CN102186186B - 基础设施的无线传感网络监测方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型基础设施监控领域，公开了一种基础设施的无线传感网络监测方法以及系统。系统包括：至少两个无线传感支点、与所述各支点无线连接的网关、以及与所述网关互联网连接的服务器终端；其中，各无线传感支点分别设置在待检测的各基础设施侧；各无线传感支点包括：探测模块、模数转换器、高频收发模块。高频收发模块包括：处理模块、封装模块、存储模块、通信接口，处理模块查询存储模块，本无线传感支点到网关需要经过无线中继支点；封装模块将状态数字数据封装成数据信号，其中，当无线传感支点到网关需要经过无线中继支点时，还将需经过的下一无线中继支点的标识封装到数据信号中；通信接口无线收发信号；网关将数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库；否则，丢弃数据信号。

Description

基础设施的无线传感网络监测方法以及系统

技术领域

本发明涉及大型基础设施监控领域，尤其涉及一种基础设施的无线传感网络监测方法以及系统。

背景技术

目前，在对大型基础设施的监测方面应用的方法主要有三类：人工监测、有线监测、无线监测。

无论西方还是我国，大型基础设施的监测方法基本一直沿用依靠大规模的人力测量完成。这样不仅耗费巨大，精度较低，更重要的是失去了对系统数据的全天候分析，进而导致对突发情况的反应、处理以及预警能力大大下降。对于不易进入的永久性使用设施，如地下埋藏的管道和极为繁忙的地下铁，产生的影响就更为严重。

而现有的有线网络监测系统多是由众多有线机站配合一定量有线或无线传感设备构成。这不仅需要铺设大量的长距离线路以保障电源与信号的传递，进而大大增加了整套系统的成本；另外有线网络监测系统无形中增添了高强度的后期维护费用，直接或间接地影响到了人员的作业效率；而且，潜在地，对这些基础设施本身建筑结构上也造成了不必要的损坏，从而增添了额外的安全隐患。诸多以上原因导致了有线传感装置不可能大面积、大密度安装，进而漏报、误报现象严重。

而刚刚出现的无线监测方式(相对有线监测方法)，有两种可能：一种是，实现了无线的通讯但因无法解决高能耗问题，所以仍然需要电源线路；另一种是，从有线到整体无线的系统，却产生了以下的几点关键问题：

1、传输频率的单一性，以至于无法克服多路径现象(multi-path)所常常带来的信号强弱不确定性(即同一无线信号在可视路径上的直接信号传递与其他反射、衍射的相互叠加<从而信号变强>或抵消<从而信号变弱，在周围噪音复杂的环境中，失去良好的信息通讯>)。其主要原因在于变频、调频技术对于硬件的需求过高，耗能过大，对于系统的整体协调性过强，而在电池能量极其有限的情况下，更使得这一技术难以实现；

2、信号采集频率不适(过快或过慢)，至今没有一个系统或方法叙述了对于大型基础设施的信号采集速率，从而导致，不科学的无线系统协议，进而使整个系统的能耗均衡性无法控制。(即信号采集速率或过快或过慢)。这主要是因为传统基础设施的监测常采用埋藏式，即建筑过程中与混凝土一次性埋设，使用性差、维护难，所以至今低于这一领域的监测与预警并没有他多的科学性要求；

3、没有一个系统对于无线监测网络所在的环境进行深入探究，即建筑用料、横截面尺寸、建筑物形状以及特殊安装环境对于传感网络布局的所带来的影响，如线状结构。使得具体系统因安装因素考虑的缺乏性，大大降低了原有系统实现其应有功能的可靠性。主要原因是从无线传感技术的角度缺乏对于土木工程等建筑学科的连接。

4、对于无线监测网络的安全性，没有考虑。

5、单个支点能耗大，主要原因有二：

A、现有设计以有线为主，那么对于能耗设计方面并不注重；

B、同时又缺乏相对应的分析方法，如对于支点不同模态(休眠、启动、运行、发射、信息处理模态)的能耗分析，不同无线发射功率时的能耗需求等等，导致单个支点寿命的不确定性，进而失去了对于单个支点的智能优化的先决条件。

6、缺乏庞大的网络优化，进而系统寿命的不确定性。除了本发明外，并没有一个实质性的方案或商业化产品对于大型(数量超过50个支点)的无线传感网络系统进行过设计、开发、应用。

