CN101166127B - 基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统及其方法，涉及一种水库汛情监测系统。本发明包括子区域节点群(1)，电子水位标尺(2)，RS232接口电路(5)和终端数据处理机(6)，侦讯节点(3)和终端汇聚节点(4)；子区域节点群(1)内的雨量传感节点(1A)和电子水位标尺(2)分别将采集到的雨量数据及水位数据传送至所处子区域的汇聚节点(1B)，再按洪泛方式或地理能量高效路由机制(GEAR)沿着数据传输梯度的方向将数据回传至设置在汛情终端数据中心(7)的终端汇聚节点(4)，经终端数据处理机(6)处理实时得到水库汛情。本发明能实时采集到水库区域的雨量、水位和径流信息；通信可靠，实时性好，计量准确，微功耗、低成本。

Description

基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种水库汛情监测系统，尤其涉及一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统及其方法。

背景技术

长期以来，我国水库防洪与兴利的矛盾十分尖锐。如汛期前段出现较大暴雨时，为了水库安全不敢蓄水，到了后期往往又无水可蓄，于是安全利用洪水资源、优化调控便成为水利工作者甚为关注的课题之一。其主要内容包括：

1、根据面临时段实现天气趋势的分析；

2、实时监测水情变化及水库流域的汛期降雨量；

3、根据水库流域汛期降雨量预测未来一定时段的汛情变化，并结合水库实时水情状态作出优化的库容调控策略，从而达到提高水资源兴利效益的目的。

显而易见，建立一个实时、可靠的水库汛情监测系统平台是关键所在。

目前，实时监测水情变化及精确采集水库流域的汛期降雨量仍然是水利界的难题。传统的水情监测方法耗费了大量人力、物力和财力，而汛期降雨量的采集依然没有一个简单可行的办法，且采集的数据不够精确。为实现库区水位实时监测，近年来国内外相继推出磁浮珠、压力、超声等水位自动测量装置，由于存在诸多问题，尚未或难以在库区水位测量中推广应用；而库区雨情实时监测，由于受制于雨量传感器价格和能源的苛刻要求，至今尚为空白。

发明人自行研发的电子水位标尺和雨量传感节点恰恰能弥补这两点不足：电子水位标尺能实时将水位数据传出，而基于电容雨量传感器的雨量传感节点沿水库区域布置成网络便能实时采集水库区域各处的降雨情况。

关于电子水位标尺和雨量传感节点的发明创造，本发明人已申请发明专利两项：

1、基于平面电容式的电子水位标尺(ZL200610019108.0)；

2、基于电容雨量传感器的无线传感网络节点(ZL200610019165.9)。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统及其方法。

本发明的目的是这样实现的：

一、水库汛情实时监测系统(本发明的基本方案，适用于大、中型水库)

如图1、图2，本发明包括子区域节点群1，电子水位标尺2，RS232接口电路5和终端数据处理机6；还包括侦讯节点3和终端汇聚节点4；

子区域节点群1和电子水位标尺2无线连通；子区域节点群1、终端汇聚节点4、RS232接口电路5和终端数据处理机6依次连通；侦讯节点3和终端汇聚节点4无线连通；

子区域节点群1内的雨量传感节点1A和邻近的电子水位标尺2分别将采集到的雨量数据及水位数据传送至所处子区域的汇聚节点1B，再按洪泛方式或地理能量高效路由机制(GEAR)沿着数据传输梯度的方向将数据回传至设置在汛情终端数据中心7的终端汇聚节点4(设置在汛情终端数据中心7的还有RS232接口电路5和终端数据处理机6)，经终端数据处理机6处理实时得到水库汛情；

所述的子区域节点群1，即无线传感水情网络的n个子区域，包括雨量传感节点1A和汇聚节点1B，用于采集和传输整个水库区域的水情信息(见ZL200610019165.9)。

所述的电子水位标尺2，在无线传感网络子区域节点群1附近布置，用于采集河道及坝区的水位信息(见ZL 200610019108.0)。

所述的侦讯节点3置于汛情终端数据中心7附近，由稳恒电源(如用交流电源整流为直流)供电，用于全天候监测降雨信息(一般不工作于休眠态)。

所述的终端汇聚节点4位于汛情终端数据中心7，与子区域节点群1中与之邻近的汇聚节点1B和侦讯节点3无线通信；在侦讯节点3探知降雨信息后，立即通过终端汇聚节点4告知汛情终端数据中心7，汛情终端数据中心7再通过终端汇聚节点4按洪泛方式或地理能量高效路由机制“唤醒”各子区域节点群1中处于休眠态的雨量传感节点1A和电子水位标尺2。

