CN107250845B - 用于通过灯网络检测地震并定位震中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于通过使用灯网络来检测地震活动的方法，该灯尤其为布置在多个街道(42)上的路灯(43)。每个灯包括具有控制模块，该控制模块具有用于长程通信及短程通信两者的设施，该控制模块与其他控制模块进行分组并且与分组控制器相关联以创建短程网络或网状网络。每个控制模块包括能够检测地震活动的传感器，并且有关该活动的数据可以使用长程通信经由每个控制模块的分组控制器被传送到中央服务器。即使传感器相对不精确，网络中存在大量的这种传感器也使得能够在服务器处使用控制模块提供的地理坐标信息来检测并分析该活动。有关地震的震中的信息可以被确定并分配给位于检测到的地震活动(50)附近的控制模块，以给附近的人们提告警示灯信号。

Description

用于通过灯网络检测地震并定位震中的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过灯网络检测地震并定位震中的方法，这些灯特别地为路灯。

背景技术

本领域的现有技术显示地震能够被识别并且其震中可以通过地震仪的网络来定位。此外，安装了用于对海啸进行告警的精密告警系统以尽可能地防止人员伤害。两个系统并存并且安装起来工作量大。

发明内容

本申请所描述的发明旨在创建一种高度故障防护系统来解决上述问题，该系统操作起来成本更低。

该任务通过权利要求1中描述的方法以及权利要求16中描述的网络来解决。本发明的有利实施例参照上述权利要求以及以下说明在从属权利要求中进行了描述。

根据本发明的方法可以用来低成本地识别地震并定位地震的震中。同时，故障防护网络可以将消息传送给道路使用者。

根据本发明的方法，首先利用多个控制模块，该多个控制模块中的每一个被分配或者将被分配给一个灯，并且该多个控制模块中的每一个配备有长程通信模块(例如GSM、GPRS、铱系统或另一蜂窝网络或者以太网连接)、短程通信模块(ZigBee、6LoWPAN等)、优选地还配备有近场通信模块或地理坐标模块以基于GPS(全球定位系统)、GLONASS(全球导航卫星系统)、Galileo(伽利略卫星导航系统)、BeiDou(北斗卫星导航系统)或其他尤其基于卫星的定位系统来确定控制模块的位置、控制器以及附加的控制输出(例如基于数字可寻址照明接口DALI，或者基于0-10V或1-10V)。控制模块中的至少一些包括至少一个用于检测加速度和/或地震波的传感器。控制输出能够将控制信号传送给灯(优选为路灯)的发光体的驱动器上。此外，网络配备有经由长程通信模块可达的至少一个服务器。长程通信模块可以基于不同的技术。例如，这些技术可以是蜂窝网络、IP网络或长程端对端网络。该服务器上能够运行合适的用于远程管理的软件，尤其是用于与灯网络通信以及用于对灯网络操作的软件。为了安装和操作网络，控制模块被划分成一个或多个控制模块分组，其中该划分基于控制模块所提供的有关环境、灯和/或控制模块的信息并且由其中一个服务器来执行。

作为环境信息，除了地理坐标之外，可以将短程网络中的相邻控制模块有关的信息(例如连接质量和/或其它RF特性和/或邻表)和/或环境专用信息(例如周围的光照强度)考虑在内。关于灯的信息可以是与所分配的灯使用的发光体、发光体的驱动器和/或其它细节(例如，当前光强度或昏暗度)有关的信息。控制模块信息尤其是用于清楚识别控制模块的信息，例如该控制模块的IP地址或另一UID(Unique Identifier，唯一标识符)。根据本发明，服务器针对每个分组选择一个控制模块、或者在单个分组的情况下选择该分组作为分组控制器。该分组控制器选择优选地由服务器来执行。相应分组的其他控制模块使用其短程通信模块与该控制器通信。这意味着分组内的通信使用相应的短程通信模块。在分组内，分组的控制模块经由其相应的短程通信模块形成短程通信网络、优选地形成网状网络。这导致快速且有故障防护的通信，特别地在每个分组的控制模块的数量尤其被限制为不超过200个、优选地不超过50个控制模块的情况下。

