CN101047591A - 放射源远程监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够利用无线传感器网络感应、采集、处理、传输放射源及其环境温度、湿度等信息的放射源远程监测系统及方法，它包括传感器节点网络、公共通讯网络和管理控制中心，其特征在于所述传感器节点网络能够采集和发送放射源的信息，公共通讯网络能够将传感器节点网络发送的数据信息传递给管理控制中心，管理控制中心可对收到的放射源信息按工作程序进行汇总处理，并提供各种方式的查询服务，所述的基站节点和多个放射源节点一起构成一个由基站节点控制的传感器节点网络。本发明具有投资省、数据传输效率高、可靠性好、监测方式灵活且能动态配置等优点，有利于对关系到公共安全的放射源进行科学管理。
Description
技术领域
本发明属于公共安全监测及无线通讯技术领域，特别是涉及一种利用无线传感器网络监测、感知、处理放射源及其环境温度、湿度信息的放射源远程监测系统及方法。
背景技术
放射源能够放射出穿透力很强的放射线，应用范围广泛：医疗上它可照射人体肿瘤，杀死癌细胞；农业上它可照射农产品，灭菌防腐；金属工业上它可用来寻找焊接金属的瑕疵，进行工业探伤；用放射源制成的料位计、核子秤等计量仪表受温度、湿度等环境因素影响的程度较小，运行可靠；放射源由于拥有这些优秀的特点而被广泛应用于当前的许多领域。
但是放射源也是一柄双刃剑，如果在应用过程中操作或保管不当，就有可能发生事故，造成放射性污染，危害人的健康和安全，因此，对放射源的监测管理就显得非常重要，目前国内对放射源的监测还没有成熟的方法及相应的设备，传统的监测射源泄漏的方法繁琐，低效，而且可能会对操作人员产生一定的危害，虽然现在也有用于个人的放射计量设备，但它主要是在有放射源存在的环境中用于个人防护检测，不能对放射源进行实时监控、检测，难以实现对放射远的科学管理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能利用无线传感器网络和公共通讯网络对放射源及其环境温度、湿度信息进行监测、感知、处理的放射源远程监测系统及方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：它包括传感器节点网络、公共通讯网络和管理控制中心，其特征在于传感器节点网络与管理控制中心之间由公共通讯网络传递信息，所述传感器节点网络由放射源节点、基站节点和放射源组成，传感器节点网络能够将放射源的信息通过公共通讯网络传送给管理控制中心；管理控制中心能够对收到的放射源信息按工作程序进行汇总处理。
本发明所述的放射源远程监测系统由于采用传感器节点网络、公共通讯网络和管理控制中心相结合的结构形式，能够实时监控放射源的状况，而利用社会公共通讯网络平台，不仅可节约投资成本；而且数据传输效率高，可靠性强，设备维护方便，使用周期长，它是一种较理想的放射源监控和管理系统。
附图说明
图1为放射源远程监测系统的工作原理示意图。
图2为放射源远程监测系统的结构示意图。
图3为放射源远程监测系统的指令传输流程图。
图4为传感器节点网络的信息传输、处理方法流程图。
图5为管理控制中心工作流程图。
附图标号说明：1-传感器节点网络、2-公共通讯网络、3-管理控制中心、4-放射源节点、5-基站节点、6-能量管理单元、7-传感器单元、8-处理器单元、9-无线通信单元、10-接口设备、11-后台服务器、12-放射源
具体实施方式
参照图1、图2：本发明所述的放射源远程监测系统包括传感器节点网络1、公共通讯网络2和管理控制中心3，所述传感器节点网络1与管理控制中心3之间由公共通讯网络2传递信息，传感器节点网络1能够将放射源节点4采集的信息通过公共通讯网络2传送给管理控制中心3；管理控制中心3能够对收到的放射源节点4信息按照工作程序进行汇总处理。
所述传感器节点网络1由多个放射源节点4、基站节点5和放射源12构成，放射源节点4能够采集放射源12的信息，并将采集的信息进行AC/DC变换转换为数字信息发至基站节点5；所述放射源节点4由处理器单元8、传感器单元7、无线通信单元9和能量管理单元6组成，传感器单元7采集的信息经处理器单元8处理后传至无线通信单元9。