7、在单个传感支点之上的数据信号处理缺乏设计，使得冗繁信息重复发射，单个支点的能量有效使用率极低。

8、不具有大型基础设监测中所需要的无线超高精度传感器，进而大量数据的不可靠性使得相应的基础设施预警的敏感性和即时性大大减低。

9、现有系统数据缺乏可视性，无法让人们直观的感受和理解到基础设施的微小变化的严重性。

10、除了以上9点所导致的不可靠性以及整体所存在的不可靠性，导致这一系统、方法无法适用于工业级生产的需要。

发明内容

本发明实施第一目的在于提供一种：基础设施的无线传感网络监测方法，采用该技术方案，采用该技术有利于使得无线网络系统能耗低。

本发明实施第二目的在于提供一种：基础设施的无线传感网络监测系统，采用该技术方案，采用该技术有利于使得无线网络系统能耗低。

本发明实施例提供的一种基础设施的无线传感网络监测方法，包括：

无线传感支点周期性监测获取基础设施的状态参数，

所述无线传感支点根据本无线传感支点到网关的路由信息，确定本无线传感支点到网关是否需要经过无线中继支点，如果无需经过无线中继支点，则：

将所述状态参数封装为数据信号，在所述数据信号中包含本无线传感支点的标识作为发送支点标识，无线发送所述数据信号，

如果需经过无线中继支点，则：

将所述状态参数封装为数据信号，在所述数据信号中包含发送支点标识、以及下一无线中继支点的标识，无线发送所述数据信号，

所述无线中继支点接收数据信号，判定接收的数据信号中是否包含有本无线中继支点的标识，如果是，则将所述数据信号无线转发至网关；否则，则丢弃所述数据信号；

所述网关接收数据信号，判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关中，如果是，则将所述数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库；否则，丢弃所述数据信号。

可选地，所述在所述数据信号中包含所述发送支点的标识，具体是：

将所述发送支点的标识存储在所述数据信号中的文件头字段中；

所述在所述数据信号中包含下一无线中继支点的标识，具体是：

将所述下一无线中继支点的标识添加到所述数据信号中的文件头字段中。

可选地，所述无线传感支点在非预警常态下：以周期大于1分钟小于或等于1小时的周期，监测获取所述基础设施的状态参数。

可选地，所述基础设施的状态参数包括：所述基础设施的温度、湿度、倾斜度、位移量。

可选地，所述无线传感支点无线发送所述数据信号之前，还包括：

将本无线传感支点当前的功耗信息包含在所述数据信号中。

可选地，在步骤：将所述数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库之后，还包括：

所述服务器终端定时查询分析所述数据库，当任一基础设施最新的状态参数值超出预定的极限时，则：

所述服务器终端向用户发送预警信号，并且向所述基础设施端的无线传感支点返回调频控制信号，

所述基础设施端的无线传感支点根据所述调频控制信号，提高对所述基础设施监测的频率。

可选地，当任一基础设施最新的状态参数值未超出预定的极限时，则进一步判定所述基础设施当前的状态参数相对于上一周期的状态参数的差距是否超过预定的差距极限，如果是，则：

所述服务器终端向用户发送预警信号，并且向所述基础设施端的无线传感支点返回调频控制信号，

所述基础设施端的无线传感支点根据所述调频控制信号，提高对所述基础设施监测的频率。

可选地，当所述基础设施当前的状态参数相对于上一周期的状态参数的差距未超过预定的差距极限，则进一步判定本基础设施的状态参数的累计平均值与本基础设施的状态参数初始值的差额是否高于预定的警戒极限，如果是，则

所述服务器终端将预警等级下降一级，累计计数器清零。

可选地，无线传感支点周期性监测获取基础设施的状态参数，具体包括：

无线传感支点实时探测基础设施的状态，获取模拟探测信号；

将所述模拟探测信号转换成状态数字数据，

将所述状态参数封装为数据信号，具体是：

将所述状态数字数据封装成所述数据信号。

可选地，所述任一支点的标识具体为本支点中的射频芯片的芯片标识，其中所述支点为所述无线传感支点、或者所述无线中继支点。

本发明实施例提供的一种基础设施的无线传感网络监测系统，包括：至少两个无线传感支点、与所述各支点无线连接的网关、以及与所述网关互联网连接的服务器终端；

其中，所述各无线传感支点分别设置在待检测的各基础设施侧，各无线传感支点之间无线网络连接；

所述各无线传感支点包括：

探测模块、模数转换器、高频收发模块；

其中，所述探测器，用于按照预定的频率探测基础设施的状态，获取模拟探测信号；

所述模数转换器，与所述探测器电连接，用于将所述模拟探测信号模数转换成状态数字数据；

所述高频收发模块包括：处理模块、封装模块、存储模块、通信接口，

所述存储模块中存储有本无线传感支点到网关的路由信息；

所述处理模块，与所述存储模块电连接，用于查询所述存储模块，确定本无线传感支点到网关需要经过无线中继支点；

所述封装子模块与所述处理模块电连接，用于查询所述存储模块本无线传感支点到网关是否需要经过无线中继支点；

所述封装模块与所述处理模块电连接，用于将所述状态数字数据封装成数据信号，在所述数据信号中包含本无线传感支点的标识，其中，

当所述处理模块判定本无线传感支点到所述网关需要经过无线中继支点时，还在所述数据信号中包含所述需经过的下一无线中继支点的标识，其中所述无线中继支点为本系统中任一其他的无线传感支点；

