本发明涉及海洋环境监控技术领域，具体涉及海洋气象信息感知系统。
背景技术
海洋与空气之间的气体交换(其中最主要的有水汽、二氧化碳和甲烷)对气候的变化和发展有极大的影响，
由于海洋的气象信息对周围居民生活、渔业劳作及附近工业发展有很大影响，需要进行及时、准确的监测。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供海洋气象信息感知系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了海洋气象信息感知系统，该系统包括感知装置和设置于气象监测站的处理装置；感知装置用于采集海洋监测区域内的气象信息，感知装置包括由汇聚节点和多个部署于该监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的气象信息，汇聚节点主要用于汇聚各传感器节点采集的气象信息，并发送至所述处理装置进行存储和显示。
在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括温度传感器、海流测量仪、压力测试仪、声学式测试仪和太阳辐射传感器中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述处理装置包括用于存储各传感器节点采集的气象信息的存储模块，以及用于显示各传感器节点采集的气象信息的显示模块。
进一步地，所述处理装置还包括分析模块，用于对气象信息进行分析，在气象信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术，可以对临近内陆的海洋区域进行重点监测，特别是对于户外捕鱼、帆船运动的路线上，可以根据需求设置传感器节点，提高海上劳作和旅行的安全性；本发明能完成海洋气象信息的实时采集和发布。
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气象信息感知系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的处理装置的结构示意框图。
附图标记：
感知装置1、处理装置2、存储模块10、显示模块20、分析模块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海洋气象信息感知系统，该系统包括感知装置1和设置于气象监测站的处理装置2；感知装置1用于采集海洋监测区域内的气象信息，感知装置1包括由汇聚节点和多个部署于该监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的气象信息，汇聚节点主要用于汇聚各传感器节点采集的气象信息，并发送至所述处理装置2进行存储和显示。
在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括温度传感器、海流测量仪、压力测试仪、声学式测试仪和太阳辐射传感器中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述处理装置2包括用于存储各传感器节点采集的气象信息的存储模块10，以及用于显示各传感器节点采集的气象信息的显示模块20。
进一步地，所述处理装置2还包括分析模块30，用于对气象信息进行分析，在气象信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。其中阈值条件的设定，可以根据实际情况进行设置。在一种实施方式中，可针对不同气象信息设置不同的标准阈值，当气象信息超出对应的标准阈值判定该气象信息为异常，进而输出报警信息。其中，该报警信息可包括异常的气象信息，和/或异常的气象信息产生的位置。
本发明利用无线传感器网络技术，可以对临近内陆的海洋区域进行重点监测，特别是对于户外捕鱼、帆船运动的路线上，可以根据需求设置传感器节点，提高海上劳作和旅行的安全性；本发明能完成海洋气象信息的实时采集和发布。
在一个实施例中，在成簇阶段，传感器节点通过设定的分簇机制进行分簇，从而确定簇成员节点和簇头节点，簇成员节点采集和/或处理气象信息，生成包含有气象信息的数据包，并将该数据包转发到对应的簇头节点；簇头节点对簇内传感器节点的气象信息进行融合处理，并将融合后的数据发送到汇聚节点；其中，所述设定的分簇机制，包括：
(1)在网络初始化阶段，传感器节点通过与汇聚节点通信获取邻居节点信息并构建邻居节点列表，其中传感器节点的邻居节点为位于其通信范围内的其他传感器节点；在分簇阶段，设部署的传感器节点构成的监测范围为c×k，计算成簇数目的最优值：
式中，n表示最优成簇数目，d为部署的传感器节点个数，l0s为与汇聚节点距离最远的传感器节点到汇聚节点的距离，int为取整函数，表示对
(2)将所述监测范围划分为n个等宽的子区间，对每个子区间a，将子区间a内所有传感器节点构建成一条最优链，从而形成n条最优链；