所述处理器单元8还起着控制节点端程序的休眠、唤醒，执行监测任务，以及对采集到的各类信息进行加密处理，并对各类信息进行存储与读取，以保证数据的完整性；所述无线通信单元9作为传感器节点4和基站节点5之间进行无线通信装置，交换控制消息和收发各类数据，包括自身采集到的数据及从邻近节点传送过来的数据；所述能量管理单元6能够采集各单元的能量信息，并对能量信息进行汇总判断，以保证各单元的正常运行。
所述放射源节点4、放射源12和基站节点5一起构成一个由基站节点5控制的传感器节点网络1，它负责监测、采集、处理放射源12及其环境温度、湿度等信息，并通过IEEE 802.15.4的直接扩频调制技术将采集到的信息发送给基站节点5，基站节点5接收、甄别属于本网络的信息，根据接收的信息检测放射源节点4的状况，进行相应的处理，并将信息传送给管理控制中心3。
公共通讯网络2可采用GPRS网络。用于下达管理控制中心3的命令和上传远端传感器节点网络1采集到的信息；管理控制中心3接收基站节点5发送来的信息，并对信息进行处理，在出现异常情况时(如发现放射源12已经离开了一定的可控制范围)，进行报警，同时将信息存入数据库，可提供用户查询等服务。
在实际操作中，传感器节点网络1中的基站节点5接收管理控制中心3通过公共通讯网络2发来的命令，验证、解析成功后再经由无线传感器网络将命令传送给每个放射源节点4，放射源节点4的处理器单元8唤醒节点端程序，传感器单元7开始监测、采集放射源12及其环境温度、湿度信息，并通过AC/DC变换将采集的信息转换为数字信息，处理器单元8再对此数字信息进行加密处理，并进行存储，以保证数据的完整性，无线通信单元9可与其他放射源节点4和基站节点5之间进行无线通信，将接收或采集的信息发送给基站节点5，基站节点5再将信息传送回管理控制中心3，管理控制中心3通过专用的接口设备10接收发送来的信息，并将其读取到后台服务器11中，经解密后汇总处理。
在整个传感器节点网络1中，每个放射源节点4都能与其相邻节点通讯，形成多跳自组网，放射源节点4上的数据可被相邻节点多跳转发，即使某一个放射源节点4失效，其他放射源节点4仍能够直接的或间接地监测、采集网络中每一个放射源12的运行信息并将其传送给基站节点5，实现对整个放射源系统的有效监控；所述的基站节点5都有一定容量的内存，可在基站节点5与管理控制中心3失去连接的情况下，接收并暂存来自放射源节点4的数据信息，确保数据信息的安全传输。
参照图2，所述放射源节点4结构上包括传感器、AC/DC变换电路、微处理器、存储器、无线收发器、电源几个部分，所述微处理器与传感器、存储器、无线收发器相连接，所述传感器安装在放射源12上，监测、感知放射源及其环境温度、湿度等信息，并通过AC/DC变换电路将信息转换为数字信息，然后传送给微处理器，微处理器对该信息进行处理后存入与之相连的存储器，同时通过无线收发器发送接收信息；所述电源与传感器、微处理器、存储器、无线收发器相连接，提供节点正常运行所需的能量。
所述基站节点5结构上包括微处理器、存储器、无线收发器、电源和无线通讯模块几个部分，所述微处理器与无线收发器、存储器相连接，无线收发器甄别接收本网络中放射源节点4传来的信息，经由微处理器处理后存入存储器，同时通过无线通讯模块(如GPRS模块)与远端的管理控制中心3进行交互式通信；所述电源与微处理器、无线收发器、存储器、无线通讯模块相连接，提供节点正常运行所需的能量。
本发明所述放射源远程监测系统的监测步骤是：配置和执行任务代码、信息的采集处理、信息的本地传输、数据的远程传输、数据的接收与处理；各步骤的详细内容说明如下：
参照图3：本发明所述放射源监测系统的配置和执行任务代码步骤是：
步骤S3-1和S3-2，管理控制中心3启动；
步骤S3-3和S3-4，管理控制中心3通过公共通讯网络2连接上基站节点5，下达命令；
步骤S3-5，基站节点5接收命令，并对命令进行验证、解析；
步骤S3-6，基站节点5通过无线传感器网络向各放射源节点4发布命令；
