CN102332201A - 基于wsn构建的船舶驾驶台火灾监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统，所述监控系统包括船舶上位机系统、现场监控子系统、火警预警信息显示终端、船载网关，所述火警信息显示终端与所述船舶上位机系统相连接，所述船舶上位机系统与所述船载网关相连接，所述船载网关与所述现场监控子系统相连接；所述现场监控子系统包括通讯设备监测区、导航设备监测区、气象设备监测区、遇险报警设备监测区、海图室监测区；所述各监测区上连接有与之相对应的船载无线传感器设备。本发明利用无线传感器节点实时监测目标区域内的温度、烟雾和驾驶台设备燃烧产生的气体等火警指标信息，并周期性地将监测数据打包发送给上位机监控系统，保证船舶的航行安全。

Description

基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，即是以WSN为基础衍化出的船舶驾驶台火灾监控系统；特别涉及基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统。 

背景技术

在船舶朝电气化、自动化、大型化的方向发展之时，船舶电气设备尤其是驾驶台各种电气设备种类和功率也在不断增加，由电气设备带来的火灾隐患也大大增加。而且船舶驾驶台存放了船舶航行中所需的各种设备，如内部通讯设备、甚高频和中高频组合电台、GPS(全球卫星定位系统)、雷达、计程仪、自动车钟记录仪、电子海图、紧急无线电示位标等等。这些电气设备需要在恒压、平稳、干燥环境中工作，但它们却长时间处于潮湿、震动的空间内，这种恶劣的用电环境无形之中增大了船舶驾驶台电气设备引发的火灾隐患。此外船舶大型化使船舶驾驶台高度随之增加，意味着船舶驾驶台火灾扑救难度越来越大。 

船舶的移动性使船舶在发生火灾的情况下，能依靠的主要力量只能是船载消防设备和船上工作人员。由于船舶内部空间狭小，舱内通道和楼梯比较狭窄，大多数船舱门和出入口仅能容得1人通过。而且船舶驾驶台通常位于船舶高层，若在驾驶台发生火灾，船上工作人员难以通过狭窄的舱内通道和楼梯迅速抵达船舶高层的驾驶台火灾现场，而舱内通道和楼梯的宽度无形中还限制了船员通过舱内通道、楼梯运送船载消防设备的速度，无形中降低了船载消防设备的灭火功效，船舶驾驶台结构的特殊性和功能的重要性也就意味着船舶驾驶台的火灾给船舶带来的灾难是毁灭性的。因此只有未雨绸缪，充分利用各种现代科技手段对船舶驾驶台实施火灾预警监控，才能有效地保障船舶财产和船舶工作人员生命安全。 

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地 理区域内感知对象的监测信息。无线传感器网络中的各个监测节点是复合式传感器节点，一个节点可同时监测多种指标信息。并且各个节点通过自组网方式自动组建无线传感器监测网络，该监测网络内各个节点可以相互通信，所以即使某一节点失去工作能力，网络内的其他节点可立即重新自组网，这就保证了监测区域不出现空白监测区域，即无线传感器网络的鲁棒性能较好。 

此外无线传感器网络的每一个传感器节点都有网络内部唯一且各不相同的64位网络地址，该网络地址也是各节点的网络内部ID号，因此上位机系统根据传感器节点位置信息迅速确定相对应的目标区域位置。而且无线传感器网络各节点间可以相互通信，实现信息中继。而且无线传感器的低成本、低能耗、广域监控、实时性、定位精确、人工干预少等其他优点也使其应用范围愈来愈广阔。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种通过分布在船舶驾驶台各监测区域内的无线传感器节点实时监测目标区域内的火警指标信息，并将相关的数据实时反馈给上位机监控系统的基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统。 

为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 

基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统，所述监控系统包括船舶上位机系统、现场监控子系统、火警预警信息显示终端、船载网关，所述火警信息显示终端与所述船舶上位机系统相连接，所述船舶上位机系统与所述船载网关相连接，所述船载网关与所述现场监控子系统相连接；所述现场监控子系统包括通讯设备监测区、导航设备监测区、气象设备监测区、遇险报警设备监测区、海图室监测区；所述各监测区上连接有与之相对应的船载无线传感器设备。 