所述的“唤醒”，对于汇聚节点1B和电子水位标尺2来说，是将其内部的微处理器从休眠态变为工作态；对于雨量传感节点1A来说，除了将内部的微处理器从休眠态变为工作态外，还将休眠时内部被切断的信号调理电路的电源接通。

所述的洪泛方式和地理能量高效路由机制(GEAR)均为无线传感网络的路由协议：

1、洪泛方式：这种协议是一种古老的协议。它不需要维护网络的拓扑结构和路由计算，接收到消息的节点以广播形式转发数据包给所有的邻节点。对于自组织的传感器网络，洪泛式路由协议是一种较直接的实现方法，但容易带来消息的“内爆”和“重叠”，而且它没有考虑能源方面的限制，具有“资源盲点”的缺点。

2、地理能量高效路由机制(GEAR)：它利用节点的位置信息，把查询或者数据转发给需要的地域，从而缩减数据的传送范围。实际上许多传感器网络的路由协议都假设节点的位置信息为已知，所以可以方便地利用节点的位置信息将节点分为不同的域。基于域进行数据传送能缩减传送范围缓和中间节点，从而延长网络生命周期。

二、水库汛情实时监测方法

如图3，水库汛情实时监测方法包括下列步骤：

①开始a；

②侦讯节点监测降雨b；

③判断是否降雨c，是则进入步骤④，否则转跳到步骤②；

④通知汛情终端数据中心d；

⑤汛情终端数据中心发出查询任务e；

⑥唤醒各子区域所有节点及电子水位标尺f；

⑦各子区域进行雨量及水位的数据采集g，即子区域节点群1内的雨量传感节点1A和电子水位标尺2分别将采集到的雨量数据及水位数据传送至所处子区域的汇聚节点1B；

⑧各子区域向汛情终端数据中心回传雨量及水位数据h，即再按洪泛方式或地理能量高效路由机制沿着数据传输梯度的方向将数据回传至汛情终端数据中心；

⑨汛情终端数据中心处理数据及统一调控i。

本发明的工作原理是：

子区域节点群1中的雨量传感节点1A、汇聚节点1B平时都处于休眠态，电子水位标尺2常态采用定时监测传输或休眠态。当位于大坝8的汛情终端数据中心7附近的侦讯节点3探知降雨信息后，立即通知汛情终端数据中心7，汛情终端数据中心7再通过终端汇聚节点4按洪泛方式或地理能量高效路由机制(GEAR)唤醒子区域节点群1中的全部或部分雨量传感节点1A、汇聚节点1B以及电子水位标尺2。

详细地说，即终端汇聚节点4先唤醒子区域节点群1中与之邻近的汇聚节点1B，并向其传送终端数据处理机6发来的指令，再由汇聚节点1B唤醒其所处子区域节点群1中的其它雨量传感节点1A及附近河道的电子水位标尺2，同时将收到的指令转发给下一级子区域节点群边界上的汇聚节点1B，下一级子区域节点群边界上的汇聚节点1B被唤醒后再重复相同的动作，唤醒所在子区域内的所有节点以及附近河道的电子水位标尺2，……，各子区域节点群1通过位于其边界的汇聚节点1B之间的通信来实现信息的传递，这样一直将终端数据处理机6发来的查询任务指令传递到子区域节点群1，实现唤醒全部区域的所有雨量传感节点1A、汇聚节点1B以及电子水位标尺2。

然后，子区域节点群1内的雨量传感节点1A和电子水位标尺2分别将采集到的雨量数据及水位数据传送至所处子区域的汇聚节点1B，再按洪泛方式或地理能量高效路由机制(GEAR)沿着数据传输梯度的方向将数据回传至汛情终端数据中心7，即按从第1子区域节点群1.1到第n子区域节点群1.n的方向传送采集的数据，由第n子区域节点群1.n中的汇聚节点1B将整合后的数据传到终端汇聚节点4，再经RS232接口电路5输入到终端数据处理机6。结合水库实时水情状态作出优化的库容调控策略，从而达到提高水资源兴利效益的目的。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、能实时采集到水库区域的雨量、水位和径流信息，特别是对雨量的采集，更是很好地弥补了现有手段对雨量信息监测的不足。

