专利名称：一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动探测系统，具体地说，涉及一种基于无线传感器网络的城 市轨道交通站现场移动探测系统。
背景技术：
近年来，随着我国经济发展的快速增长、城市规4莫的快速扩大，国内城市如北 京、上海、广州等地的地铁建设正处于高速发展时期。城市轨道交通站具有客流量 大、地理环境复杂、空间相对狭窄等特点， 一旦发生安全事故，后果不堪设想。因 此，城市轨道交通安全防范变得越来越重要。但是，目前我国城市轨道交通安全防范主要采用传统的有线视频监控手段，其 主要缺点是监控范围有限，只能对局部区域实行视频监控。同时，该监控手段单一， 缺乏对核、生化、爆炸物等的快速检测，难以满足城市轨道站的安全防范要求。针对目前城市轨道交通站传统有线监控手段的缺陷，我们提出了一种基于无线 传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统。该系统全部采用无线传输方式， 无需重新布线，可以对现有轨道交通站内核、生化、爆炸物等危险品进行现场移动 探测，解决了有线网络无法探测的死角问题和监控手段单一等问题，对于城市轨道 交通站安全防范系统建设具有重要的应用价值。发明内容因此，本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场 移动探测系统，无需重新布线，可以对核、生化、爆炸物等危险品进行现场移动探 测和监控，满足现有的城市轨道交通站对核、生化、爆炸物等危险品的现场探测和 监控需求。根据上述目的，本发明提供的一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统，其系统结构框图如图1所示。系统包括如下装置手持式移动探测节点，用于对核、生化、爆炸物等危险品的现场探测、节点与 无线基站之间的直接通信以及节点通过多跳方式与无线基站的通信，其结构框图如图2所示；无线基站(汇聚节点)，用于收集所属区域内的探测信息以及与监控计算机端的无线基站进行无线通信，其结构框图如图3所示； 无线基站(监控端)，用于与汇聚节点的无线通信； 监控计算机，用于对移动探测节点进行实时监控；如上所述，无线基站(汇聚节点)与手持式移动探测节点共同构成移动无线传 感器网络。所有移动探测节点与基站的通信均采用无线方式，基站(汇聚节点)和 监控端基站通信采用无线方式，节点和节点之间通信采用无线方式，基站和监控计 算机之间通信采用标准RS232接口或USB接口通过有线连接。本发明中采用标准接 口，满足城市轨道交通站对核、生化、爆炸物等多种类危险品探测的需求。同时， 鉴于站内复杂通信环境，自研通信算法及无线通信模块，并全部釆用无线方式实现 探测信息的远程传输，避免了布线对轨道交通站现有建筑设施的破坏。
图1是本发明的基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统结 构框图；图2是本发明的手持式移动探测节点结构框图； 图3是本发明的无线基站(汇聚节点)结构框图。
具体实施方式
请参见图1所示，本发明的现场移动探测系统包括手持式移动探测节点11, 无线基站(汇聚节点)12,无线基站(监控端)13和监控计算机14。手持式移动探测节点11在轨道交通站内对核、生化、爆炸物等危险品进行探 观'J, 一旦探测到可疑物品，立即将报警信息发送到无线基站(汇聚节点)12,如果 手持式移动探测节点11离无线基站(汇聚节点)12较远，则可以采用多跳方式将 报警信息传送到无线基站(汇聚节点)12。无线基站(汇聚节点)12将接收到的报 警信息通过无线方式传送到监控端基站13,监控端基站13通过RS232 口将报警信 息送到监控计算机14。请参见图2所示，手持式移动探测节点ll包括核、生化、爆炸物等危险品探测 模块21、计算机模块22、无线通信模块23和电源模块24。其中计算机模块22包括 MCU部分25、 UART部分26和存储器27部分；无线通信模块23包括射频部分28、AD/DA部分29和基带数字信号处理器30。探测模块21探测到核、生化、爆炸物等危险品时，通过UART部分26将探测数 据送到存储器27进行緩存。嵌入式处理器25将存储器27的数据读出，送到数字信号 处理器30进行编码、数字调制、扩频等基带处理，随后将处理后的基带数据通过D/A 部分29变换后送往射频部分28，射频部分28对模拟基带信号进行载波调制、放大、 滤波后通过天线将射频信号发送到无线基站(汇聚节点)12。当移动手持式探测节点接收数据时，射频单元28把处理后的模拟基带信号送到 A/D部分29，然后把变换后的数字基带信号送到数字信号处理器30进行解扩、数字 解调、解码等基带处理，并将处理后的数据写入存储器27。请参见图3所示，无线基站(汇聚节点)12主要包括电源模块31、计算机模块 32和无线通信模块33。其中计算机模块包括MCU部分34、 UART部分35和存储器部 分36;无线通信模块33包括射频部分37、 AD/DA部分38和基带数字信号处理器39。当无线基站(汇聚节点)12接收到所属小区移动探测节点11的信号时，无线 通信模块33对接收信号进行捕获、跟踪、解调、解扩和解码等处理，并将处理后 的数据送到存储器部分36，供MCU部分34进一步处理。