步骤S3-7，各放射源节点4根据接收的命令配置初始传感任务的程序代码；
参照图4：本发明所述信息的采集处理与本地传输步骤是：
步骤S4-1和S4-2，基站节点5和放射源节点4加电开始，系统初始化；
步骤S4-3和S4-4，基站节点5接收、解析管理控制中心3的命令，并将该命令传达给放射源节点4，同时设置定时器，并等待接收信息；
步骤S4-5至S4-6，放射源节点4根据接收的命令调用相应的程序，设置定时器；
步骤S4-7和S4-8，放射源节点4对自身的位置、温度、湿度信息等进行采集与检测，如出现异常情况(如位置信息发生变化等)，则发送报警信息；所述的信息采集方式包括：
①放射源节点4自身发起的采集：放射源节点4根据用户配置对自身信息进行周期性采集；
②放射源节点4根据管理控制中心3发送的命令进行实时采集。
步骤S4-9，放射源节点4通过无线传感器网络连接基站节点5，将接收自其他节点的信息与自身采集的信息一起发送给基站节点5，如不能连接上，则通过其他节点多跳通信，将信息传送给基站节点5；基站节点5对网络中传送来的信息进行甄别判断，处理存储属于本网络的信息；
信息的远程传输：基站节点5通过公共通讯网络2将数据信息传送到管理控制中心3；
参照图5：本发明所述信息的接收处理步骤是：
步骤S5-1和S5-2，管理控制中心3启动，系统初始化；
步骤S5-3，管理控制中心3进入网络监听状态，通过专用的接口设备10接收远端基站节点5发送来的信息；
步骤S5-4，管理控制中心3将接收的信息读取到后台服务器11中，经解密后汇总处理，存放到管理控制中心3的数据库中；
步骤S5-5，管理控制中心3如检测到报警信息，则进行报警，并对报警信息确认，如未超过3次，继续报警；如超过3次，则结束报警，返回步骤S5-3，重新进行网络监听。
所述放射源节点4收发信息，基站节点5甄别信息的详细过程如下：
(a)每个放射源节点4根据内置的节点选择规则从多个下一跳节点中选择一个节点，并将信息分组转发给该节点，重复此步骤，直至传送至基站节点5；
(b)基站节点5接收网络中传送来的信息；
(c)基站节点5将接收到的信息与自身的网络组号相比较，判断收到的信息是否来自本网络；
(d)如不属于本网络则丢弃，如确认信息属于本网络则进行完整性校验并存储；
其中步骤(a)中的节点选择规则是：
(a1)放射源节点向邻近节点广播路径建立消息，启动路径建立过程，路径建立消息中包含一个代价域，表示发出该消息的节点到目的节点路径上的能量信息，初始值设置为零；
(a2)当节点收到其邻近节点发送的路径建立消息时，相对发送该消息的邻近节点，只有当自己距源节点的距离更近，而且距目的节点更远的情况下，才需要转发该消息，否则丢弃该消息；
(a3)如果节点决定转发路径建立消息，则需要计算新的代价值来替换原来的代价值，
(a4)节点将未放弃的路由加入本地路由表中；
(a5)节点为路由表中每个下一跳节点计算选择概率，节点选择概率与能量消耗成反比；
(a6)节点根据路由表中每项的能量代价和下一跳节点选择概率计算本身到目的节点的代价，并用新的代价值替换消息中原有的代价值，然后向邻居节点广播该路由建立消息。
Claims (10)
1、一种放射源远程监测系统，包括传感器节点网络、公共通讯网络和管理控制中心，其特征在于传感器节点网络与管理控制中心之间由公共通讯网络传递信息，所述传感器节点网络由多个放射源节点、基站节点和放射源组成，它能够采集、监测、处理并传输放射源的信息；管理控制中心能够对收到的放射源信息按工作程序进行汇总处理。
2、根据权利要求1所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述传感器节点网络中的放射源节点采集放射源的信息，并将采集的信息进行AC/DC变换转换为数字信息发至基站节点；所述放射源节点由处理器单元、传感器单元、无线通信单元和能量管理单元组成，传感器单元采集的信息经处理器单元处理后传至无线通信单元。