2、在汛期只需要在汛情终端数据中心7便可全面监控整个水库区域的汛情，节省了大量的人力、物力和财力。另外根据水库流域汛期降雨量预测未来一定时段的汛情变化，并结合水库实时汛情状态作出优化库容调控的策略，从而达到提高水资源兴利效益的目的。

3、通信可靠，实时性好，射频控制灵活，特别适合通讯环境甚差的地域。当然，在有条件的地方也亦可采用GPRS公网取代数传电台进行无线传输。

4、结构简单，计量准确，微功耗，低成本。

附图说明

(下面的-代表是)

图1-本发明结构框图；

图2-本发明现场布置示意图；

图3-水库汛情实时监测流程图；

图4-汇聚节点1B的电路原理图；

图5.1-侦讯节点3的电路原理图之一；

图5.2-侦讯节点3的电路原理图之二；

图6-终端汇聚节点4的电路原理图；

图7-超大型水库汛情监测系统结构框图；

图8-超大型水库汛情监测系统现场布置示意图。

其中：

1-子区域节点群，

1.1-第1子区域节点群，1.2-第2子区域节点群；

......               1.n-第n子区域节点群，n＜500；

1A-雨量传感节点；

1B-汇聚节点，

1B.1-16位超低功耗微处理器；

1B.2-电池电量监测电路；

1B.3-无线传输模块；

2-电子水位标尺，

2.1-第1电子水位标尺，2.2-第2电子水位标尺，

......               2.m-第m电子水位标尺，m＜20；

3-侦讯节点，

3.1-雨量传感器及信号调理电路，

3.2-电源交直流变换电路，

3.3-微处理器，

3.4-DS1820数字温度计，

3.5-DS1302时钟芯片，

3.6-ADC0809A/D转换电路，

3.7-无线传输模块PTR2000；

4-终端汇聚节点；

4.1-16位超低功耗微处理器，

4.2-电池电量监测电路，

4.3-TRF6900无线传输模块，

4.4-MAX232电平转换电路，

4.5-电源交直流变换电路，

4.6-4066四双向模拟开关；

5-RS232接口电路；        6-终端数据处理机；

7-汛情终端数据中心；     8-大坝；

9-数传电台，9.1-第1数传电台，......9.x-第x数传电台；

10-终端数传电台；        11-流速仪；

12-超大型水库子区域节点群。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进一步说明：

一、对于普通中大型水库汛情监测系统，按图1、图2实施。

1、子区域节点群1

每个子区域里面分布了很多节点，节点之间无线通信。节点包括雨量传感节点1A和汇聚节点1B两种，其中雨量传感节点1A用于采集所处子区域的雨量数据(见ZL 200610019165.9)；汇聚节点1B为去掉雨量传感器和信号调理电路的雨量传感节点，用来对所处子区域中雨量传感节点1A和邻近电子水位标尺2传来的雨量和水位数据进行处理，并向下一子区域中的与之位置较近的汇聚节点1B传送处理后的水情数据。

n个子区域中的传感节点平时都保持休眠态，子区域节点群1中与终端汇聚节点4相近的汇聚节点1B来负责接收及向其它节点转发终端汇聚节点4发来的查询任务信息，并向终端汇聚节点4发送所有子区域节点群1传来的雨量和水位数据。子区域节点群1沿河道每隔一定距离就布置一个，即成无线传感雨情网络的一个子区域，一直布置到大坝8附近，用于采集和传输整个水库区域的水情信息。汇聚节点1B和某些雨量传感节点1A为精确地理位置已知的，组成子区域的边界，其它普通雨量传感节点1A可采用编号标识。

汇聚节点1B可根据情况设计为单汇聚节点方式或双汇聚节点方式。双汇聚节点方式尽管增加硬件开销，但当某一汇聚节点1B失效后，便于路由变更，增加了路由的可靠性，加之双汇聚节点1B的交替工作延长了汇聚节点1B的生存期，起到节省能耗的作用。本发明中采用双汇聚节点方式，且由于汇聚节点1B能耗大，可采用双电池组供电。

如图3，汇聚节点1B包括16位超低功耗微处理器1B.1，电池电量监测电路1B.2和TRF6900无线传输模块1B.3。电池电量监测电路1B.2与16位超低功耗微处理器1B.1的NMI口相连，TRF6900无线传输模块1B.3的数据端与16位超低功耗微处理器1B.1的串口及I/O口相连。

