CN108737510A - 基于增强现实的智能消防监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于增强现实的智能消防监控系统，包括主要由传感器节点和汇聚节点组成的数据采集模块、公网基站和消防监控平台；所述传感器节点和汇聚节点通过自组织形成与消防监控平台进行通信的无线传感器网络，汇聚节点汇聚传感器节点采集的监测区域的环境参数后发送至消防监控平台；还包括通过公网基站访问消防监控平台的智能终端，所述智能终端可与数据采集模块进行短距离无线通信，所述智能终端配置有可将从消防监控平台获取的虚拟信息叠加到现实监控场景并显示在智能终端屏幕上的增强现实模块。

Description

基于增强现实的智能消防监控系统

技术领域

本发明涉及消防监控技术领域，具体涉及基于增强现实的智能消防监控系统。

背景技术

相关技术中，建筑消防监控网络系统主要通过有线网络进行数据传输，在安装时需要布置大量的线缆，监控主机巡检容量有限，后期扩容更新升级困难，在后期增加配置、更新设备时由于设计不合理造成与原设备其他系统无法联动。当灾难发生时，外部供电线路损坏/停电时，无法对现场情况进行监控以及实现联动控制。自动报警系统与其他消防设施系统联动功能故障。消防设备/设施完全靠人工巡检，监管部门无法实时保证人工巡检时效性。

增强现实又叫AR，是一种将虚拟内容和真实存在的内容进行实时融合，形成虚拟、现实之间互动的技术，不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。随着技术的不断发展，增强现实已经脱离最开始的笨重头戴式显示器，只需要智能终端下载相关的增强现实设备，就能通过手机屏幕进行虚拟与现实信息的交互。

目前的监控消防系统不能为工作人员提供直观的信息，只能登录消防监控平台在数量庞大的传感器节点信息中进行查找，不但耗时耗力，效率低下，还容易漏查错查。

发明内容

针对上述问题，本发明提供基于增强现实的智能消防监控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了基于增强现实的智能消防监控系统，包括主要由传感器节点和汇聚节点组成的数据采集模块、公网基站和消防监控平台；所述传感器节点和汇聚节点通过自组织形成与消防监控平台进行通信的无线传感器网络，汇聚节点汇聚传感器节点采集的监测区域的环境参数后发送至消防监控平台；还包括通过公网基站访问消防监控平台的智能终端，所述智能终端可与数据采集模块进行短距离无线通信，所述智能终端配置有可将从消防监控平台获取的虚拟信息叠加到现实监控场景并显示在智能终端屏幕上的增强现实模块。

优选地，所述传感器节点包括用于采集环境参数的传感器；所述传感器包括微控制器及与其连接的传感器探头，所述微控制器分别连接有用于同智能终端通信的通信模块以及用于传感器节点间通信的射频芯片；所述消防监控系统包括消防模块，消防模块包括相连接的联动控制器和消防设备，所述联动控制器与传感器之间通过射频芯片进行通信。

优选地，所述消防设备包括声光报警器、防火门、消防喷头、消防风机。

本发明的有益效果为：结合无线传感器网络和增强现实技术，将从消防监控平台获取的虚拟信息(如地图信息、导航信息、监测点状态信息等)叠加到现实监控环境的图像中，为现场工作人员提供便捷、直观的可视化帮助，其中智能终端可将获取的传感器节点ID发送给消防监控平台，以帮助消防监控平台自动对传感器节点进行信息匹配，不再需要人工检索，提高了信息查找的速度和准确性。

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是本发明一个实施例的系统结构连接框图；

图2是本发明一个实施例的传感器节点的结构框图。

附图标记：

数据采集模块1、公网基站2、消防监控平台3、智能终端4、微控制器10、传感器探头20、通信模块30、射频芯片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，本实施例提供了基于增强现实的智能消防监控系统，包括主要由传感器节点和汇聚节点组成的数据采集模块1、公网基站2和消防监控平台3；所述传感器节点和汇聚节点通过自组织形成与消防监控平台3进行通信的无线传感器网络，汇聚节点汇聚传感器节点采集的监测区域的环境参数后发送至消防监控平台3；还包括通过公网基站2访问消防监控平台3的智能终端4，所述智能终端4可与数据采集模块1进行短距离无线通信，所述智能终端4配置有可将从消防监控平台3获取的虚拟信息叠加到现实监控场景并显示在智能终端4屏幕上的增强现实模块。

