CN107240245A - 基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，包括爆炸物传感监测模块、报警模块和爆炸物测控管理中心，所述的报警模块与爆炸物测控管理中心远程通信连接，爆炸物传感监测模块用于通过无线传感器网络采集微量爆炸物的化学量参数信息，并将微量爆炸物的化学量参数信息发送至爆炸物测控管理中心，爆炸物测控管理中心对微量爆炸物的化学量参数信息进行分析处理，在化学量参数信息异常时将化学量参数信息和异常爆炸物的定位信息发送至报警模块进行报警。本发明通过无线传感器网络实现了微量爆炸物的智能监测，成本低。

Description

基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统

技术领域

本发明涉及公共安全监测技术领域，具体涉及基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统。

背景技术

相关技术中，应用的炸药类检测系统主要是光谱类仪器，比如基于核子四极谐振法，基于X射线法等，不能微型化，价格高，显然不能满足公共安全监测的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，包括爆炸物传感监测模块、报警模块和爆炸物测控管理中心，所述的报警模块与爆炸物测控管理中心远程通信连接，爆炸物传感监测模块用于通过无线传感器网络采集微量爆炸物的化学量参数信息，并将微量爆炸物的化学量参数信息发送至爆炸物测控管理中心，爆炸物测控管理中心对微量爆炸物的化学量参数信息进行分析处理，在化学量参数信息异常时将化学量参数信息和异常爆炸物的定位信息发送至报警模块进行报警。

本发明的有益效果为：通过无线传感器网络实现了微量爆炸物的智能监测，成本低。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明监控基站的连接框图。

附图标记：

爆炸物传感监测模块1、报警模块2、爆炸物测控管理中心3、电源管理模块10、计算机接口20、无线通信模块30、中央处理器40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，包括爆炸物传感监测模块1、报警模块2和爆炸物测控管理中心3，所述的报警模块2与爆炸物测控管理中心3远程通信连接，爆炸物传感监测模块1用于通过无线传感器网络采集微量爆炸物的化学量参数信息，并将微量爆炸物的化学量参数信息发送至爆炸物测控管理中心3，爆炸物测控管理中心3对微量爆炸物的化学量参数信息进行分析处理，在化学量参数信息异常时将化学量参数信息和异常爆炸物的定位信息发送至报警模块2进行报警。

优选地，所述的爆炸物传感监测模块1包括爆炸物化学传感节点、汇聚节点、监控基站，爆炸物化学传感节点用于采集微量爆炸物的化学量参数信息，并将采集的微量爆炸物的化学量参数信息发送至汇聚节点，汇聚节点用于对爆炸物化学传感节点发送的微量爆炸物的化学量参数信息进行收集和融合，其与监控基站无线通信连接，所述监控基站通过以太网与所述爆炸物测控管理中心3通信连接。

优选地，所述爆炸物测控管理中心3包括：数据库，用于保存微量爆炸物的化学量参数信息，还用于查询微量爆炸物的化学量参数信息；数据分析异常报警模块，用于对微量爆炸物的化学量参数信息进行分析处理，以及在化学量参数信息异常时将化学量参数信息和异常爆炸物的定位信息发送至报警模块2进行报警。

优选地，所述监控基站包括电源管理模块10、计算机接口20、无线通信模块30和中央处理器40，电源管理模块10用于提供所需电源；计算机接口20用于实现监控基站接入公网；无线通信模块30用于实现与所述爆炸物化学传感节点或汇聚节点的无线通信；中央处理器40，用于处理接收到的数据信息，存放各种变量以及缓存微量爆炸物的化学量参数信息。

本发明上述实施例通过无线传感器网络实现了微量爆炸物的智能监测，成本低。

优选地，首轮发送微量爆炸物的化学量参数信息时，爆炸物化学传感节点直接将微量爆炸物的化学量参数信息发送至汇聚节点，汇聚节点对该微量爆炸物的化学量参数信息进行解码，若解码成功，该爆炸物化学传感节点将后续的微量爆炸物的化学量参数信息也直接发送至汇聚节点，若解码不成功，爆炸物化学传感节点选择其他爆炸物化学传感节点作为中转节点来辅助发送微量爆炸物的化学量参数信息至汇聚节点，其中，该爆炸物化学传感节点选择下一跳的中转节点时，具体执行：

(1)设H_ij表示爆炸物化学传感节点H_i的第j个邻居节点，P(H_ij)表示H_ij的择优连接概率值，根据下列公式确定爆炸物化学传感节点的邻居节点的择优连接概率值：