其工作原理是：

TRF6900无线传输模块1B.3先接收邻近雨量传感节点1A和电子水位标尺2传来的雨量和水位数据，并传送给16位超低功耗微处理器1B.1，16位超低功耗微处理器1B.1对传来的数据进行处理后，再将处理后的数据发至TRF6900无线传输模块1B.3，由TRF6900无线传输模块1B.3发送给下一个邻近汇聚节点1B。电池电量监测电路1B.2负责监测电池组的电量。

2、电子水位标尺2

一般来说，电子水位标尺2并不需要在无线传感网络各个子区域节点群附近都布置一根，故电子水位标尺2的总数m实际上应该小于子区域节点群的个数n。通常，电子水位标尺2在河道沿途子区域节点群1的起始处、河流入库口、大坝8附近都要放置，另外，在河道沿途某些子区域节点群1的附近视情况也要视情况放置。电子水位标尺2放置的位置与其邻近的子区域节点群1中的汇聚节点1B的位置尽量靠近，以便两者无线通信。电子水位标尺2常态可采用定时监测传输或休眠态。

电子水位标尺2与其各自邻近的子区域节点群1中的汇聚节点1B无线通信.电子水位标尺2接收来自邻近的子区域节点群中1的汇聚节点1B发来的查询任务信息，并向邻近的子区域节点群1中的汇聚节点1B发送采集到的水位数据.

3、侦讯节点3

如图5.1、图5.2，侦讯节点3包括雨量传感器及信号调理电路3.1，电源交直流变换电路3.2，微处理器3.3，DS1820数字温度计3.4，DS1302时钟芯片3.5，ADC0809A/D转换电路3.6，无线传输模块PTR20003.7；

电源交直流变换电路3.2与其它各部分的电源端相连，提供所需的工作电压；微处理器3.3分别与DS1820数字温度计3.4、DS1302时钟芯片3.5、ADC0809A/D转换电路3.6及无线传输模块PTR20003.7连接。

详细地说，侦讯节点3外接交流电源，经电源交直流变换电路3.2后为其它各部分提供所需的工作电压，DS1820数字温度计3.4的输出端与微处理器3.3的I/O口相连，DS1302时钟芯片3.5的数据端与微处理器3.3的I/O口相连，无线传输模块PTR20003.7的数据端与微处理器3.3的串口及I/O口相连，ADC0809A/D转换电路3.6的数字输出端与微处理器3.3的8位数据口相连。

其工作原理是：

雨量传感器及信号调理电路3.1将监测到的降雨信号进行处理后经ADC0809A/D转换电路3.6转化成数字信号，再送至微处理器3.3，DS1820数字温度计3.4将采集到的周围环境温度送至微处理器3.3，DS1302时钟芯片3.5为微处理器3.3提供时间，微处理器3.3将收到的降雨、温度和时间信息通过无线传输模块PTR20003.7传送至终端汇聚节点4。

4、终端汇聚节点4

如图6，终端汇聚节点4位于汛情终端数据中心7，包括16位超低功耗微处理器4.1，电池电量监测电路4.2，TRF6900无线传输模块4.3，MAX232电平转换电路4.4，电源交直流变换电路4.5，4066四双向模拟开关4.6；

16位超低功耗微处理器4.1分别与电池电量监测电路4.2，TRF6900无线传输模块4.3，MAX232电平转换电路4.4，4066四双向模拟开关4.6连接；电源交直流变换电路4.5与其它各部分的电源端相连，提供稳恒的工作电压。

详细地说，电池电量监测电路4.2与16位超低功耗微处理器4.1的NMI口相连，TRF6900无线传输模块4.3的数据端与4066四双向模拟开关4.6的输出及16位超低功耗微处理器4.1的I/O口相连，MAX232电平转换电路4.4与4066四双向模拟开关4.6的输出相连，且收、发保持一致，4066四双向模拟开关4.6的输入接16位超低功耗微处理器4.1的串口及I/O口，由16位超低功耗微处理器4.1控制4066四双向模拟开关4.6的通断，从而选择是TRF6900无线传输模块4.3还是MAX232电平转换电路4.4与16位超低功耗微处理器4.1的串口相连；电源交直流变换电路4.5为其它模块提供稳恒的工作电压。

