混凝土厂粉尘超标自动预警系统的制作方法

本发明涉及混凝土厂粉尘监测领域，具体涉及混凝土厂粉尘超标自动预警系统。

背景技术

相关技术中，大多数的厂区环境数据收集和统计工作还停留在人工读数查表的落后水平，人为误差伴随存在，给环境数据管理工作带来很大的困难。如在混凝土及外加剂配套生产过程中，对于各个工作站出现的粉尘超标问题，目前主要是人工检测和手工处理，其方法陈旧，不能及时处理，容易对周边环境造成严重污染。为了能够不断地获取混凝土厂粉尘较为准确的环境数据，应该建立一套有效的混凝土厂环境监测管理平台。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供混凝土厂粉尘超标自动预警系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了混凝土厂粉尘超标自动预警系统，包括粉尘浓度监测模块、基站模块和超标预警模块；所述粉尘浓度监测模块包括多个传感器节点，多个传感器节点随机部署于设定的混凝土厂粉尘监测区域内，传感器节点用于采集所测位置的粉尘浓度数据；所述基站模块汇聚各传感器节点的粉尘浓度数据，进行处理后转发至超标预警模块；超标预警模块用于对基站模块发送的粉尘浓度数据进行分析和处理，在粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

优选地，所述超标预警模块包括处理单元和显示单元，该处理单元将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示单元进行比较结果显示；还包括与处理单元连接的报警单元，所述报警单元在所述比较结果为粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

进一步地，还包括分布在监测区域内的多个控制器和除尘装置，控制器的输入端与超标预警模块连接；控制器控制所连接的除尘装置的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置除尘。

本发明的有益效果为：能够实时监测粉尘浓度情况，清晰了解混凝土厂粉尘环境现状，积累一定的基础数据，在粉尘浓度越限时，进行报警和相应的应急处理，使整个系统更为自动化，相对传统处理方法减少了人力物力的消耗。

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是本发明一个实施例的混凝土厂粉尘智能监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个实施例的超标预警模块的框图示意图。

附图标记：

粉尘浓度监测模块1、基站模块2、超标预警模块3、控制器4、除尘装置5、处理单元10、显示单元20、报警单元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，本实施例提供的混凝土厂粉尘超标自动预警系统，包括粉尘浓度监测模块1、基站模块2和超标预警模块3。

粉尘浓度监测模块1包括多个随机部署于设定的混凝土厂粉尘监测区域内的传感器节点，传感器节点用于对混凝土厂粉尘浓度进行监测感知，采集所监测位置的粉尘浓度数据。基站模块2汇聚各传感器节点的粉尘浓度数据，进行处理后转发至超标预警模块3。

超标预警模块3用于对基站模块2发送的粉尘浓度数据进行分析和处理，在粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

进一步地，混凝土厂粉尘监测系统还包括分布在监测区域内的多个控制器4和除尘装置5，控制器4的输入端与超标预警模块3连接；控制器4控制所连接的除尘装置5的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置5除尘。除尘装置5可以是喷雾器，本实施例不对除尘装置5作限定。

在一个实施例中，如图2所示，超标预警模块3包括处理单元10和显示单元20，该处理单元10将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示单元20进行比较结果显示；还包括与处理单元10连接的报警单元30，所述报警单元30在所述比较结果为粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

本发明上述实施例能够实时监测粉尘浓度情况，清晰了解混凝土厂粉尘环境现状，积累一定的基础数据，在粉尘浓度越限时，进行报警和相应的应急处理，使整个系统更为自动化，相对传统处理方法减少了人力物力的消耗。

在一个实施例中，各传感器节点在网络拓扑构建阶段被分为多个簇，每个簇设有一个簇头节点，所述基站模块2从多个簇头节点中选出一个作为第一数据收集节点，每个簇头节点选择簇内的一个传感器节点作为第二数据收集节点；在数据传输阶段，每个分簇内的传感器节点在第二数据收集节点、对应簇头节点之间选择距离最近的作为目的节点，将采集的粉尘浓度数据发送至目的节点；每个目的节点将收集的粉尘浓度数据发送至第一数据收集节点或者基站模块2；所述第一数据收集节点接收的粉尘浓度数据量达到其缓存极限时，第一数据收集节点将接收的所有粉尘浓度数据汇总发送至所述基站模块2。

本实施例创新性地设置了第一数据收集节点、第二数据收集节点，通过该设置，避免了簇内所有传感器节点直接将粉尘浓度数据发送至对应簇头节点，也避免了所有簇头节点直接将粉尘浓度数据发送至基站模块2，从而减少了通信开销，降低数据拥塞程度。

在一个实施例中，若目的节点与所述第一数据收集节点距离较近，所述目的节点将收集的粉尘浓度数据发送至第一数据收集节点，若目的节点与所述基站模块2距离较近，所述目的节点则直接将接收的粉尘浓度数据发送至该基站模块2。

在一种能够实现的方式中，网络中各传感器节点的初始能量不相同，其中各传感器节点的能量分布在[s0，(1+g)s0]范围内，s0为网络中初始能量值最小的传感器节点的初始能量，(1+g)s0为网络中初始能量值最大的传感器节点的初始能量；选择第一数据收集节点，包括：

