CN108337712A - 一种基于wsn技术的电力施工现场信息化监理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，包括现场监测装置、视频监控设备、考勤管理装置、信息化监理平台和管理移动终端，所述的现场监测装置、视频监控设备、考勤管理装置、管理移动终端皆与信息化监理平台连接，其中现场监测装置用于采集电力施工现场信息，并将电力施工现场信息发送至信息化监理平台。本发明实现了对电力施工现场的信息化监理。

Description

一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统

技术领域

本发明涉及电力施工现场监理领域，具体涉及一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统。

背景技术

相关技术中，电力施工现场的监理工作仍处于缺乏信息化与自动化的工具支撑的空白期，且项目量大，所辖项目的进度、安全、质量及现场监理人员的监理素质难以全面管控。市场上存在现场视频监控系统以及工程管理系统协助监理完成信息化管控。然而，现场视频监控系统采集的现场视频需要投入人力去实时查看，难以全面对现场工作进行指引和规范。工程管理系统主要在PC端完成信息化工作，缺少移动互联网化，难以对电力施工现场信息进行实时采集、监控和记录。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，包括现场监测装置、视频监控设备、考勤管理装置、信息化监理平台和管理移动终端，所述的现场监测装置、视频监控设备、考勤管理装置、管理移动终端皆与信息化监理平台连接；现场监测装置用于采集电力施工现场信息，并将电力施工现场信息发送至信息化监理平台，现场监测装置包括基站和多个部署于监测区域内的传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的电力施工现场信息，基站负责传感器节点和信息化监理平台之间的双向信息交互；传感器节点通过自组织划分成多个簇，每个簇选举出一个簇头用于聚合簇内传感器节点采集的电力施工现场信息，簇头还将聚合的电力施工现场信息通过多跳路由的方式发送至基站；视频监控设备利用监控设备获取电力施工现场视频数据，并发送至信息化监理平台；考勤管理装置用于收集现场监理人员的签到信息，并将签到信息整理发送至信息化监理平台；所述的信息化监理平台对接收到的信息或数据进行归类和处理；所述的管理移动终端用于供管理人员实时访问信息化监理平台，了解电力施工现场情况。

优选地，所述的信息化监理平台包括数据库、施工异常检测模块、考勤模块；所述的数据库用于存储接收的电力施工现场信息、电力施工现场视频数据、签到信息以及电力施工项目的基础信息；所述的施工异常检测模块用于对电力施工现场信息进行处理，检测电力施工现场信息是否超出设定的警戒范围；所述的考勤模块用于对签到信息进行处理，显示迟到、早退以及请假的记录。

优选地，所述信息化监理平台还包括报警模块，用于在检测到电力施工现场信息超出设定的警戒范围时向管理移动终端输出报警信号。

本发明的有益效果为：实现了对电力施工现场信息的实时采集、监控和记录，方便各级监管人员和各级领导对工作现场情况迅速做出判断，保证了电力施工现场信息传输的及时性和准确性，提高了信息化安全管理水平。

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是本发明一个示例性实施例的电力施工现场信息化监理系统的结构框图；

图2是本发明一个示例性实施例的信息化监理平台的连接框图。

附图标记：

现场监测装置1、视频监控设备2、考勤管理装置3、信息化监理平台4、管理移动终端5、施工移动终端6、数据库10、施工异常检测模块20、考勤模块30、报警模块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，本实施例提供的一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，包括现场监测装置1、视频监控设备2、考勤管理装置3、信息化监理平台4和管理移动终端5，所述的现场监测装置1、视频监控设备2、考勤管理装置3、管理移动终端5皆与信息化监理平台4连接；现场监测装置1用于采集电力施工现场信息，并将电力施工现场信息发送至信息化监理平台4；视频监控设备2利用监控设备获取电力施工现场视频数据，并发送至信息化监理平台4；考勤管理装置3用于收集现场监理人员的签到信息，并将签到信息整理发送至信息化监理平台4；所述的信息化监理平台4对接收到的信息或数据进行归类和处理；所述的管理移动终端5用于供管理人员实时访问信息化监理平台4，了解电力施工现场情况。

其中，现场监测装置1包括基站和多个部署于监测区域内的传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的电力施工现场信息，基站负责传感器节点和信息化监理平台之间的双向信息交互；传感器节点通过自组织划分成多个簇，每个簇选举出一个簇头用于聚合簇内传感器节点采集的电力施工现场信息，簇头还将聚合的电力施工现场信息通过多跳路由的方式发送至基站。

其中，所述的电力施工现场信息包括电力施工现场环境信息、电力设备状态信息。

在一个实施例中，所述电力施工现场信息化监理系统还包括施工移动终端6，施工移动终端6与信息化监理平台4无线连接，用于供施工人员录入包括电力施工项目进度、电力施工安全日报、安全质量检查记录、工作计划在内的施工信息。