所述通信接口，与所述封装模块电连接，用于无线收发信号；

所述网关，用于接收数据信号，判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关中，如果是，则将所述数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库；否则，丢弃所述数据信号。

可选地，所述网关：包括高频收发模块、处理器，

其中，所述网关高频收发模块包括：收发接口、存储模块、处理模块，

所述收发接口，用于无线收发信号；

所述存储模块，存储有本系统的所有支点的标识；

所述处理模块，用于判定所述存储模块中是否存储有当前数据信号中的发送支点的标识，如果是，则将所述数据信号转发处理器；否则，丢弃所述数据信号；

所述处理模块，用于将所述数据信号中的状态参数添加到所述服务器终端的数据库。

可选地，在所述探测器的基板电路模块外封装有金属屏蔽材料；和/或，

在所述无线传感支点整体被包裹在一金属壳内。

由上可见，应用本发明实施例的技术方案，由上可见，由于在本实施例中，在各基础设施端设置无线传感支点，各基础设施的无线传感支点均可以成为其他支点到网关的中继路由支点，通过各支点间的通信协助，组成在能耗交底的网络系统中实现了各个远近支点间的数据通讯。使整个网络系统能耗低、可靠性高、使用寿命高。相对于现有技术，避免了因单一支点受损而导致的整体网络瘫痪问题。

另外，在服务器终端侧存储有各基础设施在任何时刻的状态参数，可以对这些基础设施进行系统的协同数据分析，使得误报机率最低化，进一步促成了“联合”预警，增强了整个系统的决策性能。

另外，在本实施例中，具体选用各支点中的射频芯片的芯片标识作为本支点的标识，而不需自编标识，其中该支点既可以为无线传感支点、也可以为无线中继支点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例1提供的一种基础设施的无线传感网络监测方法流程示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种根据数据库信息进行基础设施监测分析方法流程示意图；

图3为本发明实施例2提供的一种根据数据库信息进行基础设施监测系统的结构示意框图；

图4为本发明实施例2提供的系统中的无线传感支点301的结构示意框图；

图5为本发明实施例2提供的系统中的网关302的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

图1为本实施例提供的一种基础设施的无线传感网络监测方法流程示意图，参见图1所示，本流程主要包括以下步骤：

步骤101：无线传感支点周期性监测获取基础设施的状态参数。

由于公共工程(桥梁、水坝、电站等大型建筑)、地下工程(地下洞库、地铁隧道、铁路隧道、矿井等)、管道工程(石油、天然气、自来水管道等)等基础设施与社会的公共安全、利益密切相关，故需要对其进行高可靠性的监测。以便于人们根据监测结果分析这些基础设施的可能出现的形变、裂缝、塌方等危险情况的监控与预警。

在本实施例方案中，可以在各需要被监测的各基础设施侧，分别固定一个无线传感支点，由各无线传感支点按照预定的周期监测该基础设施当前的状态参数。

无线传感支点在基础设施上的安装位置及类型的选取是按照基础设施建设及维护方面的专家的建议进行选择的，比如，在某座大桥的桥墩上出现一条裂纹，桥梁专家建议监测该裂纹今后的变化情况，那么，我们可以在该裂纹上方安装一个位移传感器，用来实时监测该裂纹今后的变化情况。

无线传感支点中的传感器可以根据要探测的状态参数类型而确定，比如可以但不限于为倾斜角传感器、位移传感器等。

其中的该基础设施状态参数可以但不限于包括：基础设施的温度、湿度、倾斜度、位移量等状态表征值。

在本实施例中，对基础设施的检测频率可以但不限于根据该基础设施的状态确定，比如：

如果当前基础设施处于安全常态时，此时在相当长一段时间内，基础设施的状态参数变化微小，此时可以采用长期监测频率对该基础设施进行监测，该监测频率可以为若干分钟监测一次甚至若干小时监测一次，这意味着略微的信息传输的延时得到允许，经过本发明人的测试，其数据信号传输可靠性达到99.9999％。

如果当前的基础设施处于预警等异常状态时，则可以由控制端发送控制信号至该基础设施侧的无线传感支点，调整该无线传感支点的监测频率，使其以较高的频率对该基础设施进行监测，比如1000Hz至1Hz内的监测速率。

由于基础设施在相当长的时段内处于安全常态，故采用上述的优选方案，既可以保证在常态下各无线传感支点的功耗较低，具有较长的使用寿命，还有利于保证数据信号传输的传输可靠性。而在该基础设施当前处于异常状态时，此时该基础设施的状态变化会较快，故将监测频率调整为较高的频率，保证监测的及时性，便于监控端实时了解该基础设施的实际变化状况。

