CN108932820A - 混凝土厂粉尘智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了混凝土厂粉尘智能管理系统，包括粉尘浓度感测模块、基站模块和数据管理模块；所述粉尘浓度感测模块包括多个无线传感器网络节点，多个无线传感器网络节点随机部署于设定的混凝土厂粉尘监测区域内，无线传感器网络节点用于采集所测位置的粉尘浓度数据；所述基站模块汇聚各无线传感器网络节点的粉尘浓度数据，进行处理后转发至数据管理模块；数据管理模块用于对基站模块发送的粉尘浓度数据进行分析和处理，在粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

Description

混凝土厂粉尘智能管理系统

技术领域

本发明涉及混凝土厂粉尘监测领域，具体涉及混凝土厂粉尘智能管理系统。

背景技术

相关技术中，大多数的厂区环境数据收集和统计工作还停留在人工读数查表的落后水平，人为误差伴随存在，给环境数据管理工作带来很大的困难。如在混凝土及外加剂配套生产过程中，对于各个工作站出现的粉尘超标问题，目前主要是人工检测和手工处理，其方法陈旧，不能及时处理，容易对周边环境造成严重污染。为了能够不断地获取混凝土厂粉尘较为准确的环境数据，应该建立一套有效的混凝土厂环境监测管理平台。

发明内容

针对上述问题，本发明提供混凝土厂粉尘智能管理系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了混凝土厂粉尘智能管理系统，包括粉尘浓度感测模块、基站模块和数据管理模块；所述粉尘浓度感测模块包括多个无线传感器网络节点，多个无线传感器网络节点随机部署于设定的混凝土厂粉尘监测区域内，无线传感器网络节点用于采集所测位置的粉尘浓度数据；所述基站模块汇聚各无线传感器网络节点的粉尘浓度数据，进行处理后转发至数据管理模块；数据管理模块用于对基站模块发送的粉尘浓度数据进行分析和处理，在粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

优选地，所述数据管理模块包括处理单元和显示单元，该处理单元将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示单元进行比较结果显示；还包括与处理单元连接的报警单元，所述报警单元在所述比较结果为粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

进一步地，还包括分布在监测区域内的多个控制器和除尘装置，控制器的输入端与数据管理模块连接；控制器控制所连接的除尘装置的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置除尘。

本发明的有益效果为：能够实时监测粉尘浓度情况，清晰了解混凝土厂粉尘环境现状，积累一定的基础数据，在粉尘浓度越限时，进行报警和相应的应急处理，使整个系统更为自动化，相对传统处理方法减少了人力物力的消耗。

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混凝土厂粉尘智能管理系统的结构示意框图；

图2是本发明一个实施例的数据管理模块的框图示意图。

附图标记：

粉尘浓度感测模块1、基站模块2、数据管理模块3、控制器4、除尘装置5、处理单元10、显示单元20、报警单元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，本实施例提供的混凝土厂粉尘智能管理系统，包括粉尘浓度感测模块1、基站模块2和数据管理模块3。

粉尘浓度感测模块1包括多个随机部署于设定的混凝土厂粉尘监测区域内的无线传感器网络节点，无线传感器网络节点用于对混凝土厂粉尘浓度进行监测感知，采集所监测位置的粉尘浓度数据。基站模块2汇聚各无线传感器网络节点的粉尘浓度数据，进行处理后转发至数据管理模块3。

数据管理模块3用于对基站模块2发送的粉尘浓度数据进行分析和处理，在粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

进一步地，混凝土厂粉尘监测系统还包括分布在监测区域内的多个控制器4和除尘装置5，控制器4的输入端与数据管理模块3连接；控制器4控制所连接的除尘装置5的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置5除尘。除尘装置5可以是喷雾器，本实施例不对除尘装置5作限定。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，数据管理模块3包括处理单元10和显示单元20，该处理单元10将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示单元20进行比较结果显示；还包括与处理单元10连接的报警单元30，所述报警单元30在所述比较结果为粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

本发明上述实施例能够实时监测粉尘浓度情况，清晰了解混凝土厂粉尘环境现状，积累一定的基础数据，在粉尘浓度越限时，进行报警和相应的应急处理，使整个系统更为自动化，相对传统处理方法减少了人力物力的消耗。

在一种能够实现的方式中，各无线传感器网络节点在网络拓扑构建阶段被分为多个簇，每个簇设有一个簇头节点，簇内的无线传感器网络节点将采集的粉尘浓度数据传送至对应的簇头节点，簇头节点将接收的粉尘浓度数据通过多跳路由的方式传输至基站模块2。在一种实施方式中，多个无线传感器网络节点基于LEACH路由协议进行分簇。本发明对无线传感器网络节点的分簇方式不作限定。