式中，表示H_ij的节点度，其中节点度表示该爆炸物化学传感节点的直接相邻的节点的数目，表示H_ij的邻居节点的平均节点度，表示H_ij与爆炸物化学传感节点H_i之间的接收信号强度指示值，表示H_ij的邻居节点的平均接收信号强度指示值，R为设定的权重调整系数；

(2)对各邻居节点按照择优连接概率值从大到小的顺序进行排列，形成备选中转节点列表，爆炸物化学传感节点从其备选中转节点列表中选择择优连接概率值最大的作为下一跳中转节点。

本优选实施例定义了下一跳中转节点的选择策略，从而实现快速有效的最优中转节点选取，方法简单便捷，在选择中转节点时，以爆炸物化学传感节点的相对节点度和相对链路质量状况作为筛选因素，从而选择不容易失效、链路质量最优的中转节点来辅助传输微量爆炸物的化学量参数信息，保证微量爆炸物的化学量参数信息传输的可靠度。

优选地，爆炸物化学传感节点在发送微量爆炸物的化学量参数信息时不断调整自身的发射功率，具体为：

(1)在发送微量爆炸物的化学量参数信息前，爆炸物化学传感节点H_i以最大发射功率向其他爆炸物化学传感节点发送邻居确认消息，任意爆炸物化学传感节点收到邻居确认消息后，向H_i发送反馈消息，反馈消息包括自身节点标识、当前剩余能量值、初始最大能量值、接收信号强度值以及与H_i通信时的最小发射功率，爆炸物化学传感节点H_i根据反馈消息按照由小到大的顺序排列得到的最小发射功率，形成最小发射功率列表，并定义为{Q_i1,Q_i2,…,Q_in}，n表示爆炸物化学传感节点H_i的邻居节点数目；

(2)爆炸物化学传感节点H_i开始时以Q_i1发送微量爆炸物的化学量参数信息，并按照{Q_i1,Q_i2,…,Q_in}的顺序依次更新发射功率，并依次计算不同发射功率时的节点性能评价值，设U(Q_ix)表示爆炸物化学传感节点H_i在发射功率为Q_ix时的节点性能评价值，其中x＝1,…,n，％_ix为爆炸物化学传感节点H_i在发射功率为Q_ix时具有的邻居节点数目，U(Q_ix)的计算公式为：

其中，表示爆炸物化学传感节点H_i在发射功率为Q_ix时的第5个邻居节点，分别为的当前剩余能量、初始能量，为H_i,之间的链路质量值，为H_i,之间的欧式距离，W_T、D_T分别为人为设定的标准链路质量值、标准欧式距离值，β为设定的权重调整系数；

(3)当满足下列功率更新停止条件时，爆炸物化学传感节点H_i停止发射功率更新，并将Q_ix作为最优发射功率，按照最优发射功率进行后续微量爆炸物的化学量参数信息传输：

式中，Q_ix+1表示在{Q_i1,Q_i2,…,Q_in}中发射功率Q_ix的后一个发射功率。

本优选实施例设置了爆炸物化学传感节点的功率调整策略，其中还定义了节点性能评价值的计算公式，该计算公式利用爆炸物化学传感节点在当前发射功率下的邻居节点能量和距离来衡量爆炸物化学传感节点的性能，能够在一定程度上体现爆炸物化学传感节点的负荷承受能力和微量爆炸物的化学量参数信息传输效率；

本优选实施例以爆炸物化学传感节点的发射功率作为控制条件，计算不同发射功率下爆炸物化学传感节点的节点性能评价值，并采用取值较为稳定时的最小发射功率作为最优发射功率进行后续微量爆炸物的化学量参数信息传输，能够均衡各爆炸物化学传感节点的能耗和负载，增大爆炸物化学传感节点的传输微量爆炸物的化学量参数信息的效率，从而在整体上延长了爆炸物传感监测模块1的网络生命周期。