步骤102：无线传感支点根据本无线传感支点到网关的路由信息，判定本无线传感支点到网关是否需要经过无线中继支点，如果是，则执行步骤103；否则执行步骤108。

在组网时，在各无线传感支点处存储有本无线传感支点到网管的路由信息，即本无线传感支点的网络信号传输到网关需经的路径信息。

无线传感支点根据该路由信息，确定本无线传感支点到网关是否需要经过其他支点的中转，即需要经过无线中继支点。如果是，则执行步骤103；否则，跳转至步骤108。

步骤103：无线传感支点将当前的状态参数封装为数据信号，在当前数据信号中包含发送支点的标识、以及下一无线中继支点的标识，无线发送该数据信号。

无线传感支点按照预定的数据封装格式，对当前状态参数的数据信息进行数据加密封装打包成数据信号，在进行数据打包时，将本无线传感支点的标识(即信息发送支点的标识)、以及需经过的下一无线中继支点的标识均包含在该数据信号中。

在本实施例中，可以但不限于将这本无线传感支点的标识、以及需经过的下一无线中继支点的标识，存放在该数据信号中的文件头字段中，以便在任一中继支点或网关在收到该数据信号时，无需解密数据即可在文件头字段中读取到这些信息，具体产生的有益效果在后续介绍。

另外，从无线网络的安全性的角度还可以但不限于采用高级加密标准(Advanced Encryption Standard，简称AES)数据加密，并将加密后的信息无线发送出去。

另外，在进行数据发送时，可以但不限于将2405MHz至2480MHz带宽，分为16个频段，实现多路径效应影响下的变频技术。

步骤104：无线中继支点接收数据信号。

以数据信号的传输路径为顺序对本实施例方案进行描述，当该无线传感支点到网关需要经过无线中继支点中转时，则在无线中继支点侧，以一无线中继支点为例，该无线中继支点接收数据信号，执行步骤105。

步骤105：无线中继支点判定当前接收的数据信号中是否包含有本无线中继支点的标识，如果是，则执行步骤107；否则执行步骤106。

该无线中继支点接收数据信号后，无线中继支点判定数据信号中是否有本无线中继支点的标识，如果是，则认为当前数据信号为发送到本端的有效信号，执行步骤107；否则，认为该数据信号为无效信号，执行步骤106。

在本实施例中，如果通信协议规定，在步骤103中，将无线传感支点的标识、以及需经过的下一无线中继支点的标识存放在该数据信号的文件头中，则在本步骤时，可以由无线中继支点的射频模块在收到数据后，直接在数据信号的文件头中直接读取支点的标识，根据这些标识查询本无线中继支点存储器，而确定在该数据信号中是否包含有本无线中继支点的标识，而不需交由数据解密模块对该数据信息进行解密解析，有利于节省支点的功耗。

步骤106：无线中继支点丢弃该数据信号，不对数据信号进行处理，返回。

如果在步骤105中，该无线中继支点认为当前的数据信号不为本支点的有效信号时，则不对该数据信号进行任何的处理而直接丢弃该数据信号，返回步骤105，继续进行数据接收。

步骤107：无线中继支点将该数据信号无线转发至网关，跳转执行步骤109。

如果在步骤105中，该无线中继支点认为当前的数据信号为本支点的有效信号时，可以但不限于按照现有技术将该数据信号转发至网关。

在无线中继支点对数据信号进行中继转发的过程中，可以但不限于按照以下方式进行：

在本无线中继支点中查询本支点到网关的路由信息，按照该路由信息，确定是将该数据信息转发至下一无线中继支点进行转发，还是直接无线发送出去给网关。具体可以参考无线传感支点对数据信号的路由发送的描述。

步骤108：无线传感支点将该状态参数封装为数据信号，并且在该数据信号中包含本无线传感支点的标识作为发送支点标识，无线发送该数据信号。

在步骤102中，如果根据无线传感支点端存储的本无线传感支点到网关的路由信息，确定该无线传感器不需经过任何的无线中继支点而向网关发送数据信号时，执行本步骤：

无线传感支点按照预定的封装协议进行数据加密打包，在打包的过程中，在该数据信号中包含本无线传感支点的标识作为发送支点标识，然后无线发送该数据信号。

在进行数据打包的过程中，可以但不限于如步骤103同理，将该发送支点的标识添加到该数据信号的文件头中，该优选方案带来的进一步有益效果可以参见步骤103、105中的记载。

步骤109：网关接收数据信号。

在网关侧，网关可以但不限于按照目前的无线通信协议，网关主动抓取接收数据信号。

步骤110：网关判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关中，如果是，则执行步骤111；否则执行步骤112。

在本实施例的网关侧存储有本无线网络系统中的各无线传感支点的标识，如果是，则

网关接收数据信号后，网关判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关中，如果是，则网关判定当前的数据信号为本网关的有效信号，执行步骤111；否则，认为该数据信号为本网关的无效信号，执行步骤112.

