一种实时无线的海洋污染监测系统的制作方法

本发明涉及海洋环境监控技术领域，具体涉及一种实时无线的海洋污染监测系统。

背景技术：

海洋水质监测可以实现对海洋水质环境进行监测，这对于及早发现海洋污染并进行及时的处理和保护都有着重要的意义。现有海洋环境监测方式主要有现场人工采样、专用监测船或浮标原位监测的方式，这些方式存在着消耗大量劳动力、监测效率低和成本高等缺点，因此，开发一种能够实时有效的进行海洋水质环境监测系统对于环境保护和大范围的水质监测有着重要的研究价值。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种实时无线的海洋污染监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种实时无线的海洋污染监测系统，该系统包括传感器网络感知模块、计算机处理终端、通信模块、监控模块和电源模块；传感器网络感知模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，计算机处理终端与传感器网络感知模块相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并通过通信模块将评估结果传输给监控模块，监控模块与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向计算机处理终端下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态，电源模块用于保证整个系统的稳定供电。

优选地，所述通信模块中设置有串口通信芯片，连接所述的计算机处理终端，并通过防水电缆连接监控模块。

优选地，所述传感器网络感知模块包括汇聚节点和多个传感器节点，所述传感器节点包括用于监测水质情况的第一传感器组件和用于监测环境情况的第二传感器组件，所述第一传感器组件包括用于分别监测水质酸碱值、溶解氧和盐度的传感器，所述第二组传感器组件包括用于分别监测水温和叶绿素浓度的传感器。

优选地，所述计算机处理终端包括控制单元、数据预处理单元和分析评估单元；所述控制单元用于根据监控模块下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述数据预处理单元用于对异常数据和缺失数据进行预处理；所述分析评估单元用于根据处理后的数据进行海洋环境的评估。

本发明的有益效果为：结构简单，灵活方便，通过各模块之间的相互配合，能够实现对海洋水质环境的有效监测，并将监测结果传输给监控模块，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。

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环境实时监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的计算机处理终端的结构示意框图。

附图标记：

传感器网络感知模块1、计算机处理终端2、通信模块3、监控模块4、电源模块5、控制单元10、数据预处理单元20、分析评估单元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，本发明实施例提供了一种实时无线的海洋污染监测系统，该系统包括传感器网络感知模块1、计算机处理终端2、通信模块3、监控模块4和电源模块5；传感器网络感知模块1用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，计算机处理终端2与传感器网络感知模块1相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并通过通信模块3将评估结果传输给监控模块4，监控模块4与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向计算机处理终端2下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态，电源模块5用于保证整个系统的稳定供电。

在一种可能实现的方式中，所述通信模块3中设置有串口通信芯片，连接所述的计算机处理终端2，并通过防水电缆连接监控模块4。

在一种可能实现的方式中，所述传感器网络感知模块1包括汇聚节点和多个传感器节点，所述传感器网络感知模块1包括汇聚节点和多个传感器节点，以leach算法对由汇聚节点和传感器节点构成的无线传感器网络进行分簇，分成的每个簇包括一个簇头；传感器节点采集的数据发送至所在簇的簇头，簇头将收集的数据发送至汇聚节点，汇聚节点将数据发送至计算机处理终端2。

所述传感器节点包括用于监测水质情况的第一传感器组件和用于监测环境情况的第二传感器组件，所述第一传感器组件包括用于分别监测水质酸碱值、溶解氧和盐度的传感器，所述第二组传感器组件包括用于分别监测水温和叶绿素浓度的传感器。

在一种可能实现的方式中，如图2所示，所述计算机处理终端2包括控制单元10、数据预处理单元20和分析评估单元30；所述控制单元10用于根据监控模块4下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述数据预处理单元20用于对异常数据和缺失数据进行预处理；所述分析评估单元30用于根据处理后的数据进行海洋环境的评估。

本发明上述实施例设置的一种实时无线的海洋污染监测系统结构简单，灵活方便，通过各模块之间的相互配合，能够实现对海洋水质环境的有效监测，并将监测结果传输给监控模块4，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。

在一个实施例中，簇头通过调节自身的发送功率来调节自己的发送距离；初始时簇头判断自身到汇聚节点的距离是否超过自身的最大发送距离，若不超过，簇头将收集的数据直接发送至汇聚节点；若超过，簇头选择间接的方式将收集的数据发送至汇聚节点，所述间接的方式为：簇头在其通信范围内的簇头即邻居簇头中选择一个距离汇聚节点更近的邻居簇头作为下一跳节点，将所收集的数据发送至下一跳节点。