在一个实施例中，如图2所示，所述的信息化监理平台4包括数据库10、施工异常检测模块20、考勤模块30；所述的数据库10用于存储接收的电力施工现场信息、电力施工现场视频数据、签到信息以及电力施工项目的基础信息；所述的施工异常检测模块20用于对电力施工现场信息进行处理，检测电力施工现场信息是否超出设定的警戒范围；所述的考勤模块30用于对签到信息进行处理，显示迟到、早退以及请假的记录。

在一个实施例中，所述信息化监理平台4还包括报警模块40，用于在检测到电力施工现场信息超出设定的警戒范围时向管理移动终端5输出报警信号。

本发明上述实施例实现了对电力施工现场信息的实时采集、监控和记录，方便各级监管人员和各级领导对工作现场情况迅速做出判断，保证了电力施工现场信息传输的及时性和准确性，提高了信息化安全管理水平。

在一个实施例中，传感器节点的空间位置服从强度为λ的静态泊松点过程Ψ＝{x_i；i＝1，2，3，…，n}，其中x_i表示传感器节点i的空间位置，n为监测区域内的传感器节点数量，所有传感器节点具有相同的初始能量，网络初始化时，监测区域内的每个传感器节点接收基站广播的信号，从而确定自身到基站的距离；传感器节点位于平方率信道中，采用瑞利信道作为传感器节点感知模型分析的信道，设定传感器节点的感知范围为：

式中，R_i表示传感器节点i的感知半径，P_i为传感器节点i的发射功率，ξ为信道传输常数，η为平方率信道中的路径损耗因子，η∈(2，6)，ω为平方率信道中高斯白噪声功率，μ表示瑞利分布的信道增益，β为接收传感器节点i的信号的传感器节点可以可靠解码的信噪比，Γ(·)为伽玛函数；D(i，sink)为工作节点i到基站的距离，D_max为所有传感器节点到基站的距离中的最大值，D_min为所有传感器节点到基站的距离中的最小值，δ为定义的半径控制因子，取值在[0.4，0.8]之间。

传感器节点的信号在传输过程中，除了路径损耗外，会遇到障碍物或者建筑物、森林、高山等遮蔽物的遮挡，传感器节点部分的信号能量会被吸收、反射或者散射掉，造成信号功率的阴影衰落。本实施例在设定传感器节点的感知范围时，基于传感器节点到基站的距离来控制感知范围，并考虑了多径衰落对传感器节点感知范围的影响，实现了传感器节点感知范围的精确控制，使得传感器节点的感知范围能够根据自身到基站的距离而变化，距离基站越近的传感器节点的感知范围越小，有利于距离基站越近的传感器节点作为簇头时能够保持较小的簇规模，避免承担过多的电力施工现场信息聚合任务，延长距离基站越近的传感器节点的寿命，从而保障无线传感器网络的稳定性。

在一个实施例中，传感器节点通过自组织划分成多个簇，具体包括：

(1)传感器节点根据自身的感知范围向其余传感器节点交互消息，从而确定自己的邻居节点集；

(2)传感器节点接收基站广播的“hello”数据包，传感器节点接收到基站的“hello”数据包后，获得时钟同步，传感器节点为其邻居节点集中的每个邻居节点分配一个时间标号T_ij，T_ij为均为分布在[0，1]之间的随机数，表征传感器节点ij从侦测信道转为工作的时间，其中ij表示传感器节点i的邻居节点集中的第j个邻居节点；

(3)传感器节点i的邻居节点集中具有最大概率的传感器节点被激活并开始工作，成为工作节点，其他传感器节点则进入睡眠状态，概率的计算公式为：

式中，表示传感器节点ij的概率，T_ij为传感器节点ij被分配到的时间标号，E_ij为传感器节点ij的当前剩余能量，E_min为设定的最小能量值；

(4)工作节点向感知范围内的其余工作节点广播包含有竞争能力的簇头竞选信息，在设定的时间内，工作节点若收到竞争能力更大的工作节点发送的簇头竞选信息，则放弃簇头竞争，否则成为簇头并向广播当选信息，未当选簇头的工作节点成为传感器节点并加入到最近的簇头；

(5)簇头竞争结束后，工作节点唤醒周围的进入睡眠状态的传感器节点，传感器节点被唤醒后加入最近的簇头，完成簇的划分。

本实施例创造性地在进行簇头选举之前对传感器节点进行睡眠调度，在时钟同步的传感器节点之间交换时间标号信息，选择唤醒具有最小时间标号的传感器节点，在满足网络覆盖需求的前提下减少了参与簇头竞争的传感器节点数量，同时降低了剩余能量过小的传感器节点当选为簇头的概率，可以避免传感器节点的能量快速消耗，节省了分簇的能量开销，从而在整体上缩减了电力施工现场信息化监理系统的能量成本。

