基于云计算的水文气象业务系统及移动传感器自定位方法与流程

本发明涉及水文气象监测领域，具体涉及基于云计算的水文气象业务系统及移动传感器自定位方法。

背景技术：

云计算水文气象业务能起到气候系统信息整合和无缝隙共享的作用，为进行气候系统和气候变化与可持续发展研究的各方提供帮助。目前水文气象信息系统的作用定位为“数据中心”，为其它行业用户提供实时观测数据和历史统计数据。对广大行业用户特别是非水文气象行业用户来说，它们需要的除了原始的探测数据外，更多的是加工处理过的水文气象信息。为进一步满足需要，提高服务水平，应该考虑如何提供更高级的水文气象信息服务形式。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于云计算的水文气象业务系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种基于云计算的水文气象业务系统，包括水文气象观测系统、云计算中心以及通过网络与云计算中心连接的智能终端，所述的水文气象观测系统用于收集水文气象信息，并将水文气象信息传送至云计算中心；所述的云计算中心用于接收水文气象信息，并对该水文气象信息进行预处理和存储。

本发明的有益效果为：利用云计算的数据处理技术对水文气象信息实现实时处理和控制，用户可以通过智能终端随时获取需要的水文气象信息，便于在更广的范围内实现数据共享，降低用户成本。

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本发明的结构框图；

图2是本发明云计算中心的连接框图。

附图标记：

水文气象观测系统1、云计算中心2、智能终端3、数据预处理模块10、数据存储模块20、水文气象参数历史信息数据库服务器30、网络通信服务器40。

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、图2，本实施例提供的一种基于云计算的水文气象业务系统，包括水文气象观测系统1、云计算中心2以及通过网络与云计算中心2连接的智能终端3，所述的水文气象观测系统1用于收集水文气象信息，并将水文气象信息传送至云计算中心2；所述的云计算中心2用于接收水文气象信息，并对该水文气象信息进行预处理和存储。

优选地，所述的云计算中心2包括数据预处理模块10、数据存储模块20、水文气象参数历史信息数据库服务器30、网络通信服务器40，所述数据存储模块20、水文气象参数历史信息数据库服务器30分别与数据预处理模块10连接。

优选地，所述的水文气象信息包括温湿度、气压、雨量、风向、风速、能见度。

本发明上述实施例的水文气象业务系统利用云计算的数据处理技术对水文气象信息实现实时处理和控制，用户可以通过智能终端3随时获取需要的水文气象信息，便于在更广的范围内实现数据共享，降低用户成本。

优选地，所述水文气象观测系统1采用移动传感器网络进行水文气象信息收集和发送，包括多个移动传感器节点和固定传感器节点，各个移动传感器节点之间相互进行数据传输，构成延迟容忍网络，各个固定传感器节点构成连通网络，且固定传感器节点与通信范围内的移动传感器节点通信，移动传感器节点在监测区域内进行移动，固定传感器节点在监测区域内固定设置。

所述的移动传感器节点在发送水文气象信息的同时发送自身定位数据，移动传感器节点自定位时具体执行：

(1)按照设定的发射信号强度，移动传感器节点在一个设定周期内以t为时间间隔向固定传感器节点连续发送定位请求数据包，定位请求数据包的格式为：

{idh,mh,γh,t}

其中，idh为移动传感器节点的标号，mh为该移动传感器节点在周期内发送的定位请求数据包数量，γh表示本次发送的定位请求数据包在所有发送的定位请求数据包中的排列序号；

(2)固定传感器节点第一次接收到定位请求数据包后，持续接收mh×t时间，每接收到一个定位请求数据包时，检测并记录下对应的信号强度指示值，若某个定位请求数据包没有收到时，设置对应的信号强度指示值为0；