在网络的正常操作过程中，优选地，分组控制器仅将分组控制器自身的环境信息、灯信息和/或控制模块信息、以及从其他控制模块接收的相应信息经由长程通信模块传送给服务器。根据本发明，传送用于对包括传感器的控制模块的加速度和/或地震波进行检测的传感器的信息以及对应控制模块的地理坐标模块的信息。该信息可用于分析地震或其他冲击的发生，并且在必要时通过短程通信模块网络传送给分组控制器。

基于传送至服务器的传感器信息和地理坐标信息，服务器尤其能够对控制模块的传感器所传送的信息进行分析以识别地震波和/或地震。

为此，正常操作可以理解为网络的常用操作，在该网络的常用操作中，网络的每个控制模块被分配给分组并且所有控制模块执行实际任务来控制灯。

对于上文及下文描述的方法，信息的传送总是通过基于专用的通信协议传送相应数据来执行的。

类似于此的网络设置导致比之前的网络系统更稳定的操作。由于分组内的各个控制模块存在冗余设置，所以在分组控制器由于地震而导致故障的情况下，服务器可以容易地确定新的分组控制器。一旦在分组(即在短程通信网络级，PAN为个人局域网络)内声明了新的分组控制器，则未被定义为分组控制器的其他控制模块经由该分组控制器建立自身的连接。这意味着服务器可以继续控制并监视系统。同时，每个分组的单个有效控制模块(分组控制器)的花费显著低于所有控制模块经由各自的长程模块单独与服务器进行通信的网络。

如网状网络那样的内部分组网络的设置还改进了系统的稳定性及在PAN级上的通信。

上文和下文中为解释方法步骤所使用的“与”(with)并非必须表示所连接的方法步骤是同时的。更确切地，这些处理步骤可以(但不是必须)是同时进行的。

通过优选地直接集成在控制模块中的加速度传感器记录的数据可以与时间信息一起经由分组控制器及其长程通信模块传送给服务器，该时间信息使得能够确定传感器获取任意给定测量数据的时间。优选地，该时间信息由地理坐标模块确定。在一个实施例中，时间信息在每天在预定时刻使用实时时钟和正在发生的事件进行同步，和/或在该同步后进行的测量与该同步是有效相关的。

即使传感器是相对不精确的，由于控制模块和分组控制器所传送的地理坐标，安装在网络中的大量的灯的控制模块也使得能够检测到地震波并根据地震波的位置和时间在服务器上对其进行分析。这意味着甚至在微弱信号和/或不精确信号的情况下，P波和/或S波的分辨率也足以在地震过程中制作出相对详细的图像。因此，可以从该信息以及控制模块的本地分布中提取有关地震震中的信息。这可以在网络服务器上或者在分配给地震中心的特殊服务器上执行。

因此，由从服务器到分组控制器或控制模块的信号触发的对灯进行控制的信号可以用作后续的海啸预警或地震预警，例如通过发出事先通知人们的灯信号。这些灯信号可以是具有临时传播强度和/或空间传播强度的光图案，例如沿着街道行进的波状光信号。

如果用于在时间限制内记录新的相邻模块信息的命令可以由经受破坏性事件的频率的服务器和/或指定数量的替换和/或新安装的控制模块来发送或传输，则对故障防护操作而言是有益的。为此，控制模块可以切换到另一PAN内部通信模式，经由各自的短程通信模块联系相邻控制模块并记录这些相邻控制模块以及与这些相邻控制模块的连接质量。一旦超过了指定时间和/或在识别了指定数量的紧密相邻的模块后，该信息能够与其它地理信息和/或灯信息和/或控制模块专用信息一起经由各自的短程通信模块被传送到分组控制器，或者在连接有效时，经由长程通信模块被传送到服务器。在必要时，服务器可以使用该信息来检验分组划分和/或分组控制器分配、执行和/或修改该划分/分配。这补偿了由地震导致的控制模块和/或灯的故障。