其中，如图2所示，所述传感器节点包括用于采集环境参数的传感器；所述传感器包括微控制器10及与其连接的传感器探头20，所述微控制器10分别连接有用于同智能终端4通信的通信模块30以及用于传感器节点间通信的射频芯片40；所述消防监控系统包括消防模块，消防模块包括相连接的联动控制器和消防设备，所述联动控制器与传感器之间通过射频芯片40进行通信。

其中，所述消防设备包括声光报警器、防火门、消防喷头、消防风机。

本发明上述实施例结合无线传感器网络和增强现实技术，将从消防监控平台3获取的虚拟信息(如地图信息、导航信息、监测点状态信息等)叠加到现实监控环境的图像中，为现场工作人员提供便捷、直观的可视化帮助，其中智能终端4可将获取的传感器节点ID发送给消防监控平台34，以帮助消防监控平台34自动对传感器节点进行信息匹配，不再需要人工检索，提高了信息查找的速度和准确性。

在一个实施例中，网络初始化时，汇聚节点向所有传感器节点广播邻居节点列表构建消息，收到该邻居节点列表构建消息后，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，并构建邻居节点列表。

在一个实施例中，传感器节点与汇聚节点为单跳距离时，传感器节点直接将采集的环境参数发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点为多跳距离时，传感器节点根据设定的路由策略向汇聚节点发送所采集的环境参数；其中，所述设定的路由策略具体包括：

(1)传感器节点将满足下列条件的邻居节点作为备用转发节点，归入备用转发节点集合中：

式中，d_j为传感器节点i的邻居节点j为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的带宽，D_j为邻居节点j的当前剩余带宽，t_j为邻居节点j为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的缓存，T_j为邻居节点j的当前剩余缓存，υ₁、υ₂为设定的权重系数，表示传感器节点对资源使用情况所占得的比重，且满足υ₁+υ₂＝1；S_i,o为传感器节点i到汇聚节点的距离，S_i,o为邻居节点j到汇聚节点的距离，y(S_i,o,S_j,o)为设定的取值函数，当S_i,o-S_j,o>0时，y(S_i,o,S_j,o)＝1，当S_i,o-S_j,o≤0时，y(S_i,o,S_i,o)＝0，ΔQ为设定的阈值，用于表示转发能力的下限，取值范围为(0,1)；

(2)传感器节点基于要转发的环境参数包，在备用转发节点集合中选择多个传感器节点作为下一跳，将环境参数包分发给各下一跳。

本实施例创新性地提出了备用转发节点集合的选择机制，通过该机制选择能够作为下一跳的备用转发节点，能够保障环境参数能够向汇聚节点方向传输，并且确保备用转发节点具有足够的资源进行环境参数的转发，避免因为传感器节点资源不足而造成丢包的问题，从而保障环境参数中继传输的可靠性。

进一步地，由于传感器节点的资源一直在消耗和变化，设置传感器节点根据设定的路由策略定期更新自己的备用转发节点集合。

在一个实施例中，传感器节点选择下一跳时，具体执行：

(1)传感器节点向各备用转发节点发送数据转发请求，备用转发节点接收到数据转发请求后计算自身的优先级并将自己的优先级信息反馈给上一跳的传感器节点，传感器节点接收到备用转发节点反馈回的优先级信息后对备用转发节点集合中的备用转发节点按优先级从大到小的顺序进行排序，得到转发优先级列表；

(2)若传感器节点要转发的环境参数包的数量C小于所述设定数量Z，传感器节点在转发优先级列表中选择第一个备用转发节点作为下一跳；若传感器节点要转发的环境参数包的数量C_i大于或等于所述设定数量Z，传感器节点在转发优先级列表中选择前个备用转发节点作为下一跳，int为取整函数。

其中，设定优先级的计算公式为：

式中，H_i,α为传感器节点i的备用转发节点集合中备用转发节点5的优先级值，d_α为传感器节点i的备用转发节点集合中备用转发节点5为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的带宽，D_α为备用转发节点α的当前剩余带宽，t_α为备用转发节点α为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的缓存，T_α为备用转发节点α的当前剩余缓存，d_β为传感器节点i的备用转发节点集合中第β个备用转发节点为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的带宽，D_β为所述第β个备用转发节点的当前剩余带宽，t_β为所述第β个备用转发节点为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的缓存，T_β为所述第β个备用转发节点的当前剩余缓存；

式中，υ₁、υ₂为设定的权重系数，表示传感器节点对资源使用情况所占得的比重，且满足υ₁+υ₂＝1；

式中，s_i,α为传感器节点i到其备用转发节点集合中备用转发节点α的距离，S_α,o为备用转发节点α到汇聚节点的距离，S_i,o为传感器节点i到汇聚节点的距离，S_i,β为传感器节点i到所述第β个备用转发节点的距离，S_β,o为所述第β个备用转发节点到汇聚节点的距离，S_i为传感器节点i的通信距离。

