CN105046915A - 一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统，至少包括无线传感器网络(1)、船载终端(2)、移动智能终端(3)，所述无线传感器网络(1)与所述船载终端(2)通信连接，所述船载终端(2)与所述移动智能终端(3)通信连接，且所述船载终端(2)还与至少一个卫星通信终端(4)通信连接。本发明采用无线传感器网络和移动智能终端实现对船舶的远程监控，实现了船舶安全监控的自动化和实时化，减少了不必要的人员伤亡又能够让管理人员实时掌握关键的数据，大大减小了危害发生的可能性，提高船舶安全管理水平。

Description

一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统

技术领域

本发明涉及船舶电子信息领域，具体地，涉及一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统。

背景技术

无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的终端是可以感知和检查外部世界的传感器，传感器通过无线方式产生通信，因此网络设置灵活，设置位置可以随时更改，还可以与互联网进行有线或者无线的连接，并通过无线通讯方式形成一个多跳自组织网络。

无线传感网络实现了数据的采集、处理以及传输三大功能，所述无线传感网络由部署在检测区域内大量的廉价微型节能传感器节点组成，通过无线通信方式以自组织的形式形成网络系统，其目的是协同地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，接受命令并与控制中心交换有关现实世界的信息。

无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、加速度和方向等信息及周边环境。基于MEMS的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。在军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域都已经有所应用。

伴随着移动通信技术、嵌入式操作系统和半导体技术的发展，移动智能终端已经深入寻常百姓家并且逐渐改变着人们的生活习惯，人们已经习惯于在智能终端上完成越来越多的工作。

然而目前并没有一种基于无线传感器网络和移动智能终端实现对船舶的远程监控，实现船舶安全监控的自动化和实时化的技术手段。

发明内容

针对现有技术中并没有一种较为完善的对船舶的远程监控的技术缺陷，本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统。

根据本发明的一个方面，提供一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统，至少包括无线传感器网络、船载终端、移动智能终端，所述无线传感器网络与所述船载终端通信连接，所述船载终端与所述移动智能终端通信连接，且所述船载终端还与至少一个卫星通信终端通信连接。

优选地，所述无线传感器网络由多个传感器节点组成，所述传感器节点分为终端节点、路由节点以及汇聚节点，所述终端节点分别与所述路由节点以及汇聚节点通信连接，所述汇聚节点与所述船载终端通信连接。

优选地，所述终端节点、路由节点以及汇聚节点均由传感器单元、处理单元、无线收发单元以及电源单元组成，所述电源分别与所述传感器单元、处理单元、无线收发单元电连接，所述处理单元分别与所述传感器单元以及无线收发单元通信连接，所述无线收发单元在工作状态下提供无线传感器网络的正常工作以及移动智能终端的信息收发。

优选地，所述传感器单元包括传感器以及模数转换模块。

优选地，所述处理单元包括处理器以及存储器。

优选地，所述无线收发单元由无线收发模块组成。

优选地，所述电源为微型电源。

优选地，所述传感器节点用于采集环境参数，所述环境参数通过所述汇聚节点传输给所述船载终端。

优选地，所述环境参数包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、加速度或者方向。

优选地，所述传感器节点被分布于所述远洋船舶的集装箱、甲板和/或船舱。

优选地，在工作状态下，所述无线传感器网络将环境参数发送给所述船载终端，所述船载终端对所述环境参数进行分析、存储，并将其发送给移动智能终端以及所述卫星通信终端。

优选地，所述安全监控系统还包括至少一个卫星通信终端4，所述卫星通信终端4分为卫星通信终端船载端41以及卫星通信终端地面端42，所述卫星通信终端船载端41分别与所述船载终端2以及卫星通信终端地面端42通讯连接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种对船舶安全进行监控的控制方法，包括如下步骤：

a、所述传感器节点采集所述环境参数；

b、所述传感器节点将所述环境参数传输给所述船载终端；

c、所述船载终端处理所述环境参数；

d、若所述船载终端发现异常参数，发出警报，并断开电源；

e、所述船载终端将所述异常参数发送给移动智能终端以及所述卫星通信终端；

f、所述船载终端实时采集所述环境参数，直到所述环境参数恢复正常，取消警报。

优选地，在所述步骤a之前，还包括步骤：对远洋船舶作业区域进行划分；对所述传感器节点进行编号；将所述编号传感器节点进行定位处理。

优选地，在所述步骤a中，包括如下步骤：所述终端节点以及所述路由节点采集所述环境信息；所述终端节点以及所述路由节点将所述环境信息转化为环境参数；所述终端节点以及所述路由节点将所述环境参数传输给汇聚节点；所述汇聚节点将环境参数进行整合。

优选地，在所述步骤c之后，还包括如下步骤：所述船载终端将所述环境参数发送给所述卫星通信终端；所述卫星通信终端接收所述环境参数数据；所述卫星通信终端处理所述环境参数数据；所述卫星通信终端将所述环境参数数据发送给控制信息中心。

优选地，在所述步骤c之后，还包括如下步骤：移动智能终端发出请求信息；移动智能终端与所述船载终端产生通信；船载终端将实时环境参数发送给所述移动智能终端；移动智能终端接收所述实时环境参数。

优选地，在所述e之后，还包括如下步骤：所述移动智能终端接收所述异常参数，同时向所述船载终端发出控制指令。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于无线传感器网络和移动智能终端的远洋船舶安全监控系统，其特征在于系统由无线传感器网络、船载终端、移动智能终端和卫星通信终端等组成。船舶无线传感器网络通过遍布于船舶集装箱、甲板、船舱的传感器采集与船舶安全有关的各项参数。船载终端用以汇集、分析、存储和转发数据，并且可以向传感器节点的执行传感器下发控制命令，从而在突发情况下实现对船舶的控制。移动智能终端用以和船载终端交互，可以让工作人员在移动作业中获取传感网的数据以及下发控制命令。卫星通信终端负责船舶与地面间的远程数据收发。

优选地，所述无线传感器网络使用的是分层体系，在这种结构体系中节点被划分在不同级别的子网络中，各子网络分别对应不同的作业区域；在船舶集装箱、甲板、船舱的检测部位安置相应的传感器节点并通过编号的方式以供定位；在各子网络中分为终端节点和路由节点，数据通过网络的最优路径层层传输给路由节点，经路由节点转发给汇聚节点后，由汇聚节点传递给船载终端。

优选地，所述移动智能终端为常用的智能手机、平板电脑等搭载有操作系统的电子产品。

优选地，所述卫星通信终端根据实际需求将船载终端上汇聚的部分或者全部传感器数据以及船舶的GPS信息发送给地面上的卫星通信终端，以供陆上管理人员实时掌握船舶的状态。

优选地，所述船载终端可以对传感网采集的数据进行分析，当环境的某些关键参数出现异常时，船载智能终端会发出报警。

优选地，所述无线传感器网络不仅具有数据采集功能，传感器节点配置的传感执行单元还可以根据终端下发的命令做出控制操作。

优选地，所述传感器节点由传感器单元、处理单元、无线收发单元和电源单元组成；传感器单元由传感器和模/数转换模块组成；处理单元由处理器、存储器等嵌入式系统构成；无线收发单元由无线收发模块组成；电源采用微型电池。

优选地，所述无线传感器网络由终端节点、路由节点和汇聚节点组成，终端节点将负责控制传感器并将数据发送给路由节点或汇聚节点，路由节点除具有终端节点的功能外还可以对数据进行路由转发，汇聚节点负责将终端节点和路由节点收集的数据传输给船载终端。

本发明采用无线传感器网络和移动智能终端实现对船舶的远程监控，实现了船舶安全监控的自动化和实时化。本发明能够远程监控船舶状态、实时获取监控区域的相关数据，当出现异常情况时可以在远程作出应急操作。这样既能减少不必要的人员伤亡又能够让管理人员实时掌握关键的数据，大大减小了危害发生的可能性，提高船舶安全管理水平。

本发明的无线传感器网络使用基于分层的体系结构，这种网络结构正好适合船舶的环境特点，以作业区域的划分来确定子网络的结构，从而可以根据区域的不同来配置不同类型的传感器，进而降低部署的成本。在船舶控制室配置本系统的船载终端用以接收处理从网络传来的信息，并且进行分析、存储和转发，当某些参数超过一定的限值时能够自动报警。卫星通信终端可以将无线传感器网络获取的数据进行整合后发送给陆上安全、控制部门，这对于船舶的驾驶安全、消防安全、货物安全都具有十分重要的意义。本发明能够远程监控船舶状态、实时获取监控区域的相关数据，从而及早发现船舶隐患，采取措施以防患于未然，从而可以极大地提高船舶的安全系数，更好地保证船舶的人员和财产安全。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出的是根据本发明的具体实施方式的，一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统的结构示意图；

图2示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统中，所述传感器节点的结构示意图；

图3示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统中，所述传感器单元的结构示意图；

图4示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统中，所述处理单元的结构示意图；

图5示出的是根据本发明的具体实施方式的，所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统的工作流程示意图；

图6示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述传感器节点采集所述环境参数步骤之前的工作流程示意图；

图7示出的是根据本发明的具体实施方式的，所述传感器节点采集所述环境参数的工作流程示意图；

图8示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述船载终端处理所述环境参数的过程中，所述卫星通信终端的工作流程示意图；以及

图9示出的是根据本发明的具体实施方式的，所述移动智能终端获取所述环境参数的流程示意图。

具体实施方式

为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1示出的是根据本发明的具体实施方式的，一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统的结构示意图，如图1所示，图1中示出了无线传感器网络1、船载终端2、移动智能终端3之间的连接结构，以及无线传感器网络1的连接结构示意图，图1仅仅示出了所述基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统结构的一种优选画法，而在其他变化例中，本领域技术人员理解，所述终端节点111还可以直接与所述汇聚节点113相连接，但在图中是通过所述路由节点112进行连接，但这并不影响本发明的技术方案，在不予赘述。

进一步地，本发明将结合图1至图4对所述基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统结构进行详细描述，具体地，如图1所示，所述基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统结构至少包括无线传感器网络1、船载终端2、移动智能终端3，所述无线传感器网络1主要用于收集、处理、传输以及汇聚所述通过传感器收集到的数据，具体地，所述无线传感器网络1是由多个传感器节点组成，这些将在后述的具体实施方式中做详细描述，在此不予赘述。