其本工作原理是：

终端汇聚节点4接收数据时，16位超低功耗微处理器4.1通过4066四双向模拟开关4.6选择先与TRF6900无线传输模块4.3连接，与MAX232电平转换电路4.4断开，接收TRF6900无线传输模块4.3传来的雨量及水位数据，然后再通过4066四双向模拟开关4.6选择与TRF6900无线传输模块4.3断开，与MAX232电平转换电路4.4连接，将雨量及水位数据经MAX232电平转换电路4.4送至终端数据处理机6。

终端汇聚节点4发送数据时，16位超低功耗微处理器4.1通过4066四双向模拟开关4.6选择先与TRF6900无线传输模块4.3断开，与MAX232电平转换电路4.4连接，接收终端数据处理机6发来的任务信息，然后再通过4066四双向模拟开关4.6选择与TRF6900无线传输模块4.3连接，与MAX232电平转换电路4.4断开，将终端数据处理机6发来的任务信息经TRF6900无线传输模块4.3发送至邻近子区域节点群1中的汇聚节点1B.

5、RS232接口电路5

RS232接口电路5由串口线连接，置于汛情终端数据中心7。

6、终端数据处理机6

终端数据处理机6采用普通或更高性能的PC，置于汛情终端数据中心7。

二、对于超大型水库汛情监测系统，按图7、图8实施。

超大型水库上游主河道长度通常大于数十公里，河道较深、水面较宽、特别是汛期流态环境复杂多变，其水库汛情监测系统无线传感网络布置方案相对普通水库的来说要稍做改变，通常需考虑采用数传电台(在有条件的地方亦可通过GPRS公网)通信。

在远离大坝8的上游河道区域，以数传电台为基站、结合传感节点1A、汇聚节点1B和电子水位标尺2组网。由于距离汛情终端数据中心7很远，故可考虑在每相邻6～10个节点群之间放置一个数传电台9，由数传电台9接收来自邻近汇聚节点1B传来的雨量和水位数据，再由数传电9台依次接力传输，将雨量和水位数据传回汛情终端数据中心7。

在距离大坝8较近的河道区域，可按图1、图2方案(即中大型水库监测系统的实施方案)布置无线传感网络系统，特别是入库口河面径流变化复杂的流态环境可采用声学多普勒流速仪(ADCP)11采集、监测径流信息，并直接通过配置的数传电台9将径流数据信息发送至汛情终端数据中心7。在库区水中央的岛屿上亦可置放电子水位标尺2和雨量传感节点1A，布置成一个子区域，利用数传电台9与汛情终端数据中心7进行通信，用于弥补库区水面区域汛情信息的采集。

总之，超大型水库汛情监测系统是在上述的本发明的基本方案(适用于普通中、大型水库)中，用超大型水库的子区域节点群12取代原子区域节点群1，用终端数传电台10取代原终端汇聚节点4，添加流速仪11；

所述的超大型水库的子区域节点群12包括子区域节点群1和数传电台9，在河道区的每6～10个子区域节点群1之间设置有一台数传电台9，并通过数传电台9无线连通；终端数传电台10分别与超大型水库的子区域节点群12、侦讯节点3、流速仪11和RS232接口电路无线连通。

1、设置于河道的子区域节点群1

在远离大坝8的上游主河道沿途每隔若干距离就布置一个子区域节点群1，从第一个河道开始，一直到河流入库口附近，用于采集和传输上游主河道区域的雨量信息。每个子区域节点群1里面包含1汇聚节点1B和若干雨量传感节点1A。在每6～10个相邻子区域节点群1中放置一个数传电台9，此范围内各河道的子区域节点群1所采集到的雨量及水位数据经各自区域内的汇聚节点1B整理后接力传送至该数传电台9。

设置于河道的子区域节点群1平时都保持休眠状态，在汛期由汛情终端数据中心7通过数传电台9发布查询任务信息，唤醒设置于河道的子区域节点群1的汇聚节点1B，并由汇聚节点1B向其所处子区域中的其它雨量传感节点1A发布周期侦听接力和休眠的指令，即使设置于河道的子区域节点群1中随时保持各有一个雨量传感节点1A处于侦听状态，而其它雨量传感节点1A处于休眠状态，各雨量传感节点1A按次序定时轮换进入侦听状态.处于侦听状态的节点用来监测设置于河道的子区域节点群1区域中的实时降雨情况，发现降雨则立即唤醒其所处节点群区域中其它处于休眠状态的雨量传感节点1A，使所有雨量传感节点1A都工作起来.