(3)在子区间a对应的最优链中选择一个当前剩余能量最大的传感器节点作为该子区间a的簇头节点，其中，最优链上的传感器节点作为该子区间a的簇成员节点，簇成员节点将采集的气象信息发送给所在最优链上的邻居节点，邻居节点将接收到气象信息与自己的气象信息融合后发送给另一个邻居节点，直至发送至对应的簇头节点。
其中，当前簇头节点低于设定的能量阈值时，重新选择一个当前剩余能量最大的传感器节点来更新当前簇头节点。
本实施例提出了一种新的传感器节点的分簇机制，该分簇机制中，预先确定成簇数目的最优值，并根据最优成簇数目进行分簇，有利于有效控制簇规模，减少能量消耗，优化无线传感器网络的性能；本实施例基于区间划分的方式，以子区间为单位构建最优链，并选取最优链上当前剩余能量最大的传感器节点作为该最优链上的簇头节点，有利于均衡最优链上的传感器节点的能耗，延长无线传感器网络的生命周期，有利于提高海洋气象信息感知系统运行的稳定性。
在一个实施例中，将子区间a内所有传感器节点构建成一条最优链，具体包括：
(1)初始化各链路的信息素浓度及迭代次数，随机选择子区间a内中的n个传感器节点，每个传感器节点产生一只前向蚂蚁并发送出去，初始化各前向蚂蚁的地址链表以及当前链路总开销，n只前向蚂蚁携带对应的初始化的信息从不同的传感器节点出发，开始遍历旅程；
(2)当前向蚂蚁α到达传感器节点i时，在传感器节点i的邻居节点集中概率地选择一个没有被前向蚂蚁α访问过的邻居节点作为下一跳节点；
(3)若邻居节点j为选择的下一跳节点，则将邻居节点j记录在前向蚂蚁α的地址链表中，并按照下列公式更新自身的当前链路总开销：
st＝st-1+lij×s
式中，st表示更新后的当前链路总开销，st-1表示更新前的当前链路总开销，初始时当前链路总开销为0，lij为传感器节点i与邻居节点j之间的距离，s为设定的单位距离链路开销值；
(4)前向蚂蚁α携带已经更新的信息按照(2)和(3)继续遍历旅程，直至访问了所在子区间内的所有传感器节点，此时生成后向蚂蚁α′，后向蚂蚁α′携带前向蚂蚁α的当前链路总开销和地址链表信息，沿着前向蚂蚁α的逆路径前进，在沿途所经历的链路释放信息素并按照下列公式更新相应链路的信息素浓度，直至到达出发时的传感器节点：
式中，b(v,e)′表示更新后的传感器节点v,e之间链路上的信息素浓度，b(v,e)为更新前的传感器节点v,e之间链路上的信息素浓度，ρ为信息素的挥发度；
(5)对于每只到达出发时的传感器节点的后向蚂蚁，汇聚节点比较各后向蚂蚁携带的当前链路总开销，确定当前链路总开销最小的后向蚂蚁β，并选择该后向蚂蚁β携带的地址链表所记载的路径作为最优路径，并按照所述最优路径构建最优链。
其中，按下列公式概率地选择一个没有被前向蚂蚁α访问过的邻居节点作为下一跳节点：
式中，hij(α)表示前向蚂蚁α从传感器节点i的邻居节点集合中选择邻居节点j为下一跳节点的概率；dα为前向蚂蚁α所保存的它已经访问过的所有传感器节点的集合；bij表示传感器节点i与邻居节点j的链路上的信息素浓度，bip为传感器节点i与其第p个邻居节点的链路上的信息素浓度；gj0为邻居节点j的初始能量，gj为邻居节点j的当前剩余能量，lij为传感器节点i与邻居节点j之间的距离，gp0为所述第p个邻居节点的初始能量，gp为所述第p个邻居节点的当前剩余能量，lip为传感器节点i与其第p个邻居节点之间的距离，r1、r2、r3皆为设定的权重系数。
本实施例基于蚁群算法确定最优路径，并基于最优路径将子区间内所有传感器节点构建成一条最优链，其中改进了概率选择公式以及信息素浓度的更新公式。通过本实施例概率选择公式选择下一跳节点，能够更加优化下一跳节点的选择，从而有利于提高路径建立的稳定性，并且有利于缩短路径长度，减少路径时延；本实施例中信息素的更新量主要由前向蚂蚁所访问过的传感器节点的能量、到汇聚节点的距离决定，根据该更新公式确定后向蚂蚁在所经链路释放的信息素数量，能够使得整体剩余能量较高的路径获得相对多的信息素，并且能够使得距离汇聚节点更近的链路获得更高的信息素浓度，有利于均衡网络中各传感器节点的能量消耗，延长无线传感器网络的生命周期，从而有利于提高采集和传输气象信息的周期。
在一个实施例中，簇头节点与汇聚节点之间的距离不大于设定的距离阈值时，簇头节点直接将融合后的数据发送至汇聚节点；簇头节点与汇聚节点之间的距离小于设定的距离阈值时，簇头节点选择权值最大的邻居簇头节点作为下一跳，其中邻居簇头节点为位于该簇头节点通信范围内的其他簇头节点；所述权值的计算公式设定为：
式中，yq表示邻居簇头节点q的权值，gq为邻居簇头节点q的当前剩余能量，lq,s为邻居簇头节点q到汇聚节点的距离，gmin为设定的最小能量值。
本实施例能够避免与汇聚节点距离较远的簇头节点与该汇聚节点直接通信，其中，簇头节点通过选择权值较大的邻居簇头节点作为下一跳，来转发自身融合的数据，有利于减少无线传感器网络的总开销，并均衡无线传感器网络中各传感器节点的能耗，从而在整体上节省海洋气象信息感知系统的数据采集成本。
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。