当步骤103中进行数据打包时，将发送支点的标识存储在该数据信号的文件头中，则可以直接读取数据信号中的文件头获得发送支点标识，而不需解密其中的数据，进一步有利于节省网关的功耗。

步骤111：网关读取数据信号中封装的基础设施的状态参数，将该基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库。

当在步骤110中，该网关认为该数据信号为本网关的有效信号时，则执行本步骤：

网关解密该数据信号，获取其中包含的基础设施的状态参数，然后将其中的状态参数添加到服务器终端的数据库中，使得在该数据库中存储有本网络被监测的所有基础设施在各时刻的状态参数信息，以便监控端可以根据该数据库进行数据库分析进行监测。

步骤112：网关丢弃当前的数据信号，不对数据信号进行处理，返回。

当在步骤110中，该网关认为该数据信号为本网关的无效信号时，则执行本步骤：

网关不对该数据信号继续处理，而直接丢弃当前的数据信号。

需要说明的是，在本实施例中的无线中继支点、无线传感支点具体为根据该支点在当前的数据传输中的位置进行命名。而在实际中，各无线中继支点对于本支点端的基础设施监测，其实际为无线传感支点，而无线传感支点相对于其他的支点，其还可以为其他支点到网管的中继路由支点。

在本实施例方案中，控制协议包含智能无线传感支点控制协议、智能无线传感继电点控制协议、智能无线传感网络控制协议、智能无线传感终端控制协议。作为整个网络完成正常的智能支点与智能终端之间，智能支点与支点之间，完成通畅信息和指令的联通。

各传感支点除了其自身的物理测量、无线发出作业外，同时需要负责接收并转发临近支点的信息。这个过程中，协议以系统中每个支点通讯的可靠性、系统整体能耗平衡性和工作寿命、安装成本等要素为组网准则，实现自行组网，完成网络构造。并同时带有智能的机动性，以实现网络系统的自我诊断与不断更新、调整，以及整个网络系统的实时优化。控制变频部件，并协调各支点之间的协同变频；同时对于新的传感支点自动识别、入网；以及对整个传感网络系统的能量优化。同时，对于组网结构，该协议针对性地进行了，网状网络、树状网络以及星状网络的自动可选功能，增加了该协议的对于不同安装环境的适应性。网络最大可容纳无线传感支点数量可达到250个以上。

由上可见，由于在本实施例中，在各基础设施端设置无线传感支点，各基础设施的无线传感支点均可以成为其他支点到网关的中继路由支点，通过各支点间的通信协助，组成在能耗交底的网络系统中实现了各个远近支点间的数据通讯。使整个网络系统能耗低、可靠性高、使用寿命高。相对于现有技术，避免了因单一支点受损而导致的整体网络瘫痪问题。

经过发明人在本发明研究过程中的试验监测，本系统网络在正常运作状态的总耗电量小于20毫安；休眠状态下达到微安级别。整个系统以超低功耗设计，确保了对于整个无线系统的能量的综合统筹，进而实现了智能无线传感网络的优化，使得通用电池的使用得以普及，真正实现了无线、非有线电源的独立支点系统，在各支点端，采用1号电池作为能源即可支持该支点的长期工作需要。

另外，在服务器终端侧存储有各基础设施在任何时刻的状态参数，可以对这些基础设施进行系统的协同数据分析，使得误报机率最低化，进一步促成了“联合”预警，增强了整个系统的决策性能。

另外，在本实施例中，具体选用各支点中的射频芯片的芯片标识作为本支点的标识，而不需自编标识，其中该支点既可以为无线传感支点、也可以为无线中继支点。

另外，经过本发明人在本发明研究过程中的测试，采用该技术方案实现了通过无线网络的方式对基础设施的监控，本实施例所示的无线传感网络监测技术相对于人工监测、有线网络监测的各项网络参数比对具体如表一所示：

表一：三种监测技术得到的各项监测指标比较表

[0140]

网络参数	人工监测	有线传感技术	无线传感网络技术
				可靠性	低	低	高
误报率	高	高	低
				漏报率	高	高	低
设备成本	高	高	低
				安装成本	-	高	低
维护成本	-	高	低
				监测频率	低	高	高
系统可拓展(延伸)展性	-	低	高
				有线电源依赖程度	低	高	低
恶劣环境适应程度	高	低	高
				网络延续性	低	低	高
对现有设施的额外损坏度	低	高	低
				预警能力	低	低	高

另外，在任何一支点(无论当前的支点充当的信号传输角色为：无线传感支点还是无线中继支点)对数据信号进行发送或者转发前，还进行图2所示的流程进行处理：

在本支点当前的功耗信息包含在该数据信号中，以便网关可以在服务器终端侧的数据库中存储各支点在该时刻的能耗情况，以便在服务器终端侧可以对网络系统中的各支点能耗进行监测，进一步保证本网络系统的可靠性。