设置于河道的子区域节点群1中的汇聚节点1B将各自区域内的雨量传感节点1A传来的雨量数据和与之邻近的电子水位标尺2发来的水位数据处理后，再把处理后的雨量数据和水位数据发送给邻近的数传电台9，再由数传电台9按9.1到9.x的方向依次相传，接力传送回汛情终端数据中心7。

2、电子水位标尺2

电子水位标尺2的布置与普通中大型水库监测系统中的布置方案保持一致，也是电子水位标尺2与邻近子区域节点群1的汇聚节点1B保持较近的距离，两者之间无线通信，电子水位标尺2接收来自邻近子区域节点群1中的汇聚节点1B发来的查询任务信息，并向邻近子区域节点群1的汇聚节点1B发送实时水位信息。

3、数传电台9

在远离大坝8的上游主河道沿途，于每6～10个子区域节点群1之间放置一个数传电台9；另外在库区水中央的岛屿上所布置的子区域节点群1中也放置一个数传电台9。数传电台9.1～9.x与各自邻近设置于河道的子区域节点群1的汇聚节点1B无线通信，且数传电台9.1～9.x两两相邻互通，数传电台9.x与终端数传电台10无线通信。

在汛期，终端数传电台10向数传电台9发布指示设置于河道的子区域节点群1中雨量传感节点1A周期侦听接力和休眠的任务。数传电台9.x收到任务信息后，唤醒其设置于河道的子区域节点群1中的汇聚节点1B，并由汇聚节点1B向各自河道设置于河道的子区域节点群1中的雨量传感节点1A发布周期侦听接力和休眠的任务，同时数传电台9.x向下一级数传电台转发来自终端数传电台10的任务消息，下一级数传电台再重复9.x相同的动作，…，这样终端数传电台10发布的任务被一直接力传输下去，直到数传电台9.1也接收到终端数传电台10发布的任务消息。

在数传电台9接收到来自设置于河道的子区域节点群1中汇聚节点1B发来的雨量和水位数据后，按9.1到9.x的传输方向，向汛情终端数据中心7回传数据信息，最后经数传电台9.x传至终端数传电台10，然后通过RS232接口电路5输入到终端数据处理机6进行处理。

4、设置于坝区的子区域节点群1

设置于坝区的子区域节点群1的布置方案与普通中大型水库监测系统中在坝区的布置方案保持一致，坝区周围的电子水位标尺2将水位数据传送给各自邻近设置于大坝8的子区域节点群1的汇聚节点1B，汇聚节点1B再将水位数据和雨量传感节点1A传来的雨量数据沿着数据传输梯度的方向回传至汛情终端数据中心7，即最后经设置于大坝8附近的子区域节点群1中的汇聚节点1B将水位和雨量数据发送到终端数传电台10。

5、流速仪11

流速仪10选用ADCP流速仪，ADCP流速仪即一种声学多普勒流速剖面仪，通常放于船上，船上同时搭载数传电台9，直接将测得的径流数据信息发送至汛情终端数据中心7的终端数传电台10。测量船通常置于河流入库口附近水域。

6、终端数传电台10

终端数传电台10置于汛情终端数据中心7，负责接收来自流速仪11、侦讯节点3、第n子区域节点群1.n中的汇聚节点1B、以及远离大坝8的设置于河道的第x数传电台9.x发来的雨情及水情信息，并向设置于坝区的子区域节点群1中的汇聚节点1B、以及第x数传电台9.x发布查询任务信息。

Claims (6)

1.一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统，包括子区域节点群(1)，电子水位标尺(2)，RS232接口电路(5)和终端数据处理机(6)；其特征在于：

还包括侦讯节点(3)和终端汇聚节点(4)；

子区域节点群(1)和电子水位标尺(2)无线连通；子区域节点群(1)、终端汇聚节点(4)、RS232接口电路(5)和终端数据处理机(6)依次连通；侦讯节点(3)和终端汇聚节点(4)无线连通；

子区域节点群(1)内的雨量传感节点(1A)和电子水位标尺(2)分别将采集到的雨量数据及水位数据传送至所处子区域的汇聚节点(1B)，再按洪泛方式或地理能量高效路由机制沿着数据传输梯度的方向将数据回传至置于汛情终端数据中心(7)的终端汇聚节点(4)，经终端数据处理机(6)处理实时得到水库汛情；