(3)固定传感器节点接收定位请求数据包完成后，构造反馈数据包发送至该移动传感器节点，所述的反馈数据包格式为：

其中，ids表示该固定传感器节点的标号，xθ,yθ为该固定传感器节点的位置坐标，为依次记录的信号强度指示值；

(4)接收所有的反馈数据包后，移动传感器节点根据反馈数据包进行定位计算，具体包括：设已发送反馈数据包的固定传感器节点为m1个，其中任意两个固定传感器节点组成一个传感器节点对，共形成个传感器节点对；移动传感器节点根据反馈数据包中的信号强度指示值，计算移动传感器节点与传感器节点对中两个固定传感器节点的距离比值；若传感器节点对的距离比值小于设定的比值阈值，将该传感器节点对中的两个固定传感器节点的位置坐标提取出来，移动传感器节点按照下列公式计算移动传感器节点的位置坐标(x,y)：

式中，分别表示第α个距离比值小于设定的比值阈值的传感器节点对中第一个、第二个固定传感器节点的横向位置坐标，分别表示第α个距离比值小于设定的比值阈值的传感器节点对中第一个、第二个固定传感器节点的纵向位置坐标，表示距离比值小于设定的比值阈值的传感器节点对的数目。

相关技术中的移动传感器节点定位通过获取到多个固定节点到移动节点之间的信号强度指示值，计算出移动节点到多个固定节点之间的距离，然后利用三边定位法或质心算法，根据固定节点的坐标、移动节点到多个固定节点之间的距离建立方程组，最终求解出移动节点的坐标位置；

本优选实施例对移动传感器节点的定位方式进行了改进，相对于该相关技术中的定位方法，简化了运算的过程，提高了移动传感器节点的定位效率，从而能够实时将移动传感器节点的位置和移动传感器节点所采集的水文气象信息发送至云计算中心2进行对应的数据处理。

优选地，计算移动传感器节点与传感器节点对中两个固定传感器节点的距离比值时，具体执行：

(1)根据对数路径损耗模型，传感器节点对中两个固定传感器节点所记录的信号强度指示值差值表示为：

式中，分别表示第β个传感器节点对中第一个、第二个固定传感器节点在第k次接收定位请求数据包时记录的信号强度指示值，ρ为对数路径损耗模型的路径损耗指数，分别为第β个传感器节点对中第一个、第二个固定传感器节点在第k次接收定位请求数据包时的随机噪声；

(2)计算传感器节点对中两个固定传感器节点所记录的信号强度指示值差值的大小概率：

式中，表示第β个传感器节点对中两个固定传感器节点所记录的信号强度指示值差值的大小概率，count(·)为计数函数，用于计算时的次数，mk为固定传感器节点所记录的信号强度指示值的数量；

(3)以作为标准正态分布概率，通过标准正态分布表确定对应的期望值，将该期望值作为移动传感器节点与第β个传感器节点对中两个固定传感器节点的距离比值。

本优选实施例在计算移动传感器节点与传感器节点对中两个固定传感器节点的距离比值时，利用正态分布统计方法来衡量两个固定传感器节点所记录的信号强度指示值差值与所述的距离比值之间的关系，从而通过查询标准正态分布表确定对应的期望值，即距离比值，实现了距离比值的快速计算，有利于实现灵活鲁棒的移动传感器节点定位，保障水文气象业务系统能够在监测区域内全方位地获取水文气象信息。

优选地，移动传感器节点根据反馈数据包进行定位计算之前，先对反馈数据包进行筛选，若反馈数据包中的信号强度指示值满足下列公式，则对该反馈数据包进行剔除：

式中，count(·)为计数函数，用于分别计算满足时的信号强度指示值个数，表示移动传感器节点接收的第b个反馈数据包中第f个信号强度指示值，mt为设定的信号强度指示值最大值，mb为移动传感器节点接收的第b个反馈数据包具有的信号强度指示值的数量，φ为设定的阈值。

本优选实施例保证了移动传感器节点能够利用符合条件的反馈数据包的信号强度指示值进行自定位，从而减少了某些受外界影响较大的信号强度指示值对定位计算的影响，有利于提高移动传感器节点的定位精度，确保水文气象信息的精确度。

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。