根据本发明的方法的另一改进，与多个分组相关的信息可以在相邻分组之间进行交换。为了确保可以快速地传送与多个分组相关的特定传感器信息或者与多个分组相关的基于传感器信息的数据，例如为了触发光信号，能够将各自的信息经由长程网络直接传送给相邻分组的控制模块从而将服务器旁路是有益的。特别地，该信息可以从配备有产生该信息的传感器的控制模块被直接传送。因此，可以经由长程网络供应商执行该通信而不必使用服务器。出于协议目的，可以向服务器通知各个信息。特别地，该信息的传送使用长程网络中已知的分组控制器。

作为替代方案，将与多个分组相关的基于传感器信息的数据经由短程网络直接传送给相邻分组，将服务器旁路，其中使用与在分组内的正常操作期间所使用的频带不同的频带优选地传送该数据。为此，短程模块的复用操作再次成为优点。

为了确保即使在出现紧急状况时操作依然灵活，如果在服务器上的相应软件中能够进行用于交换与多个分组相关的数据的控制模块的无关分组的选择，则是有益的。这可以以图形化的方式来支持，例如在总览图中对将交换传感器信息的那些控制模块进行标记。这意味着，例如经由长程通信不再可达的控制模块的分组可以通过相邻分组到达。

为了设置相对有故障防护的网状网络，各分组控制器从服务器接收与该分组控制器的分组中的成员有关的数据并且分组控制器确定自身为与其他分组成员相关的分组控制器是有利的。作为替代方案或附加方案，其他分组成员可以接收关于通信路径或所需分组控制器的数据，从而确保与服务器的通信不存在问题。

因此，服务器所提供的信息可以是用于控制模块的信息，该控制模块将信息告知给同一分组中的相邻控制模块。例如，服务器可以通过观察各控制模块的地理坐标提取该数据。

为了在失效或故障后没有延迟地尽快启动网络，控制模块可以第一次启动后自动地扫描短程网络中的其它控制模块，从而创建内部相邻模块表，该内部相邻模块表包含短程网络中最接近的的相邻模块。稍后可以将该列表传送给服务器。特别地，在设置网状网络并分配了分组控制器后，该相邻模块信息能够与其它的灯专用信息或控制模块专用信息一起传送到服务器。

除了基于失效或者基于分组新的控制模块的数量的请求对其短程网络环境相关的信息进行观察外，模块能够优选地在预定时刻和/或由于服务器的初始化而对信息进行记录。为此，经由分组控制器对网状网络中到服务器的通信进行短时间的限制并且仅允许基于短程模块及相应协议观察网状网络中的最接近的相邻模块并与之通信是有帮助的。这用来创建相邻模块表或列表，其中，同时记录有与信号强度和/或各相邻模块的连接的质量有关的信息。该信息可以被缓存和/或存储，然后经由分组控制器进行传送、或者在控制模块的所有长程通信模块有效的情况下，直接传送到服务器。

为了有针对性地检查或检验多个控制模块的状态，这些控制模块应该在预定义的查询(例如在能够基于预定义的或可定义的极限值来确定并检验控制模块密集度的处理)之前优选地由服务器预先选择。接下来，如果极限值被超过，则可以初始化环境信息、灯信息和/或控制模块专用信息的重新确定。

为了使服务器能够选择合适的分组控制器，以下操作是有益的：各控制模块记录并保存有关这些控制模块在短程网络中的UID、在长程网络中的IP地址、在近场网络中的UID、特定于灯专用信息、在短程网络中的多个邻居(短程网络中特别地多达50个、优选地多达10个相邻控制模块)的数据(包括相邻控制模块的UID和/或扫描过程中相邻控制模块的连接质量)，然后在给定时间内将该信息(数据)经由分组控制器传送到服务器。如果控制模块是有效的(即配备有有效长程网络接入)，则服务器可以直接从控制模块接收该信息。