3、根据权利要求1所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述多个放射源节点、放射源和基站节点一起构成一个由基站节点控制的传感器节点网络，所述放射源节点通过IEEE 802.15.4的直接扩频调制技术将采集到的信息发送给基站节点，基站节点甄别、接收属于本网络的信息，根据接收的信息检测放射源节点的状况，进行相应的处理，并将信息传送给管理控制中心。
4、根据权利要求1所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述放射源节点结构上包括传感器、AC/DC变换电路、微处理器、存储器、无线收发器、电源几个部分，所述微处理器与传感器、存储器、无线收发器相连接，传感器安装在放射源上，所述电源与传感器、微处理器、存储器、无线收发器相连接。
5、根据权利要求1所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述基站节点结构上包括微处理器、存储器、无线收发器、电源和无线通讯模块几个部分，所述微处理器与无线收发器、存储器相连接，所述电源与微处理器、无线收发器、存储器、无线通讯模块相连接。
6、根据权利要求1所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述监测步骤是：配置和执行任务代码、信息的采集处理、信息的本地传输、数据的远程传输、数据的接收与处理。
7、根据权利要求6所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述监测步骤中的配置和执行任务代码具体步骤如下：
步骤S3-1和S3-2，管理控制中心3启动；
步骤S3-3和S3-4，管理控制中心通过公共通讯网络连接上基站节点，下达命令；
步骤S3-5，基站节点接收命令，并对命令进行验证、解析；
步骤S3-6，基站节点通过无线传感器网络向各放射源节点4发布命令；
步骤S3-7，各放射源节点根据接收的命令配置初始传感任务的程序代码。
8、根据权利要求6所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述监测步骤中的信息的采集处理与本地传输具体步骤如下：
步骤S4-1和S4-2，基站节点和放射源节点加电开始，系统初始化；
步骤S4-3和S4-4，基站节点接收、解析管理控制中心的命令，并将改命令传达给放射源节点，同时设置定时器，并等待接收信息；
步骤S4-5至S4-6，放射源节点根据接收的命令调用相应的程序，设置定时器；
步骤S4-7和S4-8，放射源节点对自身的位置、温度、湿度信息等进行采集与检测，如出现异常情况(如位置信息发生变化等)，则发送报警信息；
步骤S4-9，放射源节点通过无线传感器网络连接基站节点，将接收自其他节点的信息与自身采集的信息一起发送给基站节点，如不能连接上，则通过其他节点多跳通信，将信息传送给基站节点；基站节点对网络中传送来的信息进行甄别判断，处理存储属于本网络的信息；
信息的远程传输：基站节点通过公共通讯网络将数据信息传送到管理控制中心。
9、根据权利要求6所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述监测步骤中的信息的接收处理步骤是：
步骤S5-1和S5-2，管理控制中心启动，系统初始化；
步骤S5-3，管理控制中心进入网络监听状态，通过专用的接口设备接收远端基站节点发送来的信息；
步骤S5-4，管理控制中心将接收的信息读取到后台服务器中，经解密后汇总处理，存放到管理控制中心的数据库中；
步骤S5-5，管理控制中心如检测到报警信息，则进行报警，并对报警信息确认，如未超过3次，继续报警；如超过3次，则结束报警，返回步骤S5-3，重新进行网络监听。
10、根据权利要求6所述的放射源远程监测系统，其特征在于所述信息采集与处理步骤中的信息采集方式包括：
①放射源节点自身发起的采集：放射源节点根据用户配置对自身信息进行周期性采集；
②放射源节点根据管理控制中心发送的命令进行实时采集。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |