CN109194715A - 水利工程渗流智能监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了水利工程渗流智能监测系统，包括传感监测装置、基站设备和分析预警中心；所述传感监测装置包括随机部署于设定的水利工程渗流监测区域内的多个无线传感器网络节点，无线传感器网络节点对所测的水利工程上的渗流处进行监测感知，并将获得的水利工程渗流数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各无线传感器网络节点发送的水利工程渗流数据，进行处理后转发至分析预警中心；分析预警中心用于对基站设备发送的水利工程渗流数据进行分析和处理，自动显示水利工程渗流数据，并在水利工程渗流数据超出对应设定阈值时生成报警信息，并将报警信息发送至预设的用户终端。

Description

水利工程渗流智能监测系统
技术领域
本发明涉及水利工程渗流监测领域，具体涉及水利工程渗流智能监测系统。
背景技术
大坝，水建筑物挡水后因水位差发生渗流现象，使一部分水体渗入坝体和地基，在其地基中形成渗流场，导致发生流土、管涌或塌滑。资料显示，水利工程事故(特别是大坝事故)大部分是由渗流作用引起的。因此，对水利工程的渗流状态进行监测十分重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供水利工程渗流智能监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了水利工程渗流智能监测系统，包括传感监测装置、基站设备和分析预警中心；所述传感监测装置包括随机部署于设定的水利工程渗流监测区域内的多个无线传感器网络节点，无线传感器网络节点对所测的水利工程上的渗流处进行监测感知，并将获得的水利工程渗流数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各无线传感器网络节点发送的水利工程渗流数据，进行处理后转发至分析预警中心；分析预警中心用于对基站设备发送的水利工程渗流数据进行分析和处理，自动显示水利工程渗流数据，并在水利工程渗流数据超出对应设定阈值时生成报警信息，并将报警信息发送至预设的用户终端。
优选地，所述无线传感器网络节点包括传感器、信号调理电路、射频发射模块，其中传感器通过信号调理电路与射频发射模块连接。
优选地，所述的传感器包括水声传感器。
本发明的有益效果为：实现了大型水利工程的渗流实时监测，省去敷设大量导线、降低施工难度，无需人员定期巡回检查渗流，节约大量人力成本。
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水利工程渗流实时监测系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的无线传感器网络节点的框图示意图。
附图标记：
传感监测装置1、基站设备2、分析预警中心3、传感器10、信号调理电路20、射频发射模块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，本实施例提供的水利工程渗流智能监测系统，包括传感监测装置1、基站设备2和分析预警中心3；所述传感监测装置1包括随机部署于设定的水利工程渗流监测区域内的多个无线传感器网络节点，无线传感器网络节点对所测的水利工程上的渗流处进行监测感知，并将获得的水利工程渗流数据发送至基站设备2；所述基站设备2汇聚各无线传感器网络节点发送的水利工程渗流数据，进行处理后转发至分析预警中心3；分析预警中心3用于对基站设备2发送的水利工程渗流数据进行分析和处理，自动显示水利工程渗流数据，并在水利工程渗流数据超出对应设定阈值时生成报警信息，并将报警信息发送至预设的用户终端。
其中，如图2所示，所述无线传感器网络节点包括传感器10、信号调理电路20、射频发射模块30，其中传感器10通过信号调理电路20与射频发射模块30连接。
在一种实施方式中，所述的传感器包括水声传感器。
本发明上述实施例实现了大型水利工程的渗流实时监测，省去敷设大量导线、降低施工难度，无需人员定期巡回检查渗流，节约大量人力成本。
在一个实施例中，多个无线传感器网络节点被分为至少一个簇，每个分簇选择一个无线传感器网络节点作为簇头节点；簇头节点主要被配置为收集簇内无线传感器网络节点采集的水利工程渗流数据并发送至基站设备2。
簇内的无线传感器网络节点直接将水利工程渗流数据发送至簇头节点，这将因此较大的通信开销和拥塞。针对这个问题，在一种能够实施的方式中，簇头节点在簇内所有无线传感器网络节点中选择一个无线传感器网络节点作为数据中转节点；在数据传输阶段，其余无线传感器网络节点根据距离选择发送所采集的水利工程渗流数据的目的节点，当与数据中转节点之间的距离更近时，其余无线传感器网络节点选择数据中转节点作为目的节点；当与簇头节点的距离更近时，其余无线传感器网络节点选择簇头节点作为目的节点；当数据中转节点接收到的水利工程渗流数据量达到其最大缓存时，数据中转节点将接收的水利工程渗流数据转发至簇头节点。
在一种能够实现的方式中，簇头节点在进行数据中转节点的选择时，具体执行：
(1)簇头节点获取簇内各无线传感器网络节点的节点度，并计算簇内所有无线传感器网络节点的节点度中值，其中无线传感器网络节点的节点度为位于该无线传感器网络节点通信范围内的邻居节点数目；
(2)簇头节点选择节点度大于所述节点度中值的簇内无线传感器网络节点作为候选数据中转节点，构建候选数据中转节点列表；簇头节点向簇内各无线传感器网络节点发送节点竞选消息，并记录各无线传感器网络节点的响应于该节点竞选消息的反馈时间；