在一种能够实现的方式中，无线传感器网络节点的感知半径范围为[S₀,S₁]，部署无线传感器网络节点时，设置各无线传感器网络节点的感知半径相同且初始感知半径为S₀；在分簇后，簇头将自身的感知半径调节为S₁，簇头收集簇内各无线传感器网络节点的位置信息，并根据位置信息计算簇内各无线传感器网络节点的被覆盖强度，若簇内无线传感器网络节点的被覆盖强度小于预设被覆盖强度阈值，则该无线传感器网络节点成为覆盖盲点；当存在覆盖盲点时，簇头对距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点的感知半径进行调整；其中，设置被覆盖强度的计算公式为：

式中，V_ij为簇头i对应簇内无线传感器网络节点％的被覆盖强度，n_i为簇头i对应簇内的无线传感器网络节点数量，S_z为簇头i对应簇内的第z个无线传感器网络节点的当前感知半径，L_zj为簇头i对应簇内的第z个无线传感器网络节点与所述无线传感器网络节点j之间的距离，z≠j；e为自然常数，q为预设的信号衰减指数，f为预设的环境干扰影响因子；P(L_zj,S_z)为判断取值函数，当L_zj>S_z时，P(L_zj,S_z)＝0，当L_zj≤S_z时，P(L_zj,S_z)＝1。

无线传感器网络节点感知过程中物理信号的能量与其感知目标的距离呈相反趋势变化，主要由于信号在传输过程中的路径衰减等因素导致而成。本实施例根据该规律，设计了无线传感器网络节点被覆盖强度的计算公式。无线传感器网络节点的被覆盖强度越小，表明其被感知覆盖的概率越小。本实施例将被覆盖强度小于预设被覆盖强度阈值的无线传感器网络节点作为覆盖盲点，由簇头通过发送指令的方式对距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点的感知半径进行增大调整，以达到消除覆盖盲点的目的，从而保障一定的网络覆盖率，使得获取的粉尘浓度数据能够更加详细精确。

在一种能够实现的方式中，所述簇头对距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点的感知半径进行调整，包括：

(1)簇头向当存在覆盖盲点时，簇头向距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点发送感知半径调整指令；无线传感器网络节点接收到所述感知半径调整指令时，将自身的感知半径调整为(1+a)S_z，a为预设的调整比例，a的取值范围为[5％,10％]；

(2)簇头重新计算所述覆盖盲点的被覆盖强度，若该被覆盖强度仍小于预设被覆盖强度阈值，重复(1)，直至簇内不存在覆盖盲点。

网络中存活的无线传感器网络节点随着时间的推移，由于信号干扰等多方面的因素将造成通信能耗不均衡的问题，使得无线传感器网络节点剩余能量发生差异。若较低剩余能量的无线传感器网络节点仍然与其他无线传感器网络节点一样担任同样程度的工作任务，则很可能会快速失效，进而影响整个无线传感器网络的传输性能以及可靠性。基于该问题，在一种能够实现的方式中，在数据传输阶段，簇头定期将自身的当前剩余能量信息广播至各无线传感器网络节点，无线传感器网络节点在接收到所述当前剩余能量信息后，根据所述当前剩余能量信息和自身的剩余能量调节自己的感知半径，设定调节公式为：

式中，S_ij ¹为调节后的簇头i对应簇内无线传感器网络节点j的感知半径，S_ij ⁰为调节前的簇头i对应簇内无线传感器网络节点j的感知半径，L_ij为簇头i与其簇内无线传感器网络节点j的距离，G_ij为该簇内无线传感器网络节点j的当前剩余能量，G_i为簇头i的当前剩余能量。

本实施例中，设置无线传感器网络节点定期根据自身的剩余能量调节自己的感知半径，并创新性地设定了无线传感器网络节点的感知半径调节公式。由该公式可知，随着无线传感器网络节点的能量减少，其感知半径也将调小。通过本实施例的调节公式进行无线传感器网络节点感知半径的定期调节，能够有效减缓无线传感器网络节点的失效速率，在保障一定的覆盖率的前提下尽可能地平衡簇内无线传感器网络节点的能耗，进而有益于促进整个网络能耗均衡，延长无线传感器网络的寿命。

在一种能够实现的方式中，簇头按照下列公式计算簇内各无线传感器网络节点的优势值，将优势值最大的无线传感器网络节点作为辅助节点，并相应地广播消息至簇内各无线传感器网络节点；簇内各无线传感器网络节点在簇头和辅助节点中选择距离最近的作为目的节点，并将自身采集的粉尘浓度数据发送至目的节点；辅助节点接收到的粉尘浓度数据量达到设定的数据量阈值时，将接收到的粉尘浓度数据发送至对应的簇头；其中，设定优势值的计算公式为：