在一个实施例中，将收集的数据直接发送至汇聚节点的簇头按照设定的第一周期，周期性地判断自身的当前剩余能量是否满足能量条件，若满足，簇头仍直接将收集的数据发送至汇聚节点，若不满足，簇头选择间接的方式将收集的数据发送至汇聚节点，所述能量条件为：

式中，pi为簇头i的当前剩余能量，pi0为簇头i的初始能量，pmin为预设的能量下限，g(i,o)为簇头i到汇聚节点的距离，limax为簇头i的最大通信距离，v为预设的基于能量的衰减因子，v的取值范围为[0.85,0.95]。

本实施例中，簇头初始时根据自身到汇聚节点的距离与自身的最大发送距离的比较结果选择合适的方式将收集的数据发送至汇聚节点；进一步地，将收集的数据直接发送至汇聚节点的簇头按照设定的第一周期，周期性地判断自身的当前剩余能量是否满足能量条件，根据是否满足能量条件的结果确定发送数据至汇聚节点的路由方式。本实施例有利于避免能量低的簇头承担过大的数据发送压力，节省能量低的簇头发送数据的能耗，延长簇头的工作时间，进一步保障数据传输至汇聚节点的可靠性。

在一个实施例中，簇头在其通信范围内的簇头即邻居簇头中选择一个距离汇聚节点更近的邻居簇头作为下一跳节点，包括：

(1)簇头将相对于其距离汇聚节点更近的邻居簇头作为备选节点；构建备选节点集，并为每个备选节点分配初始优先级：

式中，cij0为簇头i的备选节点j的初始优先级，g(i,j)为簇头i到备选节点j的距离，g(j,o)为所述备选节点j到汇聚节点的距离，g(i,d)为簇头i到其第d个备选节点的距离，g(d,o)为所述第d个备选节点到汇聚节点的距离，ni为簇头i的备选节点集中的备选节点数量；qi为簇头i的邻居簇头数量，qj为所述备选节点j的邻居簇头数，qi∩qj为簇头i与备选节点j所拥有的共同邻居簇头的数量，w1、w,为预设的权重系数，满足w1+w,＝1；

(2)簇头按照设定的第二周期周期性地获取其备选节点集中各备选节点的信息，根据该信息更新各备选节点的优先级，进而在备选节点集中选择当前优先级最大的备选节点作为下一跳节点，其中优先级的更新公式为：

式中，cij(k)为簇头i的备选节点j在第k次更新的优先级，cij(k-1)为簇头i的备选节点j在第k-1次更新的优先级，h为预设的衰减系数，h的取值范围为[0.1,0.2]，yj为所述备选节点j的当前缓存空间，yj为所述备选节点j的初始缓存空间，pj为所述备选节点j的当前剩余能量，pj0为所述备选节点j的初始能量，r1、r,为资源比率的权重因子，满足r1+r,＝1。

本实施例创新性地设定了优先级的指标，簇头将相对于其距离汇聚节点更近的邻居簇头作为备选节点，构建备选节点集，并为每个备选节点分配初始优先级，并根据备选节点的资源消耗情况进行定期的优先级更新，在需要选择下一跳节点时，簇头在备选节点集中选择当前优先级最大的备选节点作为下一跳节点。

本实施例相应地设计了初始优先级的计算公式以及优先级的更新公式，根据该公式可知，位置较优势的、共有的邻居节点更少以及资源消耗较少的备选节点具有更大的优先级。通过本实施例方式来选择簇头的下一跳节点，实现了下一跳节点的更新，有利于保障数据的可靠转发，平衡各簇头的能耗和负载，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。

在一个实施例中，簇头每次更新备选节点的优先级后，判断各备选节点是否满足下列中继条件，若不满足，传感器节点将该备选节点从备选节点集中剔除：

式中，cij(k)为簇头i的备选节点j在第k次更新的优先级，cij(k-1)为簇头i的备选节点j在第k-1次更新的优先级，cij0为簇头i的备选节点j的初始优先级，e为预设的衰减阈值系数，e的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例设定了中继条件，簇头簇头每次更新备选节点的优先级后，判断各备选节点是否满足下列中继条件，若不满足，传感器节点将该备选节点从备选节点集中剔除，有利于使得剩余资源较少的备选节点失去充当下一跳节点的资格，进而有利于提高选择下一跳节点的效率，节省选择下一跳节点的能耗，提高数据传输的效率。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，各模块可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

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。