在一个实施中，传感器节点接收基站广播的“hello”数据包时，记录接收到“hello”数据包时的时间，所述的“hello”数据包还包括由基站设定的各传感器节点接收“hello”数据包的理论时间，所述竞争能力的计算公式为：

式中，Q_v表示工作节点ν的竞争能力，R_v为工作节点ν的感知范围，D(ν，sink)为工作节点v到基站的距离，m_v为工作节点ν收到基站“hello”数据包的时间，为由基站设定的工作节点ν收到基站“hello”数据包的理论时间，τ₁和τ₂为设定的权重系数且τ₁+τ₂＝1。

相对于现有技术直接选择当前剩余能量最大的作为簇头，本实施例创造性地选取竞争能力最大的传感器节点作为簇头，其中创造性地设计了竞争能力的计算公式，根据传感器节点接收基站数据包的实际信号强度与理论信号强度的差别设计了用于距离的加权系数，使得计算出的竞争能力更精确地衡量传感器节点的位置优势，本实施例根据位置优势因素来选择簇头，能够使得距离基站更近、感知范围更小的工作节点具有跟大的概率成为簇头，有利于提高基站附近区域的簇头比例，并且增加簇规模较小的簇头数量，从而益于平衡基站附近区域簇头转发电力施工现场信息的能耗，降低簇头的能耗速率，在整体上节约了电力施工现场信息化监理系统的通信成本。

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)

1.一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，其特征是，包括现场监测装置、视频监控设备、考勤管理装置、信息化监理平台和管理移动终端，所述的现场监测装置、视频监控设备、考勤管理装置、管理移动终端皆与信息化监理平台连接；现场监测装置用于采集电力施工现场信息，并将电力施工现场信息发送至信息化监理平台，现场监测装置包括基站和多个部署于监测区域内的传感器节点，各传感器节点负责获取所测点的电力施工现场信息，基站负责传感器节点和信息化监理平台之间的双向信息交互；传感器节点通过自组织划分成多个簇，每个簇选举出一个簇头用于聚合簇内传感器节点采集的电力施工现场信息，簇头还将聚合的电力施工现场信息通过多跳路由的方式发送至基站；视频监控设备利用监控设备获取电力施工现场视频数据，并发送至信息化监理平台；考勤管理装置用于收集现场监理人员的签到信息，并将签到信息整理发送至信息化监理平台；所述的信息化监理平台对接收到的信息或数据进行归类和处理；所述的管理移动终端用于供管理人员实时访问信息化监理平台，了解电力施工现场情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，其特征是，所述电力施工现场信息化监理系统还包括施工移动终端，施工移动终端与信息化监理平台无线连接，用于供施工人员录入包括电力施工项目进度、电力施工安全日报、安全质量检查记录、工作计划在内的施工信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，其特征是，所述的信息化监理平台包括数据库、施工异常检测模块、考勤模块；所述的数据库用于存储接收的电力施工现场信息、电力施工现场视频数据、施工信息、签到信息以及电力施工项目的基础信息；所述的施工异常检测模块用于对电力施工现场信息进行处理，检测电力施工现场信息是否超出设定的警戒范围；所述的考勤模块用于对签到信息进行处理，显示迟到、早退以及请假的记录。

4.根据权利要求3所述的一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，其特征是，所述信息化监理平台还包括报警模块，用于在检测到电力施工现场信息超出设定的警戒范围时向管理移动终端输出报警信号。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，其特征是，传感器节点的空间位置服从强度为λ的静态泊松点过程Ψ＝{x_i；i＝1,2,3,…,n}，其中x_i表示传感器节点i的空间位置，n为监测区域内的传感器节点数量，所有传感器节点具有相同的初始能量，网络初始化时，监测区域内的每个传感器节点接收基站广播的信号，从而确定自身到基站的距离；传感器节点位于平方率信道中，采用瑞利信道作为传感器节点感知模型分析的信道，设定传感器节点的感知范围为：

式中，R_i表示传感器节点i的感知半径，P_i为传感器节点i的发射功率，ξ为信道传输常数，η为平方率信道中的路径损耗因子，η∈(2,6)，ω为平方率信道中高斯白噪声功率，μ表示瑞利分布的信道增益，β为接收传感器节点i的信号的传感器节点可以可靠解码的信噪比，Γ(·)为伽玛函数；D(i,sink)为工作节点i到基站的距离，D_max为所有传感器节点到基站的距离中的最大值，D_min为所有传感器节点到基站的距离中的最小值，δ为定义的半径控制因子。

6.根据权利要求5所述的一种基于WSN技术的电力施工现场信息化监理系统，其特征是，半径控制因子δ的取值在10.4,0.8]之间。