式中，U_ij为簇头i对应簇内无线传感器网络节点j的优势值，V_ij为所述无线传感器网络节点j的被覆盖强度，Y_ij为所述无线传感器网络节点j的缓存大小，Y_i为簇头i的缓存大小，t₁、t₂为设定的权重系数。

本实施例设置辅助节点进行粉尘浓度数据的辅助收集，有利于降低簇头的负载，避免所有工作节点将粉尘浓度数据都直接发送至簇头而产生过多能耗。

本实施例创新性地设计了优势值的计算公式，并依据优势值确定辅助节点，有益于提高辅助节点进行粉尘浓度数据收集和传输的任务的可靠性。

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.混凝土厂粉尘智能管理系统，其特征是，包括粉尘浓度感测模块、基站模块和数据管理模块；所述粉尘浓度感测模块包括多个无线传感器网络节点，多个无线传感器网络节点随机部署于设定的混凝土厂粉尘监测区域内，无线传感器网络节点用于采集所测位置的粉尘浓度数据；所述基站模块汇聚各无线传感器网络节点的粉尘浓度数据，进行处理后转发至数据管理模块；数据管理模块用于对基站模块发送的粉尘浓度数据进行分析和处理，在粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

2.根据权利要求1所述的混凝土厂粉尘智能管理系统，其特征是，所述数据管理模块包括处理单元和显示单元，该处理单元将收到的粉尘浓度数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示单元进行比较结果显示；还包括与处理单元连接的报警单元，所述报警单元在所述比较结果为粉尘浓度数据超过设定的浓度阈值时执行报警。

3.根据权利要求1所述的混凝土厂粉尘智能管理系统，其特征是，系统还包括分布在监测区域内的多个控制器和除尘装置，控制器的输入端与数据管理模块连接；控制器控制所连接的除尘装置的开关，在所在位置的粉尘浓度数据超出对应设定的安全阈值时，控制除尘装置除尘。

4.根据权利要求1所述的混凝土厂粉尘智能管理系统，其特征是，各无线传感器网络节点在网络拓扑构建阶段被分为多个簇，每个簇设有一个簇头节点，簇内的无线传感器网络节点将采集的粉尘浓度数据传送至对应的簇头节点，簇头节点将接收的粉尘浓度数据通过多跳路由的方式传输至基站模块。

5.根据权利要求4所述的混凝土厂粉尘智能管理系统，其特征是，无线传感器网络节点的感知半径范围为[S₀，S₁]，部署无线传感器网络节点时，设置各无线传感器网络节点的感知半径相同且初始感知半径为S₀；在分簇后，簇头将自身的感知半径调节为S₁，簇头收集簇内各无线传感器网络节点的位置信息，并根据位置信息计算簇内各无线传感器网络节点的被覆盖强度，若簇内无线传感器网络节点的被覆盖强度小于预设被覆盖强度阈值，则该无线传感器网络节点成为覆盖盲点；当存在覆盖盲点时，簇头对距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点的感知半径进行调整；其中，设置被覆盖强度的计算公式为：

式中，V_ij为簇头i对应簇内无线传感器网络节点j的被覆盖强度，n_i为簇头i对应簇内的无线传感器网络节点数量，S_z为簇头i对应簇内的第z个无线传感器网络节点的当前感知半径，L_zj为簇头i对应簇内的第z个无线传感器网络节点与所述无线传感器网络节点j之间的距离，z≠j；e为自然常数，q为预设的信号衰减指数，f为预设的环境干扰影响因子；P(L_zj，S_z)为判断取值函数，当L_zj＞S_z时，P(L_zj，S_z)＝0，当L_zj≤S_z时，P(L_zj，S_z)＝1。

6.根据权利要求5所述的混凝土厂粉尘智能管理系统，其特征是，所述簇头对距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点的感知半径进行调整，包括：

(1)簇头向当存在覆盖盲点时，簇头向距离所述覆盖盲点最近的无线传感器网络节点发送感知半径调整指令；无线传感器网络节点接收到所述感知半径调整指令时，将自身的感知半径调整为(1+a)S_z，a为预设的调整比例，a的取值范围为[5％，10％]；

(2)簇头重新计算所述覆盖盲点的被覆盖强度，若该被覆盖强度仍小于预设被覆盖强度阈值，重复(1)，直至簇内不存在覆盖盲点。