另外，该进一步的处理还有利于用户可以根据数据库中的各支点的能耗信息对各支点到网关的路由进行调整，避免某些支点能耗持续过高，而某些支点能耗持续过低，有利于进一步保证整个无线监测网络的可靠性。

另外，在本实施例中，用户利用服务器终端侧的数据库进行各基础设施状态监控时，可以但不限于采用以下的优选方案：

在该服务器终端侧还可以互联网连接有一专家级的基础设施状态分析主机，该分析主机通过互联网定时访问数据库(优选为SQL服务器)，并对已收集的数据按照预设在本分析主机中的分析策略进行智能分析，分析主机从SQL数据库中取得各基础设施在各个时刻的状态参数信息，根据预定的规则筛选出需要预警分析的记录。从这些筛选出来的记录中我们对每条记录进行了智能分析，其预警分析策略可以但不限于：

首先，对于任一基础设施，确定最近的状态参数是否超出了设定的预警范围。(每个节点安装的位置，角度，周边环境不同，预警范围的大小也不相同，故在安装调试过程中可由用户自定义预警范围)，如果超出预警范围，则直接列入需要预警的队列。

其次，如果最近的状态参数没有超出预警范围，则查看最近时刻的状态参与与上一监测时刻(即上一条目)的状态参数之间的差距，(该差距幅度警界值也可一旦不限于由用户自定义预设)如果差距幅度超过警界值，则也将其加入预警队列。

如果上述两种情况都没有发生，则我们认为该数据是正常数据，将该数据记录下来，用于下一条数据分析时做差距幅度计算，并对连续的正常数据做累计统计获取正常数据累计统计平均值。同时，我们判断这条记录对应的基础设施所在的无线传感支点是否有未解除的预警，如果有，则当前正常数据累计统计平均值与该基础设施的初始状态参数的差距，是否达到解除预警的数值(该数值用户可以自定义)，达到或超过，则将预警等级下降一级，或直接解除警报。这时，计数器将清零，以便用于下次计数。

对于进入预警队列的数据，我们首先判断这个该数据对应的无线传感支点是否已经有未解除的预警，如果有，我们将向用户监控端提示预警级别；如果没有，则开启预警，向用户提醒预警。

当数据全部分析完毕后，分析主机将分析结果存入数据库指定位置，并开启预警日志做进一步预警分析。

进一步地，还可以根据该基础设施的状态、以及预警次数设置预警的级别，比如：

当在日志中查找到一个设施上有2个以上(包括2个)，4个以下(包括4个)的二级橙色预警时，则将该设施的预警等级提升到三级红色预警。在用户监控端接收到该级数的预警时，应及时派人去现场实地勘察状况，查找原因，尽快降低预警级别或解除预警。如果日志中有5个(包括5个)红色预警，则用户监控端接收到该级数的预警时，应立即通知相关部门与单位，协同处理。

另外，为了进一步提高预警的有效性，分析主机在每一次预警、或解除预警时，均会第一时间将相关信息发送到相关人员的通讯工具上，使其了解最新数据，掌握最新动态，及时做出相应处理。

在用户监控端，该用户监控端与分析主机的沟通时，客户请求服务器响应监视器主机的请求，从数据库中将专家分析系统的分析结果发送给监视器主机；监视器主机定时请求客户请求服务器，并将客户请求服务器返回的返回结果显示在监视器上；

用户可以从监视器上，以图像和声音的形式获取实时的基础设施目前的运行状况，以及预警信息。

以桥梁为例，假如专家分析系统主机经过对数据的分析得到当前的基础设施的状态信息是“当该桥发生倾斜，并且倾斜角度大于0.03度时具有安全隐患”。那么，专家分析系统主机将定期对该桥上指定监测点传回来的保存在数据库中的实时数据进行检查，如果该节点传回来的数据值大于等于0.03度时，将预警信息写入数据库，

在监视器主机定期请求客户请求服务器时，将客户请求服务器将该警告信息发送给监视器主机，监视器主机将显示预警提示信息，或者发出警报信息。

以上提到的定期动作的频率是可调的，可以按照监测设施的不同设置不同的时间间隔，从1秒钟一次到1个月一次，以满足实时性要求。当然，现实中的判断方法会比这个更复杂，必须考虑除倾斜角以外的多方面因素，如温度、湿度等多种因素，然而，本发明使用软件的方法实现了模拟专家分析的方法对基础设施安全状况的实时分析及实时预警。

实施例2：

参见图3所示，本实施例提供的一种基础设施的无线传感网络监测系统，其特征是，包括：至少两个无线传感支点301、与各支点无线连接的网关302、以及与所述网关302互联网连接的服务器终端303；