当无线基站(汇聚节点)12发送数据时，MCU部分34读出存储器36的数据， 进行数据帧MAC子层的封装，并送到无线通信模块33进行编码、数字调制、扩 频等基带处理和载波调制、放大等射频处理，然后发往监控端无线基站13。相对于手持式探测节点11，由于需要进行较远距离传输，因此无线基站(汇 聚节点)12的射频模块37需要配备发送功率更大的功放。无线基站(监控端)13的装置与无线基站(汇聚节点)相同，包括电源模块、 嵌入式处理器模块、存储器模块和无线通信模块，对传输数据进行编解码、扩频/ 解扩、调制/解调等处理，完成与无线基站(汇聚节点)间的无线信号传输。监控计算机14为普通的P4计算机，通过RS232接口或USB接口与无线基站 13相连。监控计算机14通过运行主机上的监控软件，实现对轨道交通站内各移动 探测节点11的实时监控。本发明的用于城市轨道交通站的现场移动探测系统主要基于无线传感器网络 技术。因此，为了能保障系统正常工作，必须有相应的网络协议栈完成网络管理、 资源调配、网络路由、空中接入等功能。本发明自行设计了基于CSMA-CA的网络 协议栈，能够满足系统要求。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统，包括手持式移动探测节点(11)、无线基站(汇聚节点)(12)、监控端基站(13)和监控计算机(14)；其特征在于所述手持式移动探测节点随机位于站内某一区域，处于实时移动状态；所述手持式移动探测节点由核、生化、爆炸物等危险品探测模块、计算机模块、无线通信模块和电源模块组成；其中，无线传输模块由基带数字信号处理器、AD/DA部分和射频部分组成；计算机模块由MCU部分、UART部分和存储器部分组成；探测模块探测到核、生化、爆炸物等危险品时，通过UART部分将探测数据送到存储器进行缓存；MCU部分将存储器的数据读出，送到数字信号处理器进行编码、数字调制、扩频等基带处理，随后将处理后的基带数据通过D/A变换后送往射频部分，射频部分对模拟基带信号进行载波调制、放大、滤波后通过天线将射频信号发送到无线基站(汇聚节点)；当移动手持式探测节点接收数据时，射频单元把处理后的模拟基带信号送到A/D进行模数转换，然后把变换后的数字基带信号送到数字信号处理器进行解扩、数字解调、解码等基带处理，并将处理后的数据写入存储器。
2. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探 测系统，其特征在于所述无线基站(汇聚节点)处于站内某一区域，负责收集 所属区域内手持式移动探测节点数据，并传送到监控端；所述无线基站(汇聚 节点)主要由电源模块、计算机模块和无线通信模块组成；当无线基站(汇聚 节点)接收到所属小区移动探测节点的信号时，无线通信;漠块对接收信号进行 捕获、跟踪、解调、解扩和解码等处理，并将处理后的数据送到存储器模块， 供嵌入式处理器进一步处理；当无线基站(汇聚节点)发送数据时，嵌入式处 理器模块读出存储器模块里的数据，进行数据帧MAC子层的封装，并送到无线 通信模块进行编码、数字调制、扩频等基带处理和载波调制、放大等射频处理， 然后发往监控端无线基站；相对于手持式探测节点，由于需要进行较远距离传 输，因此无线基站(汇聚节点)的无线通信模块需要配备发送功率更大的功放。
3. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探 测系统，其特征在于所述监控端无线基站处于轨道交通站内监控处，负责与无 线基站(汇聚节点)进行无线传输；所述监控端无线基站主要由电源模块、计 算机模块和无线通信模块组成，对传输数据进行编解码、扩频/解扩、调制/解 调等处理。
4. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统，其特征在于所述监控计算机为普通的P4计算机，通过RS232接口或USB 接口与无线基站相连；所述监控计算机通过运行主机上的监控软件，实现对轨 道交通站内各移动探测节点的实时监控。
5. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探 测系统，其特征在于所述网络协议栈基于CSMA-CA技术，完成系统的网络管理、 资源调配、网络路由、网络接入等功能。
全文摘要
本发明涉及一种基于无线传感器网络的城市轨道交通站现场移动探测系统，该系统包括手持式移动探测节点、无线基站(汇聚节点)、监控端基站和监控计算机。手持式移动探测节点与无线基站(汇聚节点)共同构成移动无线传感器网络。所有移动探测节点与无线基站(汇聚节点)的通信均采用无线方式，无线基站(汇聚节点)和监控端基站通信采用无线方式，手持式移动节点之间通信采用无线方式，监控端基站和监控计算机之间通信采用标准RS232接口或USB接口连接，系统网络协议栈采用基于CSMA-CA技术自行设计。本发明的移动探测系统可以满足城市轨道交通站对核、生化、爆炸物等多种类危险品现场实时移动探测的需求，解决有线探测的探测死角。同时，还可以避免布线对城市轨道交通站现有建筑设施的破坏。
文档编号G08G1/042GK101271629SQ20081006007
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者朱明华 申请人:中科院嘉兴中心微系统所分中心