优选地，H_i,之间的链路质量值按照下列公式计算：

式中，表示链路H_i,之间H_i的接收信号强度值，表示链路H_i,之间的接收信号强度值。

爆炸物化学传感节点之间进行相互通信时，正向和反向的链路质量并不一致，因此容易导致信息传输不准确，从而导致爆炸物化学传感节点不能成功传输信息，本优选实施例用正反两向的接收信号强度指示值来计算H_i,之间的链路质量值，能够更准确地反映H_i,之间的链路质量，从而为爆炸物化学传感节点的发射功率的优化调整奠定良好的基础，进一步保证各爆炸物化学传感节点的能耗和负载均衡。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征是，包括爆炸物传感监测模块、报警模块和爆炸物测控管理中心，所述的报警模块与爆炸物测控管理中心远程通信连接，爆炸物传感监测模块用于通过无线传感器网络采集微量爆炸物的化学量参数信息，并将微量爆炸物的化学量参数信息发送至爆炸物测控管理中心，爆炸物测控管理中心对微量爆炸物的化学量参数信息进行分析处理，在化学量参数信息异常时将化学量参数信息和异常爆炸物的定位信息发送至报警模块进行报警。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征是，所述的爆炸物传感监测模块包括爆炸物化学传感节点、汇聚节点、监控基站，爆炸物化学传感节点用于采集微量爆炸物的化学量参数信息，并将采集的微量爆炸物的化学量参数信息发送至汇聚节点，汇聚节点用于对爆炸物化学传感节点发送的微量爆炸物的化学量参数信息进行收集和融合，其与监控基站无线通信连接，所述监控基站通过以太网与所述爆炸物测控管理中心通信连接。

3.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征是，所述爆炸物测控管理中心包括：数据库，用于保存微量爆炸物的化学量参数信息，还用于查询微量爆炸物的化学量参数信息；数据分析异常报警模块，用于对微量爆炸物的化学量参数信息进行分析处理，以及在化学量参数信息异常时将化学量参数信息和异常爆炸物的定位信息发送至报警模块进行报警。

4.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征是，所述监控基站包括电源管理模块、计算机接口、无线通信模块和中央处理器，电源管理模块用于提供所需电源；计算机接口用于实现监控基站接入公网；无线通信模块用于实现与所述爆炸物化学传感节点或汇聚节点的无线通信；中央处理器，用于处理接收到的数据信息，存放各种变量以及缓存微量爆炸物的化学量参数信息。

5.根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征是，首轮发送微量爆炸物的化学量参数信息时，爆炸物化学传感节点直接将微量爆炸物的化学量参数信息发送至汇聚节点，汇聚节点对该微量爆炸物的化学量参数信息进行解码，若解码成功，该爆炸物化学传感节点将后续的微量爆炸物的化学量参数信息也直接发送至汇聚节点，若解码不成功，爆炸物化学传感节点选择其他爆炸物化学传感节点作为中转节点来辅助发送微量爆炸物的化学量参数信息至汇聚节点。

6.根据权利要求5所述的基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统，其特征是，爆炸物化学传感节点在发送微量爆炸物的化学量参数信息时不断调整自身的发射功率，具体为：

(1)在发送微量爆炸物的化学量参数信息前，爆炸物化学传感节点H_i以最大发射功率向其他爆炸物化学传感节点发送邻居确认消息，任意爆炸物化学传感节点收到邻居确认消息后，向H_i发送反馈消息，反馈消息包括自身节点标识、当前剩余能量值、初始最大能量值、接收信号强度值以及与H_i通信时的最小发射功率，爆炸物化学传感节点H_i根据反馈消息按照由小到大的顺序排列得到的最小发射功率，形成最小发射功率列表，并定义为{Q_i1,Q_i2,…,Q_in}，n表示爆炸物化学传感节点H_i的邻居节点数目；

(2)爆炸物化学传感节点H_i开始时以Q_i1发送微量爆炸物的化学量参数信息，并按照{Q_i1,Q_i2,…,Q_in}的顺序依次更新发射功率，并依次计算不同发射功率时的节点性能评价值，设U(Q_ix)表示爆炸物化学传感节点H_i在发射功率为Q_ix时的节点性能评价值，其中x＝1,…,n，N_ix为爆炸物化学传感节点H_i在发射功率为Q_ix时具有的邻居节点数目，U(Q_ix)的计算公式为：

其中，表示爆炸物化学传感节点H_i在发射功率为Q_ix时的第a个邻居节点，分别为的当前剩余能量、初始能量，为H_i,之间的链路质量值，为H_i,之间的欧式距离，W_T、D_T分别为人为设定的标准链路质量值、标准欧式距离值，β为设定的权重调整系数；

(3)当满足下列功率更新停止条件时，爆炸物化学传感节点H_i停止发射功率更新，并将Q_ix作为最优发射功率，按照最优发射功率进行后续微量爆炸物的化学量参数信息传输：

式中，Q_ix+1表示在{Q_i1,Q_i2,…,Q_in}中发射功率Q_ix的后一个发射功率。