其中，参见图4所示，各无线传感支点301分别设置在待检测的各基础设施侧，各无线传感支点301之间无线网络连接；

各无线传感支点301包括：探测模块3011、模数转换器3012、高频收发模块3013。其连接关系以及工作原理如下：

探测模块3011，用于按照预定的频率探测基础设施的状态，获取模拟探测信号；

模数转换器3012，与探测模块3011电连接，用于将模拟探测信号模数转换成状态数字数据；

高频收发模块3013包括：处理模块30131、封装模块30132、存储模块30133、通信接口30134。

存储模块30133中存储有本无线传感支点301到网关302的路由信息；处理模块30131，与存储模块30133电连接，用于查询存储模块30133，确定本无线传感支点301到所述网关302是否需要经过无线中继支点；封装子模块与处理模块30131电连接，用于查询存储模块30133本无线传感支点301到网关302是否需要经过无线中继支点；封装模块30132与处理模块30131电连接，用于将状态数字数据封装成数据信号，其中，当处理模块30131判定本无线传感支点301到所述网关302需要经过无线中继支点时，还将需经过的下一无线中继支点的标识封装到所述数据信号中，其中无线中继支点为本系统中任一其他无线传感支点301；通信接口30134，与所述封装模块30132电连接，用于无线收发信号。

网关302用于接收数据信号，并在接收数据信号后，判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关302中，如果是，则将数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端303的数据库304；否则，丢弃当前的数据信号。

本数据系统的具体通信原理、协议可以参见实施例1中的记载。

由上可见，由于在本实施例中，在各基础设施端设置无线传感支点301，各基础设施的无线传感支点301均可以成为其他支点到网关302的中继路由支点，通过各支点间的通信协助，组成在能耗交底的网络系统中实现了各个远近支点间的数据通讯。使整个网络系统能耗低、可靠性高、使用寿命高。相对于现有技术，避免了因单一支点受损而导致的整体网络瘫痪问题。

另外，在服务器终端303侧存储有各基础设施在任何时刻的状态参数，可以对这些基础设施进行系统的协同数据分析，使得误报机率最低化，进一步促成了“联合”预警，增强了整个系统的决策性能。

另外，在本实施例中，具体选用各支点中的射频芯片的芯片标识作为本支点的标识，而不需自编标识。

优选地，参见图5所示，网关302可以但不限于包括高频收发模块3021、处理器3022。

其中，网关302高频收发模块3021包括：收发接口30211、存储模块30212、处理模块30213。收发接口30211，用于无线收发信号；存储模块30212，存储有本系统的所有支点的标识；处理模块30213，用于判定存储模块30212中是否存储有当前数据信号中的发送支点的标识，如果是，则将数据信号转发处理器；否则，丢弃数据信号；处理模块30213，用于将数据信号中的状态参数添加到服务器终端303的数据库304。

另外，该服务器终端303的数据库304还互联网连接有数据分析主机，该分析主机还与用户监测终端互联网连接。

另外，模数转换器3012是对系统中模拟信号(即初始的传感器信号)转换为数字信号(即传输的数据)的重要部分，在集成电路中常常受到外部或内部同等频段的干扰(即噪音的干扰)，这使得微小模拟信号在到数字信号的解析过程中，常常失真(即出现错误)。在本发明的设计中，系统对于硬件部分添加了相应的金属屏蔽材料，主要包含两部分，一，产品外部金属壳，使得外部的近似频段信号无法进入系统。二是对产品无线频段的信号源进行金属阻隔，进而减少了对于ADS模块的干扰。通过这样的方法，实现了，ADS模块对于微小信号的精确判别，从而实现了高精度的性能。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种采用无线传感网络监测系统对基础设施进行无线传感网络监测方法，其特征是，所述无线传感网络监测系统包括：至少两个无线传感支点、与各所述无线传感支点无线连接的网关、以及与所述网关互联网连接的服务器终端，所述无线传感网络监测方法包括：

无线传感支点周期性监测获取基础设施的状态参数，

所述无线传感支点根据组网时在各无线传感支点处存储的本无线传感支点到网关的路由信息，确定本无线传感支点到网关是否需要经过无线中继支点，如果无需经过无线中继支点，则：

将所述状态参数封装为数据信号，在所述数据信号中包含本无线传感支点的标识作为本发送支点标识，无线发送所述数据信号，

如果需经过无线中继支点，则：

将所述状态参数封装为数据信号，在所述数据信号中包含本发送支点标识、以及下一无线中继支点的标识，无线发送所述数据信号，

所述无线中继支点接收数据信号，判定接收的数据信号中是否包含有本无线中继支点的标识，如果是，则将所述数据信号无线转发至网关；否则，则丢弃所述数据信号，其中所述无线中继支点为所述无线传感网络监测系统中任一其他的无线传感支点；

所述网关接收数据信号，判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关中，如果是，则将所述数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库；否则，丢弃所述数据信号，