网络调试及划分成分组和/或分组控制器的分配优选地能够自动地在服务器上执行。作为替代方案或附加方案，划分成分组和/或分组控制器的分配可以由用户输入改变。例如，如果服务器上运行的程序导致对分组控制器的模糊选择，则是有益的。

为了将网络中的延迟保持在所需水平之下，较优地应当由服务器为每个分组分配在服务器上设定最大可定义数量的控制模块，可以200个控制模块为上限。对高达2000个灯的测试和仿真表明，更大的网络分组中的延迟变得太大而不能保证对网络状态的正确操作以及定期检查。

优选地，控制模块的数量应该每组小于150个、特别地小于50个控制模块。

为了实现由短程网络进行环境信息检测以及在短程网络中的通信以使得正常操作(与服务器的通信)问题更少，短程网络中的相应通信在所述网络的不同频带上发生是有益的。优选地，同一天线可以用于此(复用操作)。

根据本发明的灯、尤其是路灯配备有开头描述的控制模块，该控制模块配备有至少一个用于检测加速度和/或地震波的传感器。此外，如上所述，控制模块配备有长程通信模块、短程通信模块和地理坐标模块(GPS、GIonass、北斗等等)。此外，安装了对灯的驱动器进行控制的控制输出(0-10V或1-10V，数字可寻址照明接口)以及多个电源装置。

特别地，传感器为尤其适于记录地震波的对称差动电容式式传感器。

根据本发明设计成执行上文及下文所描述的方法的网络是开始所述任务的解决方案，正如配备有大量如上文及下文所描述的灯和/或适于执行根据本发明的方法的网络。

附图说明

参照以下附图说明进一步示出了本发明的优点及详细特征。示意图示出了：

图1：根据本发明的网络，

图2：根据图2的对象的组件，

图3：根据本发明的方法的工作网络，以及

图4：根据图3的对象的组件。

具体实施方式

以下描述的设计示例的单独技术特征还可以与上文所述的设计示例以及独立权利要求和其它进一步权利要求的特征相结合以形成根据本发明的对象。如有必要，则功能上的等效元件具有相同的附图标记。

本发明包括网络，该网络包含服务器和多个灯具，每个灯具具有用于控制自身操作的控制器或控制模块。每个控制器通过GSM调制解调器或者小功率无线网络(LPRN，lowpower radio network)连接并决定该控制器如何最佳地与服务器通信。在优选实施例中，控制器能够通过分组控制器形成小型网络，分组控制器具有在小型网络内共享的有效GSM调制解调器，通过该有效GSM调制解调器在运营商GSM网络上实现与服务器的通信。

由于每个控制器与分组控制器通信，所以在每个小型网络中不需要存在超过一个的有效GSM调制解调器，其优点在于能够降低成本(GSM网络成本)。每个控制器使用LPRN来通过使用IPv6协议的6LoWAN与其分组控制器通信。因此，每个小型网络包括因特网协议版本6((1Pv6)网络，并且该网络内的通信仅使用IPv6协议。

服务器也使用IPv6进行操作。然而，为了将信息从各分组控制器传送到服务器，需要GSM网络，并且目前，这些操作使用因特网协议版本4(IPv4)协议。这意味着分组控制器和服务器之间的通信需要从IPv6转换成IPv4以在GSM网络上传送，然后在服务器上再转换回来。此外，GSM网络上的通信进行了加密并且是安全的，该加密是根据合适的加密协议提供的。

服务器可以对通过GSM网络从分组控制器接收的加密通信进行解密，并且也可以对用于通过GSM网络传送给分组控制器的通信进行加密。这提供了分组控制器和服务器之间的端对端的加密通信。