(1)基站模块2向每个簇头节点广播选举消息，收到选举消息的簇头节点将自身的位置和当前剩余能量信息发送至基站模块2，基站模块2根据位置信息统计位于各簇头节点通信范围内的簇头节点数量，并根据该簇头节点数量由多到少的顺序对各簇头节点进行排序，形成簇头节点列表；基站模块2从所述簇头节点列表中选择簇头节点数量大于的簇头节点作为备选收集节点，其中nmax为位于各簇头节点通信范围内的簇头节点数量中的最大值，nmin为位于各簇头节点通信范围内的簇头节点数量中的最小值；

(2)基站模块2按照下列公式计算各备选收集节点的状态值，将状态值最大的备选收集节点作为第一数据收集节点，并广播至各簇头节点：

式中，li为簇头节点i的状态值，si为簇头节点i的当前剩余能量，fi，o为簇头节点i与基站模块2的距离，fj，o为第j个簇头节点与基站模块2的距离，n为网络中的簇头节点数量；w1、w2为预设的权重系数。

本实施例设置了第一数据收集节点的确定机制，该机制中通过挑选邻居簇头节点数量较多的簇头节点作为备选收集节点，有利于保障较多的簇头节点能够与第一数据收集节点通信，从而充分发挥第一数据收集节点的功效，避免因其余簇头节点与第一数据收集节点皆相距较远而带来无谓的能量消耗。

本实施例进一步设置了备选收集节点的状态值计算公式，根据该计算公式确定各备选收集节点的状态值，并选择状态值最大的备选收集节点作为第一数据收集节点，使得选出的第一数据收集节点有足够的能量处理粉尘浓度数据收集任务，并进一步降低第一数据收集节点与基站模块2之间的通信开销。

在一种能够实现的方式中，所述每个簇头节点选择簇内的一个传感器节点作为第二数据收集节点，包括：

(1)簇头节点比较其与第一数据收集节点、基站模块2的距离，在第一数据收集节点和基站模块2中确定距离最近节点，并将所述距离最近节点的身份信息和位置信息广播至簇内各传感器节点；

(2)簇内各传感器节点计算自身的优势值，并将优势值反馈至对应的簇头节点；

其中，设定优势值的计算公式为：

式中，yia为簇头节点i所在簇内的传感器节点a的优势值，fi，a为簇头节点i与传感器节点a的距离，fa，o′为传感器节点a与簇头节点i确定的距离最近节点的距离，fi，o′为簇头节点i与其确定的距离最近节点的距离，g为设定的距离权重系数，g∈(0，1)；eia为位于传感器节点a通信范围内的传感器节点个数，hi为簇头节点i的簇内传感器节点个数，c1、c2为预设的权重系数，且c1+c2＝1；

(3)簇头节点根据簇内各传感器节点的优势值计算优势值平均值，将优势值大于该优势值平均值的传感器节点作为候选收集节点，并构建候选收集节点列表；簇头节点在候选收集节点列表中选择当前剩余能量最大的候选收集节点作为第二数据收集节点。

本实施例提出了第二数据收集节点的选择机制，其中创新性地设定了传感器节点优势值的计算公式，该计算公式使得与距离最近节点相距较近的、节点度数较大的传感器节点具有更大的概率，以当选候选收集节点。

本实施例中，簇头节点只在构建的候选收集节点列表中选取第二数据收集节点，有利于保障选出的第二数据收集节点能够有效承担粉尘浓度数据收集的任务，并且有利于降低粉尘浓度数据收集、以及将粉尘浓度数据传输至距离最近节点的能耗。

在一种能够实现的方式中，簇头节点按照预设的轮换周期对第二数据收集节点进行更新，以完成第二数据收集节点的轮换，具体为：簇头节点计算候选收集节点列表中各候选收集节点的权值；簇头节点将权值最大的候选收集节点作为新的第二数据收集节点，并广播至簇内各传感器节点，先前的第二数据收集节点则成为普通的传感器节点。

其中，设dz为候选收集节点z的权值，dz的计算公式为：

式中，dz为候选收集节点z的权值，sz为候选收集节点z的当前剩余能量，sz0为候选收集节点z的初始能量，(1+g)s0为网络中初始能量值最大的传感器节点的初始能量，uz为所述候选收集节点z到目前为止充当第二数据收集节点的次数，umax为预设的次数阈值，q为预设的衰减因子，用于表示充当第二数据收集节点次数对权值的影响程度。

本实施例在此提出了第二数据收集节点的轮换机制，其中将能量、充当第二数据收集节点次数作为权值计算的标准，创新性地设定了权值的计算公式。

本实施例通过定期将权值最大的候选收集节点作为新的第二数据收集节点，避免了因多次将同一候选收集节点作为第二数据收集节点而使得第二数据收集节点的能量快速消耗，有利于均衡各备选收集节点的能量消耗，进而提高粉尘浓度数据采集和传输的可靠性。

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。