其中，所述无线传感支点无线发送所述数据信号之前，还包括：

将本无线传感支点当前的功耗信息包含在所述数据信号中，

并且其中，在所述数据信号中包含本发送支点的标识具体是：

将所述本发送支点的标识存储在所述数据信号中的文件头字段中；

而在所述数据信号中包含下一无线中继支点的标识具体是：

将所述下一无线中继支点的标识添加到所述数据信号中的文件头字段中。

2.根据权利要求1所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，包括：

所述无线传感支点在非预警常态下：以周期大于1分钟小于或等于1小时的周期，监测获取所述基础设施的状态参数。

3.根据权利要求1所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，

所述基础设施的状态参数包括：所述基础设施的温度、湿度、倾斜度、位移量。

4.根据权利要求1所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，

在步骤：将所述数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库之后，还包括：

所述服务器终端定时查询分析所述数据库，当任一基础设施最新的状态参数值超出预定的极限时，则：

所述服务器终端向用户发送预警信号，并且向所述基础设施端的无线传感支点返回调频控制信号，

所述基础设施端的无线传感支点根据所述调频控制信号，提高对所述基础设施监测的频率。

5.根据权利要求4所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，

当任一基础设施最新的状态参数值未超出预定的极限时，则进一步判定所述基础设施当前的状态参数相对于上一周期的状态参数的差距是否超过预定的差距极限，如果是，则：

所述服务器终端向用户发送预警信号，并且向所述基础设施端的无线传感支点返回调频控制信号，

所述基础设施端的无线传感支点根据所述调频控制信号，提高对所述基础设施监测的频率。

6.根据权利要求5所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，

当所述基础设施当前的状态参数相对于上一周期的状态参数的差距未超过预定的差距极限，则进一步判定本基础设施的状态参数的累计平均值与本基础设施的状态参数初始值的差额是否高于预定的警戒极限，如果是，则

所述服务器终端将预警等级下降一级，累计计数器清零。

7.根据权利要求1所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，

无线传感支点周期性监测获取基础设施的状态参数，具体包括：

无线传感支点实时探测基础设施的状态，获取模拟探测信号；

将所述模拟探测信号转换成状态数字数据，

将所述状态参数封装为数据信号，具体是：

将所述状态数字数据封装成所述数据信号。

8.根据权利要求1所述的基础设施的无线传感网络监测方法，其特征是，

所述任一支点的标识具体为本支点中的射频芯片的芯片标识，其中所述支点为所述无线传感支点、或者所述无线中继支点。

9.一种基础设施的无线传感网络监测系统，其特征是，包括：至少两个无线传感支点、与所述各支点无线连接的网关、以及与所述网关互联网连接的服务器终端；

其中，所述各无线传感支点分别设置在待检测的各基础设施侧，各无线传感支点之间无线网络连接；

所述各无线传感支点包括：

探测模块、模数转换器、高频收发模块；

其中，所述探测模块，用于按照预定的频率探测基础设施的状态，获取模拟探测信号；

所述模数转换器，与所述探测模块电连接，用于将所述模拟探测信号模数转换成状态数字数据；

所述高频收发模块包括：处理模块、封装模块、存储模块、通信接口，

所述存储模块中存储有本无线传感支点到网关的路由信息；

所述处理模块，与所述存储模块电连接，用于查询所述存储模块，确定本无线传感支点到网关需要经过无线中继支点；

所述封装子模块与所述处理模块电连接，用于查询所述存储模块本无线传感支点到网关是否需要经过无线中继支点；

所述封装模块与所述处理模块电连接，用于将所述状态数字数据封装成数据信号，在所述数据信号中包含本无线传感支点的标识和本无线传感支点当前的功耗信息，其中，

当所述处理模块判定本无线传感支点到所述网关需要经过无线中继支点时，还在所述数据信号中包含所述需经过的下一无线中继支点的标识，其中所述无线中继支点为所述无线传感网络监测系统中任一其他的无线传感支点；

所述通信接口，与所述封装模块电连接，用于无线收发信号；

所述网关，用于接收数据信号，判定接收的数据信号中的发送支点标识是否存储在本网关中，如果是，则将所述数据信号中的基础设施的状态参数添加到服务器终端的数据库；否则，丢弃所述数据信号。

10.根据权利要求9所述的基础设施的无线传感网络监测系统，其特征是，

所述网关：包括高频收发模块、处理器，

其中，所述网关高频收发模块包括：收发接口、存储模块、处理模块，

所述收发接口，用于无线收发信号；

所述存储模块，存储有本系统的所有支点的标识；

所述处理模块，用于判定所述存储模块中是否存储有当前数据信号中的发送支点的标识，如果是，则将所述数据信号转发处理器；否则，丢弃所述数据信号；

所述处理模块，用于将所述数据信号中的状态参数添加到所述服务器终端的数据库。

11.根据权利要求9所述的基础设施的无线传感网络监测系统，其特征是，

在所述探测模块的基板电路模块外封装有金属屏蔽材料；和/或，

在所述无线传感支点整体被包裹在一金属壳内。

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