CN108306949A - 可燃气体多点在线监测系统 - Google Patents

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CN108306949A CN201810052542.1A CN201810052542A CN108306949A CN 108306949 A CN108306949 A CN 108306949A CN 201810052542 A CN201810052542 A CN 201810052542A CN 108306949 A CN108306949 A CN 108306949A
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Abstract

本发明提供了可燃气体多点在线监测系统，包括：无线传感器网络，用于进行可燃气体浓度监测，获取可燃气体浓度监测数据并进行处理转发；监测控制中心，用于与无线传感器网络双向通信，并且能够接收并分析无线传感器网络发送的可燃气体浓度监测数据，在可燃气体浓度监测数据超过设定的正常门限时发出报警信号；智能终端，用于远程访问监测控制中心并接收监测控制中心发来的报警信号。本发明采用无线传感器网络技术实现了可燃气体的多点监测。

Description

可燃气体多点在线监测系统
技术领域
本发明涉及可燃气体监测技术领域，具体涉及可燃气体多点在线监测系统。
背景技术
近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等燃气作为清洁能源已在工商业中得到广泛应用。作为一种新型能源，它的普及与应用无疑对改善城市的环境质量发挥了巨大的作用。但是随着它的广泛应用，这些气体使用不当或泄露，就会有害身体健康、易爆炸，隐患事故多，如气体泄露时不能及时发现和处理，会给社会及居民带来灾难性危害，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。针对广泛应用燃气的石油、化工、煤炭、冶金、燃气、焦化等行业，任何生产、储蓄、使用易燃易爆的场所，就急需一种能够全天候、多方位的监测报警系统，以保证人身、生产及财产的安全。
发明内容
针对上述问题，本发明提供可燃气体多点在线监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了可燃气体多点在线监测系统，包括：
无线传感器网络，用于进行可燃气体浓度监测，获取可燃气体浓度监测数据并进行处理转发；
监测控制中心，用于与无线传感器网络双向通信，并且能够接收并分析无线传感器网络发送的可燃气体浓度监测数据，在可燃气体浓度监测数据超过设定的正常门限时发出报警信号；
智能终端，用于远程访问监测控制中心并接收监测控制中心发来的报警信号。
优选地，所述智能终端为远程计算机，能够通过互联网或3G网络或GPVS网络访问监测控制中心并接收报警信号。
优选地，所述监测控制中心包括用于与无线传感器网络双向通信的通信模块、数据存储模块和数据处理模块。
本发明的有益效果为：采用无线传感器网络技术获取可燃气体浓度监测数据并加以分析处理，能够准确、及时地反映所监测区域的可燃气体浓度情况，能够实现对可燃气体全天候、多方位的监测报警，能够广泛应用于燃气的石油、化工、煤炭、冶金、燃气、焦化等行业，任何生产、储蓄、使用易燃易爆的场所。
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本发明可燃气体多点在线监测系统的一个实施例的结构连接框图；
图2是本发明一个实施例的监测控制中心的结构连接框图。
附图标记：
无线传感器网络1、监测控制中心2、智能终端3、通信模块10、数据存储模块20、数据处理模块30。
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，本实施例提供了可燃气体多点在线监测系统，包括：无线传感器网络1，用于进行可燃气体浓度监测，获取可燃气体浓度监测数据并进行处理转发；监测控制中心2，用于与无线传感器网络1双向通信，并且能够接收并分析无线传感器网络1发送的可燃气体浓度监测数据，在可燃气体浓度监测数据超过设定的正常门限时发出报警信号；智能终端3，用于远程访问监测控制中心2并接收监测控制中心2发来的报警信号。
在一个实施例中，所述智能终端3为远程计算机。在另一个实施例中，所述的智能终端3为手机。远程计算机或手机能够通过互联网或3G网络或GPVS网络访问监测控制中心2并接收报警信号。
在一个实施例中，如图2所示，所述监测控制中心2包括用于与无线传感器网络1双向通信的通信模块10、数据存储模块20和数据处理模块30。
本发明上述实施例采用无线传感器网络技术获取可燃气体浓度监测数据并加以分析处理，能够准确、及时地反映所监测区域的可燃气体浓度情况，能够实现对可燃气体全天候、多方位的监测报警，能够广泛应用于燃气的石油、化工、煤炭、冶金、燃气、焦化等行业，任何生产、储蓄、使用易燃易爆的场所。
在一个实施例中，所述的无线传感器网络1包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点采集可燃气体浓度监测数据，并将可燃气体浓度监测数据传输至汇聚节点。汇聚节点汇聚可燃气体浓度监测数据并将汇聚的数据发送至监测控制中心2。