优选的，所述各无线传感器设备包括无线传感器节点A、无线传感器节点B和无线传感器节点N。 

优选的，所述通讯设备监测区、导航设备监测区、气象设备监测区、遇险报警设备监测区和海图室监测区为不同的通信簇，所述各个通信簇由 节点通信簇头、簇内节点A、簇内节点B和簇内节点N组成。 

通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 

本发明主要是利用无线传感器网络实时监测船舶驾驶台火灾预警信息，以帮助船舶值班人员实时获取船舶驾驶台火警隐患信息并及时处理相关的隐患，以保证船舶的安全航行。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明结构示意图。 

图2为本发明工作结构示意图。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

参见图1和图2所示，本发明基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统包括船舶上位机系统10、现场监控子系统20、火警预警信息显示终端30、船载网关40，所述火警信息显示终端30与所述船舶上位机系统10相连接，所述船舶上位机系统10与所述船载网关40相连接，所述船载网关40与所述现场监控子系统20相连接；所述现场监控子系统20包括通讯设备监测区21、导航设备监测区22、气象设备监测区23、遇险报警设备监测区24、海图室监测区25；所述各监测区上连接有与之相对应的船载无线传感器设备50。 

所述各无线传感器设备50包括无线传感器节点A、无线传感器节点B和无线传感器节点N。 

所述通讯设备监测区21、导航设备监测区22、气象设备监测区23、 遇险报警设备监测区24和海图室监测区25为不同的通信簇，所述各个通信簇由节点通信簇头61(汇聚节点)、簇内节点A、簇内节点B和簇内节点N组成。 

所述无线传感器节点A设置在所述簇内节点A内，所述无线传感器节点B设置在所述簇内节点B内，所述无线传感器节点N设置在所述簇内节点N内。 

首先由布设在船舶驾驶台的各监测区域内无线传感器节点采集目标区域的火警指标信息，如温度状态、可燃性气体浓度、烟雾浓度或其他由船舶电气设备燃烧产生的气体浓度等等。这些数据信息将周期性地发送到节点通信簇头61(汇聚节点)，由节点通信簇头61初步进行数据筛选后，再将其发送到上位机系统10，然后经过上位机系统10对这些数据的深加工，所有的数据信息再通过上位机系统10实时发送到船载的各显示终端，如船舶驾驶台的上位机系统显示终端，船长房间火警显示终端、大副房间火警显示终端、轮机长房间火警显示终端、机舱火警显示终端等等。船舶相关值班人员通过火警显示终端30获取可能发生火灾区域的信息并及时排除隐患，以保证船舶的航行安全。 

本发明所构建的上位机监控系统10是整个应用的核心；无线传感器节点采集的数据信息会周期性地通过无线链路发送到上位机监控系统10，上位机系统10首先对接收到的数据包进行清洗、过滤、去毛刺等处理后，再将这些数据实时显示在船舶火灾监控系统的各个显示终端，以方便船舶值班员和船舶高级船员随时掌握驾驶台各监测区域的火警指标信息，随时掌握船舶驾驶台的火警预警信息。同时上位机系统10也是船舶值班员与现场无线传感器节点命令交互窗口。如果船舶值班人员需要实时查阅某目标区域当前的火警指标信息，他只能通过上位机系统10输入查询命令，上位机系统10接受到船舶值班的查询命令后，将其转换为无线传感器节点可识别的二进制数据流，并将其发送到目的节点，而目的节点接受到相关命令后，立即将相关的数据信息流传送回上位机系统10，再由上位机系统10将接收到的数据流转换为船舶值班员可以识别的数据信息和图表信息并输出到船舶驾驶台上位机系统10的显示终端。而且监控 系统用户(船舶值班人员)通过上位机系统10将各火警指标报警阈值烧到各个传感器监测节点，如果监测节点监测到的数据值大于阈值，则在将相关的数据信息发送给上位机的同时，也发出报警声，以提醒过往船舶工作人员相关区域可能存在火灾隐患，需要采取措施消除隐患。 

