇头；传感器节点与对应簇头为多跳距离时，传感器节点按照下列公式计算各邻居节点的权值，并选择权值最大的邻居节点作为下一跳，将采集的有机污染物浓度数据发送至该下一跳：

式中，qij表示传感器节点i的第j个邻居节点的权值，eij为传感器节点i的第j个邻居节点的当前剩余能量，emin为预设能量下限，y(eij-emin)为设定的取值函数，当eij-emin≥0时，f(eij-emin)＝1，当eij-emin<0时，y(eij-emin)＝0；μj(t)为所述第j个邻居节点在当前周期t时的拥塞程度因子，d(j,o)为所述第j个邻居节点到对应簇头的距离，rio为传感器节点i所在簇的簇距离，dmin为传感器节点i与其最近邻居节点的距离；λ1、λ2为设定的权重系数。

本实施例基于拥塞程度因子、能量和距离因素，创造性地设定了权值的计算公式，并相应提出了簇内传感器节点向对应簇头发送有机污染物浓度数据的路由机制，该路由机制中，传感器节点与对应簇头为多跳距离时，传感器节点选择权值最大的邻居节点作为下一跳，有利于提高有机污染物浓度数据传输的可靠性，且能够尽量缩短有机污染物浓度数据传输路径的总长度，节省有机污染物浓度数据传输的成本。

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。