进一步地，所述船载终端2可以理解为所述船舶安全监控系统的中央控制台，所述船载终端2用于汇聚、分析、存储和转发所述通过所述传感器收集到的环境参数，进一步地，本领域技术人员理解，操作人员通过移动终端或者船舶上的控制装置向所述船载终端发送控制指令，所述船载终端2进而向传感器节点的执行传感器下发控制命令，而在其他特殊的实施例中，所述船载终端2可以在突发情况下采取应急操作。

进一步地，所述移动智能终端3即为操作人员的智能手机、平板电脑或者笔记本电脑等等，通过在上述移动智能终端3上安装与所述船载终端2系统相匹配的APP，实现所述船舶系统的智能化管理，进一步地，通过控制所述移动智能终端3，可以实时的掌握所述船舶在进行远洋时的一切安全指数，所述指数包括温度、湿度、噪声、光强度、压力等等，这些将在后述的具体实施方式中作详细描述，在此不予赘述。

进一步地，所述无线传感器网络1与所述船载终端2通信连接，所述船载终端2与所述移动智能终端3通信连接，且所述船载终端2还与至少一个卫星通信终端4通信连接。具体地，所述无线传感器网络1与所述船载终端2通过USB接口连接，在这样的实施例中，所述无线传感器网络1中的汇聚节点113上设置有USB接口，在所述船载终端2上设置有规格与所述汇聚节点113相同的USB接口，并优选地通过一USB连接线将所述无线传感器网络1以及所述汇聚节点113连接。

而所述船载终端2与所述移动智能终端3的连接方式采用ISM频段，进一步地，本领域技术人员理解，所述船载终端2与所述移动智能终端3的连接可以有很多种方式，例如，在一个优选地实施例中，可以通过蓝牙连接、无线局域网连接等等，而在一个特殊的变化例中，若所述移动智能终端为笔记本电脑，可以实现有线连接，具体地，在所述船载终端2上设置有网线接口，并通过网线连接。

进一步地，所述船载终端2还与至少一个卫星通信终端4通信连接。本领域技术人员理解，所述卫星通信终端分为卫星通信终端船载端41以及卫星通信终端地面端42，具体地，所述船载终端2与所述卫星通信终端船载端41之间可以通过ISDN接口连接，所述ISDN是指综合业务数字网，是一个数字电话网络国际标准，是一种典型的电路交换网络系统，所述ISDN接口连接属于目前现有技术，在此不予赘述。

更进一步地，所述卫星通信终端船载端41与所述卫星通信终端地面端42之间的通讯连接是通过海事卫星实现，所述海事卫星连接的性能可靠、连接稳定、系统完善、覆盖面广等等，所述运用海事卫星实现所述卫星通信终端船载端41与所述卫星通信终端地面端42之间的通讯属于目前现有技术，在此不予赘述。

更进一步地，本领域技术人员理解，所述无线传感器网络1是有多个传感器节点组成，所述多个传感器节点优选地采用Zigbee通信协议，具体地，所述Zigbee通信是一种短距离、低功耗的无线通讯技术，所述Zigbee采用的是自组织网的多通道通讯模式，在这样的模式下，所述多个传感器节点之间可以实现互联互通。

进一步地，结合上述优选实施例，示出了一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统的各部分组成以及连接的结构示意图，在这样的实施例中，所述传感器节点收集所述环境参数，并将所述环境参数进行处理、整合，进一步地，将所述环境参数传送给所述船载终端，所述船载终端一方面可以将所述环境参数传送给所述移动智能终端，一方面还可以将所述环境参数传送给所述卫星通信终端。

图2示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统中，所述传感器节点的结构示意图。

本领域技术人员理解，结合图1示出的结构示意图，所述无线传感器网络1由多个传感器节点11组成，所述传感器节点11分为终端节点111、路由节点112以及汇聚节点113，所述终端节点111分别与所述路由节点112以及汇聚节点113通信连接，所述汇聚节点113与所述船载终端2通信连接。

本领域技术人员理解，所述终端节点用于控制所述传感器的收集工作，收集所述环境参数，并将所述环境参数发送给路由节点或汇聚节点，所述路由节点同样具有所述终端节点的功能，还可以对所述环境参数数据实现路由转发，所述汇聚节点负责将所述终端节点以及所述路由节点收集的环境参数数据传输给所述船载终端。

进一步地，如图2所示，所述终端节点111、路由节点112以及汇聚节点113均由传感器单元12、处理单元13、无线收发单元14以及电源单元15组成，本领域技术人员理解，所述传感器单元12主要用于收集所述环境参数以及将所述环境参数进行模数转换，所述处理单元13为所述传感器节点的执行单元，用于处理相应地控制指令以及存储数据参数等等，所述无线收发单元14用于实现所述各个传感器节点之间的互联互通，进一步地，所述电源单元15用于给所述传感器单元12、处理单元13、无线收发单元14提供电能。

进一步地，如图2所示，所述电源15分别与所述传感器单元12、处理单元13、无线收发单元14电连接，所述处理单元13分别与所述传感器单元12以及无线收发单元14通信连接，所述无线收发单元14在工作状态下提供无线传感器网络1的正常工作以及移动智能终端3的信息收发。

本领域技术人员理解，图1中将所述无线传感器网络分为了终端节点111、路由节点112以及汇聚节点113，是从结构分层上对所述无线传感器网络进行了描述，而图2中示出的是所述无线传感器网络中的上述传感器节点的内部模块组成进行了描述。两者通过不同的层面对所述无线传感器网络进行了描述。

进一步地，图3示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统中，所述传感器单元的结构示意图，而图4示出是所述处理单元的结构示意图，进一步地，所述传感器单元12包括传感器121以及模数转换模块122，如图3所示，所述传感器121连接所述模数转换模块122，在一个优选地实施例中，当所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统处于工作状态下时，所述传感器优选地收集到相应地环境参数，进一步地，将所述环境参数通过模数转换模块122转化为环境参数数据。

如图4所示，所述处理单元13包括处理器131以及存储器132，所述处理器131用于控制所述传感器单元、无线收发单元，所述处理单元131优选地执行来自船载终端的控制命令，同时还起到了收发所述环境参数数据的作用，所述存储器132用于存储所述环境参数数据。具体地，所述处理单元131连接所述存储器2。

优选地，所述无线收发单元14由无线收发模块组成，所述无线收发模块用于与其他传感器节点通讯，将所述环境参数数据进行传输。

优选地，所述电源15用于为所述传感器单元12、处理单元13、无线收发单元14提供电能，进一步地，所述电源15为微型电源。

优选地，所述传感器节点11用于采集环境参数，所述环境参数通过所述汇聚节点113传输给所述船载终端2。所述环境参数通过终端节点以及所述路由节点收集所述环境参数，进一步地，将所述环境参数传输到所述汇聚节点113，在通过搜书汇聚节点113传输到所述船载终端2。

进一步地，在本发明中提到的环境参数主要包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、加速度或者方向。本领域技术人员理解，所述的环境参数并不仅仅局限于上述中的种类，随着社会的不断进步，还可以有其他的环境参数，但这并不影响本发明的技术方案，在此不予赘述。

进一步地，所述传感器节点11被分布于所述远洋船舶的集装箱、甲板和/或船舱。本领域技术人员理解，所述集装箱、甲板以及船舱中的传感器节点11越多，所能获取的环境参数越详细、越准确，具体地，可以在所述集装箱的外表面、甲板的上表面、下表面以及船舱内部各角落等处设置有所述传感器节点11。而在一种特殊的实施例中，还可以在集装箱内部设置有所述传感器节点11，在这样的实施例中，所述集装箱在还没运到目标地点的时候，一般是不会将其中货物反复换装的，在所述集装箱内部设置所述传感器节点11可以时刻监控运送货物的环境的温度、湿度等等情况，实现了实时监控的目的。

进一步地，在工作状态下，在所述远洋船舶正在运输途中，所述无线传感器网络1将环境参数发送给所述船载终端2，所述船载终端2对所述环境参数进行分析、存储，所述移动智能终端3可以实时的监控所述整体远洋船舶的情况，所述卫星通信终端4将所述环境参数数据发送给卫星通信终端地面端，所述卫星通信终端地面端进一步地对所述环境参数数据进行存储以及监测。

优选地，所述远洋船舶系统安全监控系统还包括至少一个卫星通信终端4，所述卫星通信终端4分为卫星通信终端船载端41以及卫星通信终端地面端42，所述卫星通信终端船载端41分别与所述船载终端2以及卫星通信终端地面端42通讯连接。所述卫星通信终端船载端41位于船上，而所述卫星通信终端地面端42位于陆地上，所述卫星通信终端地面端42类似于一个指挥台，进一步地，可以通过所述卫星通信终端地面端42监测到不止一艘船舶的实时环境参数数据。

图5示出的是根据本发明的具体实施方式的，所述无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统的工作流程示意图，具体地，包括如下步骤：

首先，进入步骤S101，所述传感器节点采集所述环境参数。所述传感器节点位于所述无线传感器网络中，而所述传感器节点主要包括了终端节点、路由节点以及汇聚节点三种不同功能作用的节点，而所述三种不同功能作用的节点是由传感器单元、处理单元、无线收发单元以及电源单元组成，进一步地，在一个优选地实施例中，所述终端节点以及路由节点收集所述环境参数，并通过所述传感器节点中的模数转换器将其转化为环境参数数据，更进一步地，所述环境参数将汇聚到所述汇聚节点。

进一步地，所述步骤的目的是为了通过采集所述环境参数，并对所述环境参数进行分析，从而获得所述船舶内部具体情况，实现实时监控。进一步地，本领域技术人员理解，所述环境参数通过网络的最优路径层层传输给路由节点，经路由节点转发给汇聚节点后，由汇聚节点传递给船载终端。本领域技术人员理解，所述步骤S101还可以参考图7中示出的采集所述环境参数的详细步骤，在此不予赘述。

然后，进入步骤S102，所述传感器节点将所述环境参数传输给所述船载终端。所述步骤的目的是为了将所述环境参数在船载终端中进行存储以及转发，进一步地，通过所述船载终端，所述移动智能终端以及所述卫星通信终端可以实时的掌握所述船舶在远洋时的实时情况。

进一步地，所述环境参数传输给所述船载终端是通过USB接口传输，在这样的实施例中，所述传感器节点中的汇聚节点中优选地设置有用于传输数据的USB接口，相应地，在所述船载终端中同样设置有用于传输数据的USB接口，而在其他实施例中，所述传输方式并不仅仅局限于上述USB接口传输，还可以使用无线网络、有限网络甚至蓝牙的方式，但这并不影响本发明的技术方案，在此不予赘述。