其中，传感器节点包括对可燃气体浓度进行检测的催化燃烧式可燃气体传感器。
进行传感器节点的部署时，需要进行冗余分析，确定其中的冗余节点。其中，进行冗余分析时，具体执行：
(1)在设定的可燃气体浓度监测区域内部署多个传感器节点后，将可燃气体浓度监测区域平均划分为多个子区域，计算每个子区域中心到基站的距离；
(2)定义邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点，对各传感器节点进行冗余分析，若传感器节点满足下列冗余关系，则将该传感器节点视为冗余节点：
式中，H(i)表示传感器节点i的邻居节点集合，S(∪j∈H(i)j∩i)表示传感器节点i的感知范围与其所有邻居节点感知范围的重合部分，S(i)为传感器节点i的感知范围；Ymax表示设定的最大冗余度，Li-o表示传感器节点i所在子区域中心到基站的距离，Lmax表示子区域中心到基站的最大距离；
(3)根据确定的冗余节点构建冗余节点列表并将冗余节点列表发送至基站。
可选地，可通过计算机进行上述的冗余分析。
本实施例进一步设定了传感器节点的冗余分析机制，提供了一个衡量传感器节点冗余情况的指标，提高了对传感器节点进行冗余分析的效率和精度，以实现传感器节点部署的快速优化，由于靠近基站的传感器节点需要消耗更多的能量，本实施例设定的冗余分析机制中，根据与基站的距离设定不同的冗余度阈值，使得距离基站更近的区域能够拥有更多的传感器节点，有助于均衡该区域的能耗，从而延长无线传感器网络1的寿命，提高系统在可燃气体浓度监测数据采集和传输方面的可靠性。
在一个实施例中，基站按照设定的休眠机制对冗余节点进行部分休眠，其余传感器节点开始采集感知范围内的可燃气体浓度监测数据。
相关技术中，随机部署传感器节点通常会出现大量冗余节点的情况，带来信息冗余过度、能量过度浪费的问题。为解决该问题，本实施例通过对冗余节点进行休眠的方式来优化传感器节点的部署，有利于降低可燃气体浓度监测数据采集和传输的能耗，延长无线传感器网络的生命周期，从而提高系统运行的可靠性。
在一个实施例中，所述的设定的休眠机制包括：
(1)基站根据冗余节点列表向各冗余节点发送休眠判定信息；
(2)收到休眠判定信息的冗余节点通过节点交互获取邻居节点的信息，并根据邻居节点的信息进行休眠判定，冗余节点在满足下列休眠条件时向基站反馈并将自身状态转变为休眠模式：
式中，Wp表示传感器节点p的感知距离，Wpq表示传感器节点p的第q个未休眠的邻居节点的感知距离，U(p)表示传感器节点p的未休眠的邻居节点数量，TY为设定的覆盖质量阈值。
如果把冗余节点的状态设置为休眠，那么会降低无线传感器网络的覆盖率，若对多个冗余节点的状态同时设置为休眠，将会出现大量的感知盲点。
本实施例基于上述问题，设定了一种针对冗余节点的休眠机制，该机制通过冗余节点自身进行休眠判定，由于每个冗余节点接收休眠判定信息的时间存在差别，且冗余节点在进行休眠判定时需要重新获取未休眠邻居节点的信息，从而使得冗余节点的休眠决定能够根据未休眠的邻居节点的变化而改变，使得休眠的判定更具灵活性，避免因为同时休眠带来感知盲点的问题，保障一定的网络覆盖率，确保可燃气体浓度监测数据感知的全面性。
在一个实施例中，基站根据冗余节点的反馈信息构建已休眠冗余节点列表。
由于传感器节点在剩余能量低于设定的最小能量值时，容易失效，传感器节点的失效将会降低网络覆盖率。本实施例中，任意传感器节点c在自身能量低于设定的能量阈值时向基站发送能量预警信息，基站在收到能量预警信息后，触发传感器节点H通信范围内的已休眠冗余节点进入工作，具体为：
(1)基站在收到能量预警信息后，根据已休眠冗余节点列表构建传感器节点H通信范围内的已休眠冗余节点集合；
(2)若该已休眠冗余节点集合不为空集，进一步确定传感器节点c的邻居节点中是否存在自身能量低于设定的能量阈值的邻居节点；
(3)若传感器节点c的邻居节点中不存在自身能量低于设定的能量阈值的邻居节点，基站直接在所述的已休眠冗余节点集合中选择距离传感器节点c最近的已休眠冗余节点进入工作，若存在，基站选择所述的已休眠冗余节点集合中权值最大的已休眠冗余节点进入工作。
其中，设Vr表示已休眠冗余节点集合中第r个已休眠冗余节点的权值，Vr的计算公式为：
式中，Lcr为所述第r个已休眠冗余节点与传感器节点c之间的距离，Lbr表示所述第r个已休眠冗余节点与自身能量低于设定的能量阈值的第b个邻居节点之间的距离，mc为传感器节点c的自身能量低于设定的能量阈值的邻居节点数量，z1、z2为设定的权重系数，z1+z2＝1。
可选地，该已休眠冗余节点集合为空集时，基站不作任何操作。
本实施例设定了冗余节点的选择策略，基于该策略唤醒具有位置优势的冗余节点，有利于使得唤醒的冗余节点能够更优化地填补感知盲点，实现可燃气体多点在线监测系统中资源较优化的布置。
本实施例基站在收到传感器节点的能量预警信息后，触发传感器节点通信范围内的已休眠冗余节点进入工作，能够填补传感器节点在失效时可能会带来的感知盲点，从而保证网络的覆盖质量，提高可燃气体浓度监测数据采集和传输的稳定性。
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 (7)