本实施例创新性地设定了备用转发节点的优先级的计算公式，使得传感器节点能够得到备用转发节点的转发优先级列表，传感器在备用转发节点集合中选择转发优先级列表中优先级排序较前的备用转发节点作为下一跳，有利于率先使用资源更为充足、具有距离优势的备用转发节点进行环境参数包的转发，为环境参数包的转发提供更好的服务质量，且基于要转发的环境参数包数量选择合适数目的备用转发节点进行环境参数包转发，有益于均衡各备用转发节点的负载，在整体上节省环境参数转发能耗，从而有效延长无线传感器网络的生命周期。

在一个实施例中，传感器节点在转发优先级列表中选择前个备用转发节点作为下一跳时，分配给第a个下一跳的环境参数包数量为：

式中，U_i,α为传感器节点i分配给其第a个下一跳的环境参数包数量，H_i,α为所述第a个下一跳的优先级值，H_i,d为传感器节点i选择的前个备用转发节点中第d个备用转发节点的优先级值，C_i为传感器节点i要转发的环境参数包的数量C。

本实施例中传感器节点在转发优先级列表中选择前个备用转发节点作为下一跳时，根据所选择的备用转发节点的优先极值权重进行相应的环境参数包数量分配，从而使得优先级值更前的备用转发节点能够处理较多的环境参数包，有利于均衡所选择的各备用转发节点的负载，平衡网络资源，从而有效延长网络的生命周期，进一步提高基于增强现实的智能消防监控系统运行的稳定性。

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 (6)

1.基于增强现实的智能消防监控系统，其特征是，包括主要由传感器节点和汇聚节点组成的数据采集模块、公网基站和消防监控平台；所述传感器节点和汇聚节点通过自组织形成与消防监控平台进行通信的无线传感器网络，汇聚节点汇聚传感器节点采集的监测区域的环境参数后发送至消防监控平台；还包括通过公网基站访问消防监控平台的智能终端，所述智能终端可与数据采集模块进行短距离无线通信，所述智能终端配置有可将从消防监控平台获取的虚拟信息叠加到现实监控场景并显示在智能终端屏幕上的增强现实模块。

2.根据权利要求1所述的基于增强现实的智能消防监控系统，其特征是，所述传感器节点包括用于采集环境参数的传感器；所述传感器包括微控制器及与其连接的传感器探头，所述微控制器分别连接有用于同智能终端通信的通信模块以及用于传感器节点间通信的射频芯片。

3.根据权利要求1所述的基于增强现实的智能消防监控系统，其特征是，所述消防设备包括声光报警器、防火门、消防喷头、消防风机。

4.根据权利要求2所述的基于增强现实的智能消防监控系统，其特征是，所述消防监控系统包括消防模块，消防模块包括相连接的联动控制器和消防设备，所述联动控制器与传感器之间通过射频芯片进行通信。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于增强现实的智能消防监控系统，其特征是，传感器节点与汇聚节点为单跳距离时，传感器节点直接将采集的环境参数发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点为多跳距离时，传感器节点根据设定的路由策略向汇聚节点发送所采集的环境参数；其中，所述设定的路由策略具体包括：

(1)传感器节点将满足下列条件的邻居节点作为备用转发节点，归入备用转发节点集合中：

式中，d_j为传感器节点i的邻居节点j为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的带宽，D_j为邻居节点j的当前剩余带宽，t_j为邻居节点j为设定数量Z的环境参数包服务所消耗的缓存，T_j为邻居节点j的当前剩余缓存，v₁、v₂为设定的权重系数，表示传感器节点对资源使用情况所占得的比重，且满足v₁+v₂＝1；S_i,o为传感器节点i到汇聚节点的距离，S_j,o为邻居节点j到汇聚节点的距离，y(S_i,o,S_j,o)为设定的取值函数，当S_i,o-S_j,o>0时，y(S_i,o,S_j,o)＝1，当S_i,o-S_j,o≤0时，y(S_i,o,S_j,o)＝0，ΔQ为设定的阈值，用于表示转发能力的下限，取值范围为(0,1)；

(2)传感器节点基于要转发的环境参数包，在备用转发节点集合中选择多个传感器节点作为下一跳，将环境参数包分发给各下一跳。

6.根据权利要求5所述的基于增强现实的智能消防监控系统，其特征是，传感器节点根据设定的路由策略定期更新自己的备用转发节点集合。