根据本发明的方法，图1示出了分配给分组控制器2的多个控制模块1。分组控制器2的硬件与控制模块1的硬件相同。然而，仅单独的分组控制器2可以使用长程连接3与服务器4通信。典型地，这是接入本地蜂窝网络供应商，则服务器可以通过本地蜂窝网络供应商基于IP-WAN保持可访问。服务器和分组控制器之间的通信可以例如经由公共因特网协议(TCP/IP)来执行。

在分组7内，控制模块经由短程连接6彼此通信。优选地，该通信基于IEEE802.15.4标准(例如ZigBee)的网状网络。

单独分组7的控制模块1、2通常看不到彼此，因而不会彼此干扰。然而，为了与多个分组通信，位于相邻位置的控制模块可以使用短程连接8来在分组之间共享/交换或者转发传感器数据。这则能够用于发起诸如增加光量(light volume)之类的动作。作为替代方案，该通信也可以使用对应的分组控制器2，该分组控制器2可以通过在因特网上的IP地址看到彼此。控制模块可以与其它控制模块通信的信息以及该模块能够通信的方式在服务器上定义，并且例如在分组之间的短程通信的情况下特别地通过每个控制模块的复用单元来执行。

根据本发明的用于灯的控制模块(能够用来实施上述方法)优选地设计成可以安装独立单元，该独立单元能够安装在例如路灯的灯头上(参照图4)。图2示出了外部安装的控制模块的关键组件的进一步细节。该分解图包括控制模块、顶部壳体部33和底部壳体部34。底部壳体部通过密封件36被紧固到底座上，该底座安装在灯的顶部。底部壳体部通过卡扣式扭接触件37与底座连接。这些接触件37被紧固在壳体34以及中间电路板单元38的位置中。另外，控制器39、短程和长程通信模块以及尤其用于检测地震波的加速度传感器单元41位于该电路板单元中。

该图并没有示出RFID阅读器，其可以安装在灯壳体侧的底座中以记录近场中的RFID应答器的灯专用数据。

图3示出了具有多条数百米长度的街道42的街道网络。具有各自控制模块的多个路灯43沿这些街道放置。控制模块中的每一个配备有用于检测地震波的传感器。这些传感器可以是简单的加速度传感器。作为替代方案，可以在路灯中集成更复杂的地震计。

根据图4，由于路灯与地面一体化以及灯例如通过贫混凝土层44、地基管道45或密集填充材料46与地面的固定安装及连接，所以控制模块中的位于灯头48内或灯头48上的加速度传感器可以容易地记录在地面中或经由长杆49沿表面传播的地震波。作为替代方案或附加方案，具有高分辨率的地震计52能够位于长杆49的底部并且经由数据线(未示出)与控制模块2连接。该系统的显著优点在于分布在大表面上的大量传感器可以几乎同时进行评估，从而可以对为图3中的虚线所示的地震波50的检测进行分析。同时，设置了信息系统，该信息系统的灯信号能够同时通知多个道路使用者。

Claims (16)

1.一种用于检测地震的方法，所述方法包括以下步骤：

·提供包括多个灯的灯网络，每个灯具有与该灯相关联的控制模块(1，2)，每个控制模块包括：

-长程通信模块，

-短程通信模块，

-地理坐标模块，

-控制器(39)，

每个控制模块可操作为提供控制输出以控制灯的驱动器，

·在所述控制模块的至少一些中提供至少一个用于检测加速度和地震活动中的至少一个的传感器(41)，

·提供至少一个服务器，所述至少一个服务器通过所述长程通信模块来访问，

·基于所述控制模块(1，2)提供的环境信息、灯信息及控制模块信息中的至少一个，将所述控制模块分成一个或多个控制模块分组，

·选择每个分组的所述控制模块(1，2)中的一个作为分组控制器(2)，

·由该分组中的所述分组控制器(2)和其他控制模块(1)通过各自的短程通信模块形成短程网络，

·经由所述控制模块(1)的所述短程通信模块，将传感器信息和地理坐标信息从所述控制模块(1)传送到相关联的所述分组控制器(2)，

·在网络正常操作过程中，经由所述长程通信模块将传感器信息和地理坐标信息从所述分组的分组控制器(2)传送到所述至少一个服务器，其中仅所述分组控制器(2)经由所述长程通信模块与所述至少一个服务器通信，