再然后，进入步骤S103，所述船载终端处理所述环境参数。本领域技术人员理解，所述船载终端在获得所述环境参数后，优选地将所述环境参数进行存储，进一步地，对所述环境参数进行分析，优选地，在所述船载终端中设置有每一种参数的阈值控制范围，若所述分析的环境参数在上述阈值控制范围内，则继续保持监测，若所述分析的环境参数不在上述阈值控制范围内，优选地发出警报，并生成预警信息，再然后将所述预警信息发送给移动智能终端以及卫星通信终端。

优选地，在所述船载终端中设置有无线网络模块、存储器、中央处理单元、USB接口模块，所述环境参数优选地从USB接口模块获取所述环境参数，并将所述环境参数发送给存储器进行存储，而在另一方面，所述中央处理单元对所述数据进行实时分析，并优选地将所述分析结果通过无线网络模块发给所述移动智能终端，进一步地，还可以将所述分析结果通过卫星通信终端发送到陆地端，进行同步监控。

在执行完步骤S103后，进入步骤S104，若所述船载终端发现异常参数，发出警报，并断开电源，本领域技术人员理解，在所述船载终端中优选地设置有上述参数的阈值，进一步地，所述参数是指环境参数，即所述温度、湿度、噪声、光强度、压力、加速度或者方向的参数数值。

具体地，在一个优选地变化例中，操作人员可以在船载终端的操作系统中人为的对所述参数进行设定，例如，温度参数，优选地将所述温度参数阈值设置为-15°～45°，即在这样的设定中，若所述温度在上述阈值范围内，则表示所述监控正常，若所述温度低于-15°或者高于45°，则说明所述安全监控系统存在安全隐患，需要进行进一步地排查，进一步地，优选地发出警报，并断开电源，停止一切工作，以免造成其他更为严重的后果。

最后，进入步骤S105，所述船载终端实时采集所述环境参数，直到所述环境参数恢复正常，取消警报。本领域技术人员理解，所述步骤S105是在执行完步骤S104后，所述船载终端并未停止工作，仍在实时的采集所述环境参数，进一步地，所述警报将体现在声音以及画面上，优选地在所述船载终端上设置有显示屏，而在所述显示屏上显示上述警报提示，而在其他变化例中，所述警报还可以通过扬声器实现预警，而在另一个实施例中，所述船载终端还可以将所述异常参数发送给移动智能终端，通过移动智能终端实现预警。

进一步地，操作人员在接受到来自所述船载终端的警报后，将采取一定的措施对所述异常参数进行排查检测，进一步地，当所述环境恢复正常后，所述船载终端分析所述实时的环境参数，并确定所述环境是否恢复正常，进一步地，取消警报。

图6示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述传感器节点采集所述环境参数步骤之前的工作流程示意图，所述流程示意图是为所述传感器节点采集所述环境参数所做的准备操作，从而更好的对所述远洋船舶安全监控系统进行监控，具体地，包括如下步骤：

首先，进入步骤S201，对远洋船舶作业区域进行划分，所述步骤是为了对所述船舶进行分布式管理，具体地，可以将所述远洋船舶作业区域划分为甲板、船舱、集装箱等等区域，而在其他变化例中，所述划分方式并不仅仅局限于按照作用不同进行划分，还可以按照船头、船中以及船尾进行划分，但这并不影响本发明的技术方案，在此不予赘述。

然后，进入步骤S202，对所述传感器节点进行编号，本领域技术人员理解，所述传感器节点分为终端节点、路由节点以及汇聚节点，所述终端节点、路由节点以及汇聚节点分布在船舶上的各个部位、角落，进一步地，可以按照节点类型不同对所属传感器节点进行编号，例如，假设所述甲板区域为A，所述甲板区域内第一块区域的第一个终端节点为A11，第二块区域的第五个终端节点为A25，以此类推，这样做可以对所述传感器节点实现集中化分布管理，一旦哪个区域中的传感器节点出现异常，能迅速确定异常位置，为检测修理提供了便捷，提高了效率，从而降低了风险。

最后，进入步骤S203，将所述编号传感器节点进行定位处理，所述步骤的目的是为了更好的实现对所述远洋船舶安全监控系统的各个部位进行全方位的管理，优选地，执行完步骤S202后，优选地将所述每个传感器节点的位置信息传送给所述船载终端，所述船载终端存储上述定位信息，进一步地，所述每一个传感器都具有编号以及编号的位置信息，所述编号是根据所述远洋船舶的甲板、船舱以及集装箱来进行划分的。

图7示出的是根据本发明的具体实施方式的，所述传感器节点采集所述环境参数的工作流程示意图，进一步地，所述工作流程示意图是对所述步骤S101的详细描述，具体地，包括如下步骤：

首先，进入步骤S1011，所述终端节点以及所述路由节点采集所述环境信息，所述终端节点以及所述路由节点均为所述传感器节点，所述传感器节点分为传感器单元、处理单元、无线收发单元以及电源单元，进一步地，所述处理单元控制所述传感器单元采集所述环境信息，所述环境信息包括温度、湿度等等，进一步地，采集所述环境信息是为了更好的对所述远洋船舶安全监控系统进行监测。