1.可燃气体多点在线监测系统，其特征是，包括：
无线传感器网络，用于进行可燃气体浓度监测，获取可燃气体浓度监测数据并进行处理转发；
监测控制中心，用于与无线传感器网络双向通信，并且能够接收并分析无线传感器网络发送的可燃气体浓度监测数据，在可燃气体浓度监测数据超过设定的正常门限时发出报警信号；
智能终端，用于远程访问监测控制中心并接收监测控制中心发来的报警信号。
2.根据权利要求1所述的可燃气体多点在线监测系统，其特征是，所述智能终端为远程计算机，能够通过互联网或3G网络或GPVS网络访问监测控制中心并接收报警信号。
3.根据权利要求1所述的可燃气体多点在线监测系统，其特征是，所述监测控制中心包括用于与无线传感器网络双向通信的通信模块、数据存储模块和数据处理模块。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可燃气体多点在线监测系统，其特征是，所述的无线传感器网络包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点采集可燃气体浓度监测数据，并将可燃气体浓度监测数据传输至汇聚节点。
5.根据权利要求4所述的可燃气体多点在线监测系统，其特征是，传感器节点包括对可燃气体浓度进行检测的催化燃烧式可燃气体传感器。
6.根据权利要求4所述的可燃气体多点在线监测系统，其特征是，基站按照设定的休眠机制对冗余节点进行部分休眠，其余传感器节点开始采集感知范围内的可燃气体浓度监测数据。
7.根据权利要求6所述的可燃气体多点在线监测系统，其特征是，任意传感器节点c在自身能量低于设定的能量阈值时向基站发送能量预警信息，基站在收到能量预警信息后，触发传感器节点H通信范围内的已休眠冗余节点进入工作，具体为：
(1)基站在收到能量预警信息后，根据已休眠冗余节点列表构建传感器节点H通信范围内的已休眠冗余节点集合；
(2)若该已休眠冗余节点集合不为空集，进一步确定传感器节点c的邻居节点中是否存在自身能量低于设定的能量阈值的邻居节点；
(3)若传感器节点c的邻居节点中不存在自身能量低于设定的能量阈值的邻居节点，基站直接在所述的已休眠冗余节点集合中选择距离传感器节点c最近的已休眠冗余节点进入工作，若存在，基站选择所述的已休眠冗余节点集合中权值最大的已休眠冗余节点进入工作。
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