·对地理坐标信息和控制模块传感器(41)所提供的传感器信息进行分析以识别地震波的存在，以及

·在分组的所述分组控制器(2)故障的情况下，在所述服务器上确定新的分组控制器(2)并使用所述短程通信模块经由所述新的分组控制器建立与未被定义为分组控制器(2)的其他控制模块(1)的连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，时间信息包括在所述传感器信息和所述地理坐标信息中的至少一个中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述短程通信模块包括网状网络。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述短程通信模块使用ZigBee和6 LoWPAN中的至少一个。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述长程通信模块使用以下各项中至少之一：GSM、GPRS、铱系统、蜂窝网络以及以太网连接。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述地理坐标模块使用以下各项中至少之一：GPS、GLONASS、伽利略卫星导航系统、北斗卫星导航系统和基于卫星的定位系统。

7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括将用于控制灯的服务器信号从所述服务器(4)传送到所述分组控制器(2)和所述控制模块(1)中的至少一个的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括基于所述服务器信号创建具有时间传播强度和空间传播强度中的至少一个的灯图案的步骤。

9.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

·从所述服务器发出用于在时间限制内记录相邻模块信息的请求，

·使用分组的所述控制模块(1，2)记录相邻控制模块以及所述控制模块经由其短程通信模块与所述相邻控制模块连接的质量，

·将该信息传送到以下各项中至少一个：经由所述控制模块的短程通信模块将该信息传送到所述分组控制器(2)，经由所述控制模块的长程通信模块将该信息传送到所述服务器，

·在所述服务器上检验所述分组划分及所述分组控制器分配，

·根据所述相邻模块信息，在所述服务器上更新所述分组划分和所述分组控制器分配中的至少一个。

10.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

·在所述服务器上对用于交换与多个分组相关的数据的控制模块进行选择而不考虑所述分组。

11.根据权利要求1或2所述的方法，还包括经由所述长程通信模块将与多个分组相关的传感器信息传送到相邻分组的控制模块，将所述服务器旁路。

12.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

·经由所述短程网络并且将所述服务器旁路，将与多个分组相关的基于传感器的数据直接传送到相邻分组的所述控制模块(1，2)。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，对与多个分组相关的基于传感器的数据进行传送的步骤发生在与分组内的正常操作不同的频带上。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，对与多个分组相关的基于传感器的数据进行传送的步骤发生在与分组内的正常操作不同的频带上。

15.一种灯网络，包括多个控制模块(1，2)，所述多个控制模块中的每个控制模块被分配给一个灯并包括：

-短程通信模块，适于与其他控制模块通信，

-长程通信模块，适于与服务器通信，

-地理坐标模块，以及

-控制输出，用于控制灯的驱动器，

其中，所述控制模块中的至少一些包括至少一个用于检测加速度和地震波中的至少一个的传感器(41)；

其中，

所述灯网络包括至少一个服务器，所述至少一个服务器通过所述长程通信模块来访问；

基于所述控制模块(1，2)提供的环境信息、灯信息及控制模块信息中的至少一个，所述控制模块被分成一个或多个控制模块分组；

每个分组的所述控制模块(1，2)中的一个被选作分组控制器(2)；

对地理坐标信息和控制模块传感器(41)所提供的传感器信息进行分析以识别地震波的存在；

在分组的所述分组控制器(2)故障的情况下，所述服务器用于确定新的分组控制器(2)；以及

所述新的分组控制器(2)用于通过使用所述短程通信模块建立与未被定义为分组控制器(2)的其他控制模块(1)的连接。

16.根据权利要求15所述的灯网络，其中，所述传感器是对称差动电容式传感器。