然后，进入步骤S1012，所述终端节点以及所述路由节点将所述环境信息转化为环境参数，本领域技术人员理解，在所述传感器单元中，还设置有模数转换模块，所述模数转换模块是一种能够将模拟信号转换为电子信号的电子元件，进一步地，是一种将模拟信号转换为数字信号的电路，具体地，在这样的实施例中，所述环境信息在采集后为一些模拟信号，通过所述模数转换模块，可以将所述模拟信号转化为数字信息，即为环境参数。

再然后，进入步骤S1013，所述终端节点以及所述路由节点将所述环境参数传输给汇聚节点。本领域技术人员理解，所述终端节点以及所述路由节点起到了收集、转化、传输的作用，而所述汇聚节点则起到了汇聚上述环境参数的作用，在这样的实施例中，所述终端节点可以直接将所述环境参数发送给所述汇聚节点，也可以通过所述路由节点进行转发，具体地，根据具体实际情况，若所述终端节点距离汇聚节点较远，通过所述路由节点进行连接，若较近，所述终端节点直接连接所述汇聚节点。所述汇聚节点具有将上述终端节点以及所述路由节点环境参数进行汇聚的作用，所述汇聚节点上优选地设置有用于连接所述船载终端的USB接口，通过所述USB接口，将所述环境参数传输到所述船载终端。

最后，进入步骤S1014，所述汇聚节点将环境参数进行整合。本领域技术人员理解，所述汇聚节点可以根据环境参数的类别不同进行区分，例如，将温度归为一大类，将湿度归为另一大类，而在所述温度类别中，优选地将其按照区域的不同进行划分，例如，在甲板为一类，在集装箱为另一类，进一步地，在所述甲板温度中，示出实时的各个编号的终端节点以及路由节点所监测到的温度情况，进一步地，所述汇聚节点将所述所有环节参数进行整合。

图8示出的是根据本发明的具体实施方式的，在所述船载终端处理所述环境参数的过程中，所述卫星通信终端的工作流程示意图，本领域技术人员理解，所述步骤是为了更好的对步骤S103进行说明，具体地，包括如下步骤：

首先，进入步骤S1031，所述船载终端将所述环境参数发送给所述卫星通信终端，本领域技术人员理解，所述卫星通讯终端主要包括了卫星通讯终端船载端以及卫星通讯终端地面端，所述卫星通讯船载端用于连接所述船载终端以及所述卫星通讯地面端，所述卫星通讯地面端进一步地连接一指挥台，在这样的实施例中，为了更好的对实时监测到的环境参数进行保存以及监测，优选地将所述环境参数发送给地面的指挥台，通过专业的仪器或者人员对所述环境参数进行分析，进一步地，所述船载终端通过ISDN接口与所述卫星通讯终端的船载端连接。

然后，进入步骤S1032，所述卫星通信终端接收所述环境参数数据，在这样的实施例中，优选地，所述卫星通讯终端船载端接收来自所述船载终端的环境参数数据，并将所述环境参数数据通过海事卫星发送给所述卫星通讯终端地面端。

进而进入步骤S1033，所述卫星通信终端处理所述环境参数数据，本领域技术人员理解，所述卫星通信终端地面端部署在远洋船舶或者地面的控制中心，负责数据的远程收发，所述卫星通讯终端地面端接受到所述环境参数数据后，一方面对所述环境参数数据进行解析、保存，一方面将所述环境参数数据转发给其他控制信息平台。

最后，进入步骤S1034，所述卫星通信终端将所述环境参数数据发送给控制信息中心，在这样的实施例中，所述控制信息中心即为所述陆上安全、控制部门，进一步地保护了船舶的驾驶安全、消防安全以及货物安全。

图9示出的是根据本发明的具体实施方式的，所述移动智能终端获取所述环境参数的流程示意图，所述步骤主要说明了船舶操作人员如何通过船舶安全监控系统实现对于船舶环境情况的实时监控，具体地，包括如下步骤：

首先，进入步骤S301，移动智能终端发出请求信息，本领域技术人员理解，在所述步骤S301之前，优选地将所述移动智能终端加入到船舶上船载终端的无线网络中，所述移动智能终端与所述船载终端相关联，更具体地，可以通过所述船载终端对所述接入的移动智能终端设置权限，进一步地，所述移动智能终端上优选地设置有关联所述船载终端的APP，而在其他变化例中，还可以通过网页版进行登录，这都不影响本发明的实施方案，在此不予赘述。

进一步地。所述移动智能终端发出请求信息是指所述移动智能终端向所述船载终端发出请求指令，所述指令包括查看、控制或者其他指令。

然后，进入步骤S302，移动智能终端与所述船载终端产生通信，在这样的实施例中，所述移动智能终端与所述船载终端产生关联，更进一步地，可以通过设置账号密码登陆的形式产生通信，而在其他变化例中，还可以通过指纹、声控等方式实现验证，这都不影响本发明的技术方案，在此不予赘述。

再然后，进入步骤S303，船载终端将实时环境参数发送给所述移动智能终端，在执行完步骤S302之后，所述船载终端确认了所述移动智能终端的身份，并将从所述无线传感器网络中获得的实时环境参数转发给所述移动智能终端。

最后，进入步骤S304，移动智能终端接收所述实施环境参数，进一步地，所述移动智能终端可以通过在线浏览或者在线下载等方式获取到所述实施环境参数，而在一个优选地变化例中，所述移动智能终端浏览的可以为实时的数据，还可以为一曲线表，并优选地将异常参数醒目设置。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

