23] 为了适应水利工程安全监测的实际需要，节约能源，监测节点1应用光伏电源，选 用的光伏电源型号为SAS2. 5-WED。
[0024] (2)网关节点
[0025] 由于ZigBee协议依据ΙΕΕΕ802. 15. 4标准，在数千个微小的监测节点1之间相互 协调实现通信，这些监测节点1只需很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一 个监测节点1传递到另一个监测节点1，它们通信效率非常高，但同时也说明了 ZigBee技术 的低数据速率和通信范围较小的特点。因此，在大型水利工程安全监测系统监测节点信息 传递时，必须要设置网关节点2,方能使监测节点1信息顺利传输至监测中心的电子计算机 5上，网关节点2的原理图如图3所示，其工作过程如下：通过基于ZigBee通信协议的射频 接收模块8接收监测节点发来的图像信息，由微处理器13对图像文件进行去噪、压缩处理 后，再由GPRS模块16发射，经GPRS网络3与Internet网络4耦合，在监测中心电子计算 机5上可以接收到监测节点1摄制的图像。
[0026] 微处理器13选用Atmel公司的一款内嵌32位ARM920T核的高速ARM处理器 AT91RM9200作为中心处理器，具有高性能、低功耗、低成本特点，其指令处理速度可以达 200MI/S (兆指令/秒），能满足监测网关节点2的高速传输要求，同时它又是一款工业级微 处理器，能够适合网关节点2工作环网境恶劣的要求，保证网关节点2工作的稳定性。同时 AT91RM9200上可以移植标准的Linux操作系统，减少了网管节点2软件的开发难度，并增强 了它的可移植性，有利于软件的二次开发。
[0027] 无线发射装置包括SM卡插座15、GPRS模块16和天线，SM卡插座15的输入端 连接微处理器13,输出端连接GPRS模块16。GPRS模块16选用Mc55模块，Mc55模块内置 的TCP/IP协议由AT指令控制使用程序很容易接入网络。
[0028] 风光电源14选用风光互补电源，型号为SDC-DMI150。
[0029] 在微处理器13中实行对图像文件进行预处理与压缩传输。
[0030] 图像去噪应用自适应中值滤波（AMF)，原理如下：设Sxy表示中心像素点（X，y)在 滤波时对应的掩模窗口，令Zmin为S xy中灰度级最小值，Z max为S xy中灰度级最大值，Z 为 Sxy中灰度级中值，Zxy为在坐标（X，y)上的灰度级，Smax为S xy允许的最大尺寸。自适应中 值滤波算法工作在两个层次，走乂为A层和B层，A层：A1= Z me;d - Z min, A2= Z med一 Z max，如 果A1XKA2^转到B层，否则增大窗口尺寸，如果窗口尺寸< Smax，重复A层，否则输出Zxy;B 层：B1= Z xy - Z min，B2= Z xy - Z max，如果 B1XK B2〈0,输出 Zxy，否则输出 Zmed。
[0031] 图像压缩编码方法如下：图像熵表示图像灰度级集合的平均比特数，单位为比特 /像素，描述了图像信息源的平均信息量。熵编码算法有多种，本发明的图像压缩应用哈夫 曼编码，其原理如下：哈夫曼编码严格按照概率匹配方法决定码长，概率大的灰度值对应于 短码，概率小的灰度值对应于长码。哈夫曼编码步骤如下：（1)统计出图像中每个灰度值出 现的概率，并按照从大到小的顺序排列；(2)每一次选出概率最小的两个值，将它们相加， 形成的新频率值和其他频率值形成一个新的频率集合；(3)重复第（2)步，直到最后得到频 率和为1 ; (4)分配码字，对上述步骤反过来逐步向前进行编码，每一步有两个分支各赋予 一个二进制码，对概率大的赋予码元〇,对概率小的赋予码元1 (或相反）。
[0032] (3)监测中心的电子计算机
[0033] 经网关节点2压缩的监测图像文件经GPRS网络与Internet网络传到监测中心的 电子计算机（5)中。首先进行图像解压，应用离散余弦逆变换快速算法（IDCT快速算法）， 其基本思想可描述如下：以计算二维8 X 8IDCT为例：
[0034]
【主权项】
1. 一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，由监测节点（I)、网关节点 (2)、监测中心电子计算机（5)组成，其特征在于，监测节点（1)分布设置在水利工程上的裂 缝或/和伸缩缝处，监测节点（1)包括带有摄像传感器（6)的ZigBee无线传感网络节点， 监测节点（1)经网关节点（2)通过GPRS网络（3)与Internet网络（4)连接监测中心电子 计算机（5)。
2. 根据权利要求1所述一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，其特征在 于，监测节点（1)由以下部件组成：摄像传感器（6)、信号调理电路（7)、基于ZigBee通信 协议的射频发射模块（8)，其中摄像传感器（6)通过信号调理电路（7)与基于ZigBee通信 协议的射频发射模块（8)连接，且均与光电源（11)连接，光电源（11)上连有电源管理芯片 (12)，统一控制供电；基于ZigBee通信协议的射频发射模块（8)上连接有液晶显示器（9) 和USB接口（10)。
3. 根据权利要求1或2所述一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，其特 征在于，摄像传感器（6)为SAT系列红外探测器。
4. 根据权利要求2所述一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，其特征在 于，基于ZigBee通信协议的射频发射模块（8)是CC2430芯片。
5. 根据权利要求1所述一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，其特征在 于，网管节点（2)由以下部件：基于ZigBee通信协议的射频接受模块（8)、微处理器（13)、 SIM卡座（15)、GPRS模块（16)顺次连接而成，它们均由风光电源（14)供电，并由电源管理 芯片（12)统一执行供电管理。
6. 根据权利要求5所述一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，其特征在 于，微处理器（13)选用AT91RM9200芯片。
【专利摘要】本申请公开了一种大型水利工程裂缝与伸缩缝变化定量监测系统，该监测系统由监测节点、网关节点、监测中心电子计算机组成，监测节点是带有摄像传感器的ZigBee无线传感网络节点，监测节点经网关节点通过GPRS网络与Internet网络将水利工程裂缝与伸缩缝的图像信息实时传输到监测中心电子计算机中。本实用新型采用摄像头传感器，对水利工程裂缝和伸缩缝进行监测，是一种无接触的，可以增加监测系统的可靠性，提高监测精度；特别适合大型水利工程的安全监测；无需在水利工程上敷设大量导线，节约成本，降低施工难度且节约大量人力资源；采用红外摄像传感器可不受天气影响实施24小时监测。
【IPC分类】H04W84-18, G01N21-88, H04L29-08
【公开号】CN204498156
【申请号】CN201520087083
【发明人】薛良儒, 葛沂虎, 魏峰, 吴玖兰, 张朝利
【申请人】张朝利
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年2月8日