本发明所构建现场监控子系统20是船舶驾驶台现场火警指标信息的采集与初步处理子系统；各个通信簇的节点通信簇头61一般由距上位机监控系统20最近的节点担任，各簇内节点内部可相互通信，簇内节点若要与其他簇的节点通信只能通过节点通信簇头61，而不能直接与他簇内节点通信，而且节点通信簇头担任将该簇内所有节点采集到无线传感器节点信息传送给上位机、并将上位机的命令转发给簇内节点及各节点通信簇头61之间的通信和数据传递等任务，这对节点通信簇头61而言是巨大的能量消耗，因此通常情况下现场监控模块系统20的节点通信簇头并不主动执行监控任务，若有必要，只有通过上位机被动开启簇头火灾预警指标的监控。各通信簇内的节点周期性地将监测到的数据传送到节点通信簇头61，由节点通信簇头61进行初步数据筛选后将相关的数据经过船载网关40传送到上位机系统10。同时各个传感器节点监测到的火警指标信息大于系统预设的阈值，则发出报警以提醒船舶值班人员及时采取措施消除相关的火灾隐患。 

本发明所提供的船载无线传感器设备50是具体实现船舶驾驶台火灾预警现场监控的设备。船舶无线传感器设备50主要由无线传感器节点组成。它们主要布设在船舶驾驶台的关键区域和各种助航设施附近，如甚高频和中高频组合电台、卫星站(A，B，C或F站)接受端、AIS(自动识别系统)、雷达、电子海图、车钟、自动车钟记录仪、自动舵、船舶组合气象仪、紧急无线电示位标、搜救雷达应答器和驾驶台天花板；实时监测各目标区域火灾预警指标信息，如温度信息、烟雾、一氧化碳(或由电气设备塑胶绝缘层燃烧产生等多种有害气体信息)，并周期性地将监测数据传送到上位机系统10。传感器节点布设在各个目标区域后，各个节点通过自组网方式自动组建无线传感器网络通信簇，将离网关最近的节点选为节点通信簇头61(汇聚节点)，各通信簇间自组网形成树形通信网络，节 点通信簇头61可相互通信，簇间通信则由节点通信簇头61相互通信完成，传感器节点之间、传感器节点与节点通信簇头61间采用ZIGBEE无线通信的方式。如果某传感器节点失效，网络内的其他节点可立即重新自组网，以确保监测区域不出现空白监测区域。 

本发明所提供的火灾预警信息显示终端30是具体负责将现场传感器节点数据信息转换为图表信息功能的设备终端，火灾预警信息显示终端30分布在船舶驾驶台、机舱、船长房间、大副房间、轮机长房间、一般船员房间等区域。显示终端的布设可以根据船舶结构和实际监控需要增加或减少。上位机系统10对由节点通信簇头61发送的现场火警指标数据信息流进行清洗、过滤等相关处理并将其发送到火灾预警信息显示终端30后，显示终端负责将具体的数据流以图表的形式显示在终端界面上，而且如果某监测区域内出现火灾隐患，即某一个或几个火警指标信息值超过系统预设的阈值，显示终端的显示界面上该传感器节点传送过来的数据流表现形式与普通的、无火灾隐患的火警信息流表现形式不同，监测到火灾隐患节点的数据流将以醒目、闪烁的红色线条表示，以提醒船舶值班人员根据该节点监测到区域存在火灾隐患，需要采取措施，加以防范。 

本发明所提供的船载网关40是整个系统无线和有线的数据信息流中继转发设备，它通过USB 2.0数据线接口与上位机系统10相连；由传感器的节点通信簇头61发送过来的监测数据经过船载网关40才能到达上位机系统10，而上位机系统10对现场传感器节点发送的各种控制命令也需经过船载网关40转发才能被现场的传感器节点设备接收。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (3)

1.基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统，其特征在于，所述监控系统包括船舶上位机系统、现场监控子系统、火警预警信息显示终端、船载网关，所述火警信息显示终端与所述船舶上位机系统相连接，所述船舶上位机系统与所述船载网关相连接，所述船载网关与所述现场监控子系统相连接；所述现场监控子系统包括通讯设备监测区、导航设备监测区、气象设备监测区、遇险报警设备监测区、海图室监测区；所述各监测区上连接有与之相对应的船载无线传感器设备。

2.根据权利要求1所述的基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统，其特征在于：所述各无线传感器设备包括无线传感器节点A、无线传感器节点B和无线传感器节点N。

3.根据权利要求1所述的基于WSN构建的船舶驾驶台火灾监控系统，其特征在于：所述通讯设备监测区、导航设备监测区、气象设备监测区、遇险报警设备监测区和海图室监测区为不同的通信簇，所述各个通信簇由节点通信簇头、簇内节点A、簇内节点B和簇内节点N组成。

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