例如，以下是根据本发明示出的另一种优选地实施方式，具体地，本领域技术人员理解，本发明涉及一种基于无线传感器网络和移动智能终端的远洋船舶安全监控系统，它由无线传感器网络、船载终端、移动智能终端和卫星通信终端等组成。无线传感器网络的传感器节点负责采集船舱、甲板和船载集装箱内的各项环境参数，这些数据经无线传感器网络传输到船载终端上。船载终端负责对数据的收集、分析、存储和选择性转发，此外，船载终端还可以向传感器中的开关传感器下发控制命令。船舶工作人员携带的移动智能终端则可以通过无线网络和船载终端进行双工通信，既可以接收数据也可以发送命令。卫星通信终端部署在远洋船舶或者地面的控制中心，负责数据的远程收发。此发明能够实时获取船舶监控区域的数据，当发现灾情隐患时三种终端都可以远程操控开关，从而将损失降到最低。

进一步地，所述基于无线传感器网络和移动智能终端的远洋船舶安全监控系统由无线传感器网络、船载终端、移动智能终端和卫星通信终端等组成。船舶无线传感器网络通过遍布于船舶集装箱、甲板、船舱的传感器采集与船舶安全有关的各项参数。船载终端用以汇集、分析、存储和转发数据，并且可以向传感器节点的执行传感器下发控制命令，从而在突发情况下实现对船舶的控制。移动智能终端用以和船载终端交互，可以让工作人员在移动作业中获取传感网的数据以及下发控制命令。卫星通信终端负责船舶与地面间的远程数据收发。

进一步地，所述的无线传感器网络使用的是分层体系，在这种结构体系中节点被划分在不同级别的子网络中，各子网络分别对应不同的作业区域；在船舶集装箱、甲板、船舱的检测部位安置相应的传感器节点并通过编号的方式以供定位；在各子网络中分为终端节点和路由节点，数据通过网络的最优路径层层传输给路由节点，经路由节点转发给汇聚节点后，由汇聚节点传递给船载终端。

进一步地，所述的移动智能终端为常用的智能手机、平板电脑等搭载有操作系统的电子产品。

进一步地，所述卫星通信终端根据实际需求将船载终端上汇聚的部分或者全部传感器数据以及船舶的GPS信息发送给地面上的卫星通信终端，以供陆上管理人员实时掌握船舶的状态。

本领域技术人员理解，所述船载终端可以对传感网采集的数据进行分析，当环境的某些关键参数出现异常时，船载智能终端会发出报警。

进一步地，所述无线传感器网络不仅具有数据采集功能，传感器节点配置的传感执行单元还可以根据终端下发的命令做出控制操作。

进一步地，所述传感器节点由传感器单元、处理单元、无线收发单元和电源单元组成；传感器单元由传感器和模/数转换模块组成；处理单元由处理器、存储器等嵌入式系统构成；无线收发单元由无线收发模块组成；电源采用微型电池。

本领域技术人员理解，所述无线传感器网络由终端节点、路由节点和汇聚节点组成，终端节点将负责控制传感器并将数据发送给路由节点或汇聚节点，路由节点除具有终端节点的功能外还可以对数据进行路由转发，汇聚节点负责将终端节点和路由节点收集的数据传输给船载终端。

进一步地，本发明通过采用无线传感器网络和移动智能终端实现对船舶的远程监控，实现了船舶安全监控的自动化和实时化。本发明能够远程监控船舶状态、实时获取监控区域的相关数据，当出现异常情况时可以在远程作出应急操作。这样既能减少不必要的人员伤亡又能够让管理人员实时掌握关键的数据，大大减小了危害发生的可能性，提高船舶安全管理水平。

进一步地，所述无线传感器网络使用基于分层的体系结构，这种网络结构正好适合船舶的环境特点，以作业区域的划分来确定子网络的结构，从而可以根据区域的不同来配置不同类型的传感器，进而降低部署的成本。在船舶控制室配置本系统的船载终端用以接收处理从网络传来的信息，并且进行分析、存储和转发，当某些参数超过一定的限值时能够自动报警。卫星通信终端可以将无线传感器网络获取的数据进行整合后发送给陆上安全、控制部门，这对于船舶的驾驶安全、消防安全、货物安全都具有十分重要的意义。本发明能够远程监控船舶状态、实时获取监控区域的相关数据，从而及早发现船舶隐患，采取措施以防患于未然，从而可以极大地提高船舶的安全系数，更好地保证船舶的人员和财产安全。

进一步地，所述系统的传感器网络使用分层的网络结构，在这种体系结构中每个子传感网分别负责一个作业区域(集装箱、甲板、舱室)的监测工作。各个子网络的数据经路由节点和汇聚节点后汇集到船载终端。具体的工作流程如下：

(1)终端传感器节点采集所在区域的水温、空气温湿度、可燃性气体等环境参数，经路由节点和汇聚节点转发到船载终端；

(2)船载终端对环境数据进行分析、存储，并根据需求决定是否向移动智能终端和卫星通信终端转发数据；

(3)若船载终端发现环境参数出现异常，如可燃性气体超标，则发出警报，并可以做出远程断开可燃性气体超标区域的电源，防止火灾的发生。

(4)若船载终端向移动智能终端开放权限，则船载终端具有与船载终端一样的功能(连接卫星终端功能除外)。

(5)若船载终端通过船上的卫星通信终端转发数据，则远方的卫星通信终端持有者也可以在第一时间获取船上的第一手数据。

这里，所述传感器网络采用Zigbee通信协议，汇聚节点与船载终端采用USB接口进行通信，船载终端与移动智能终端采用ISM频段进行通信，船载终端与卫星通信终端通过ISDN接口与卫星通信终端相连接，卫星通信终端则可以选用海事卫星的通信终端。