所述的子区域节点群(1)，即无线传感水情网络的n个子区域，在每个子区域中分别包括雨量传感节点(1A)和汇聚节点(1B)，用于采集和传输整个水库区域的水情信息；

所述的电子水位标尺(2)，在无线传感网络子区域节点群(1)附近布置，用于采集河道及坝区的水位信息；

所述的侦讯节点(3)置于汛情终端数据中心(7)附近，用于全天候监测降雨信息；

所述的终端汇聚节点(4)位于汛情终端数据中心(7)，与子区域节点群(1)中与之邻近的汇聚节点(1B)和侦讯节点(3)无线通信；在侦讯节点(3)探知降雨信息后，立即通过终端汇聚节点(4)告知汛情终端数据中心(7)，汛情终端数据中心(7)再通过终端汇聚节点(4)按洪泛方式或地理能量高效路由机制唤醒各子区域节点群(1)中处于休眠态的雨量传感节点(1A)、汇聚节点(1B)和电子水位标尺(2)。

2.按权利要求1所述的一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统，其特征在于：

汇聚节点(1B)为双汇聚节点方式，每个汇聚节点(1B)包括16位超低功耗微处理器(1B.1)，电池电量监测电路(1B.2)和TRF6900无线传输模块(1B.3)；电池电量监测电路(1B.2)与16位超低功耗微处理器(1B.1)的NMI口相连，TRF6900无线传输模块(1B.3)的数据端与16位超低功耗微处理器(1B.1)的串口及I/O口相连。

3.按权利要求1所述的一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统，其特征在于：

侦讯节点(3)包括雨量传感器及信号调理电路(3.1)，电源交直流变换电路(3.2)，微处理器(3.3)，DS1820数字温度计(3.4)，DS1302时钟芯片(3.5)，ADC0809A/D转换电路(3.6)，无线传输模块PTR2000(3.7)；

微处理器(3.3)分别与DS1820数字温度计(3.4)、DS1302时钟芯片(3.5)、ADC0809A/D转换电路(3.6)及无线传输模块PTR2000(3.7)连接；电源交直流变换电路(3.2)与其它各部分的电源端相连，提供所需的工作电压。

4.按权利要求1所述的一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统，其特征在于：

终端汇聚节点(4)包括16位超低功耗微处理器(4.1)，电池电量监测电路(4.2)，TRF6900无线传输模块(4.3)，MAX232电平转换电路(4.4)，电源交直流变换电路(4.5)，4066四双向模拟开关(4.6)；

16位超低功耗微处理器(4.1)分别与电池电量监测电路(4.2)，TRF6900无线传输模块(4.3)，MAX232电平转换电路(4.4)，4066四双向模拟开关(4.6)连接；电源交直流变换电路(4.5)与其它各部分的电源端相连，提供稳恒的工作电压。

5.按权利要求1所述的一种基于无线传感网络的水库汛情实时监测系统，其特征在于：

用超大型水库的子区域节点群(12)取代原子区域节点群(1)，用终端数传电台(10)取代原终端汇聚节点(4)，添加流速仪(11)；

所述的超大型水库的子区域节点群(12)包括子区域节点群(1)和数传电台(9)，在远离坝区的河道沿途每6～10个子区域节点群(1)之间设置有一台数传电台(9)，并通过数传电台(9)无线连通；终端数传电台(10)分别与超大型水库的子区域节点群(12)、侦讯节点(3)、流速仪(11)无线连通，并通过RS232接口电路(5)与终端数据处理机(6)连通。

6.按权利要求1所述系统的水库汛情实时监测方法，其特征在于包括下列步骤：

①开始(a)；

②侦讯节点监测降雨(b)；

③判断是否降雨(c)，是则进入步骤④，否则转跳到步骤②；

④通知汛情终端数据中心(d)；

⑤汛情终端数据中心发出查询任务(e)；

⑥唤醒各子区域所有节点及电子水位标尺(f)；

⑦各子区域进行雨量及水位的数据采集(g)，即子区域节点群(1)内的雨量传感节点(1A)和电子水位标尺(2)分别将采集到的雨量数据及水位数据传送至所处子区域的汇聚节点(1B)；

⑧各子区域向汛情终端数据中心回传雨量及水位数据(h)，即再按洪泛方式或地理能量高效路由机制沿着数据传输梯度的方向将数据回传至汛情终端数据中心；

⑨汛情终端数据中心处理数据及统一调控(i)。

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