Claims (18)

1.一种基于无线传感器网络的远洋船舶安全监控系统，其特征在于，至少包括无线传感器网络(1)、船载终端(2)、移动智能终端(3)，所述无线传感器网络(1)与所述船载终端(2)通信连接，所述船载终端(2)与所述移动智能终端(3)通信连接，且所述船载终端(2)还与至少一个卫星通信终端(4)通信连接。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述无线传感器网络(1)由多个传感器节点(11)组成，所述传感器节点(11)分为终端节点(111)、路由节点(112)以及汇聚节点(113)，所述终端节点(111)分别与所述路由节点(112)以及汇聚节点(113)通信连接，所述汇聚节点(113)与所述船载终端(2)通信连接。

3.根据权利要求2所述的监控系统，其特征在于，所述终端节点(111)、路由节点(112)以及汇聚节点(113)均由传感器单元(12)、处理单元(13)、无线收发单元(14)以及电源单元(15)组成，所述电源(15)分别与所述传感器单元(12)、处理单元(13)、无线收发单元(14)电连接，所述处理单元(13)分别与所述传感器单元(12)以及无线收发单元(14)通信连接，所述无线收发单元(14)在工作状态下提供无线传感器网络(1)的正常工作以及移动智能终端(3)的信息收发。

4.根据权利要求3所述的安全监控系统，其特征在于，所述传感器单元(12)包括传感器(121)以及模数转换模块(122)。

5.根据权利要求3或4所述的安全监控系统，其特征在于，所述处理单元(13)包括处理器(131)以及存储器(132)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的安全监控系统，其特征在于，所述无线收发单元(14)由无线收发模块组成。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的安全监控系统，其特征在于，所述电源(15)为微型电源。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的监控系统，其特征在于，所述传感器节点(11)用于采集环境参数，所述环境参数通过所述汇聚节点(113)传输给所述船载终端(2)。

9.根据权利要求8所述的安全监控系统，其特征在于，所述环境参数包括如下种类中的任一种或任多种：

-温度；

-湿度；

-噪声；

-光强度；

-压力；

-加速度；或者

-方向。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的安全监控系统，其特征在于，所述传感器节点(11)被分布于所述远洋船舶的集装箱、甲板和/或船舱。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的安全监控系统，其特征在于，在工作状态下，所述无线传感器网络(1)将环境参数发送给所述船载终端(2)，所述船载终端(2)对所述环境参数进行分析、存储，并将其发送给移动智能终端(3)以及所述卫星通信终端(4)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的监控系统，其特征在于，还包括至少一个卫星通信终端(4)，所述卫星通信终端(4)分为卫星通信终端船载端(41)以及卫星通信终端地面端(42)，所述卫星通信终端船载端(41)分别与所述船载终端(2)以及卫星通信终端地面端(42)通讯连接。

13.一种用于根据权利要求1至12中任一项所述的远洋船舶安全监控系统中对船舶安全进行监控的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、所述传感器节点采集所述环境参数；

b、所述传感器节点将所述环境参数传输给所述船载终端；

c、所述船载终端处理所述环境参数；

d、若所述船载终端发现异常参数，发出警报，并断开电源；

e、所述船载终端将所述异常参数发送给移动智能终端以及所述卫星通信终端；

f、所述船载终端实时采集所述环境参数，直到所述环境参数恢复正常，取消警报。

14.根据权利要求13所述的安全监控系统，其特征在于，在所述步骤a之前，还包括步骤：

i、对远洋船舶作业区域进行划分；

ii、对所述传感器节点进行编号；

iii、将所述编号传感器节点进行定位处理。

15.根据权利要求14所述的安全监控系统，其特征在于，在所述步骤a中，包括如下步骤：

a1、所述终端节点以及所述路由节点采集所述环境信息；

a2、所述终端节点以及所述路由节点将所述环境信息转化为环境参数；

a3、所述终端节点以及所述路由节点将所述环境参数传输给汇聚节点；

a4、所述汇聚节点将环境参数进行整合。

16.根据权利要求13所述的安全监控系统，其特征在于，所述步骤c还包括如下步骤：

c1、所述船载终端将所述环境参数发送给所述卫星通信终端；

c2、所述卫星通信终端接收所述环境参数数据；

c3、所述卫星通信终端处理所述环境参数数据；

c4、所述卫星通信终端将所述环境参数数据发送给控制信息中心。

17.根据权利要求10或11所述的安全监控系统，其特征在于，在所述步骤c之后，还包括如下步骤：

I、移动智能终端发出请求信息；

II、移动智能终端与所述船载终端产生通信；

III、船载终端将实时环境参数发送给所述移动智能终端；

IV、移动智能终端接收所述实时环境参数。

18.根据权利要求12所述的安全监控系统，其特征在于，在所述e之后，还包括如下步骤：

e′、所述移动智能终端接收所述异常参数，同时向所述船载终端发出控制指令。