(3)簇头节点进一步计算各候选数据中转节点的当选概率，将当选概率信息存入候选数据中转节点列表，并将当选概率最大的候选数据中转节点作为初始的数据中转节点；
其中，设Mij为簇头节点i的候选数据中转节点j的当选概率，Mij的计算公式为：
式中，Cij为候选数据中转节点j响应于簇头节点i的节点竞选消息的反馈时间，为所有候选数据中转节点响应于簇头节点i的节点竞选消息的反馈时间的平均值；Qj为候选数据中转节点j的当前剩余能量，Qj0为候选数据中转节点j的初始能量，Zj为候选数据中转节点j的缓存大小，为所有候选数据中转节点的缓存大小的平均值，x1、x2为设定的权重系数。
本实施例在进行数据中转节点选择时，通过节点度来筛选出候选数据中转节点，能够有效保障后续筛选出的数据中转节点可以较大范围地覆盖簇内的无线传感器网络节点，从而保障一定的数据收集效率。
由于响应时长反映了候选数据中转节点执行水利工程渗流数据收集任务的意愿程度，能量和缓存的大小反映了候选数据中转节点执行水利工程渗流数据收集任务的困难程度，本实施例将候选数据中转节点的响应时长、能量和缓存作为衡量标准，设计了当选概率的计算公式。本实施例根据当选概率进行数据中转节点的确定，有益于保障所选择的数据中转节点能够可靠地完成水利工程渗流数据收集的任务，从而提高水利工程渗流数据收集的可靠性。
上述实施例通过数据中转节点的设置，能够降低通信开销和拥塞，还能够有效提高簇头节点汇总水利工程渗流数据的效率，分担簇头节点的负载，从而降低簇头节点的能耗。
在一个实施例中，簇头节点按预设周期更新簇内各候选数据中转节点的当选概率信息，在每一次更新后以当选概率最大的无线传感器网络节点作为数据中转节点，从而实现数据中转节点的轮换，其中，设定当选概率的更新公式为：
式中，Mij v为在第v个周期更新后簇头节点i的候选数据中转节点j的当选概率，Mij v-1为在第v-1个周期更新后簇头节点i的候选数据中转节点j的当选概率，tan-1为反正切函数；w为预设的权重影响因子，用于表示能量衰减对当选概率的影响程度；Qmin为预设最小能量值。
本实施例设定了数据中转节点的轮换机制，其中根据能量衰减对当选概率的影响，创新性地提出了当选概率的更新公式，本实施例通过对数据中转节点进行定期更新，且每次更新后以当选概率最大的候选数据中转节点作为数据中转节点，有利于均衡簇内各候选数据中转节点的能量消耗，从而延长无线传感器网络的生命周期。
在一个实施例中，簇头节点定期检测候选数据中转节点列表中的各候选数据中转节点h是否满足下列条件，若满足，则簇头节点从所述候选数据中转节点列表中删除该候选数据中转节点的信息：
式中，Mih p为在第p个周期更新后簇头节点i所在簇内无线传感器网络节点h的当选概率，k为到目前为止当选概率更新的总次数，Mmin为预设的当选概率下限；λ1、λ2为设定的权重系数，且λ1+λ2＝1。
本实施例中，簇头节点根据历史当选概率信息定期对候选数据中转节点列表中的各候选数据中转节点进行检测，对历史当选概率情况不符合设定条件的候选数据中转节点进行删除，能够有效节省数据中转节点的更新轮换时间，提高数据中转节点的筛选效率，进而有利于节省水利工程渗流数据采集成本。
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.水利工程渗流智能监测系统，其特征是，包括传感监测装置、基站设备和分析预警中心；所述传感监测装置包括随机部署于设定的水利工程渗流监测区域内的多个无线传感器网络节点，无线传感器网络节点对所测的水利工程上的渗流处进行监测感知，并将获得的水利工程渗流数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各无线传感器网络节点发送的水利工程渗流数据，进行处理后转发至分析预警中心；分析预警中心用于对基站设备发送的水利工程渗流数据进行分析和处理，自动显示水利工程渗流数据，在水利工程渗流数据超出对应设定阈值时生成报警信息，并将报警信息发送至预设的用户终端。
2.根据权利要求1所述的水利工程渗流智能监测系统，其特征是，所述无线传感器网络节点包括传感器、信号调理电路、射频发射模块，其中传感器通过信号调理电路与射频发射模块连接。
3.根据权利要求2所述的水利工程渗流智能监测系统，其特征是，所述的传感器包括水声传感器。
4.根据权利要求1所述的水利工程渗流智能监测系统，其特征是，多个无线传感器网络节点被分为至少一个簇，每个分簇选择一个无线传感器网络节点作为簇头节点；簇头节点主要被配置为收集簇内无线传感器网络节点采集的水利工程渗流数据并发送至基站设备。
5.根据权利要求4所述的水利工程渗流智能监测系统，其特征是，簇头节点在簇内所有无线传感器网络节点中选择一个无线传感器网络节点作为数据中转节点；在数据传输阶段，其余无线传感器网络节点根据距离选择发送所采集的水利工程渗流数据的目的节点，当与数据中转节点之间的距离更近时，其余无线传感器网络节点选择数据中转节点作为目的节点；当与簇头节点的距离更近时，其余无线传感器网络节点选择簇头节点作为目的节点；当数据中转节点接收到的水利工程渗流数据量达到其最大缓存时，数据中转节点将接收的水利工程渗流数据转发至簇头节点。
6.根据权利要求5所述的水利工程渗流智能监测系统，其特征是，簇头节点在进行数据中转节点的选择时，具体执行：
(1)簇头节点获取簇内各无线传感器网络节点的节点度，并计算簇内所有无线传感器网络节点的节点度中值，其中无线传感器网络节点的节点度为位于该无线传感器网络节点通信范围内的邻居节点数目；
(2)簇头节点选择节点度大于所述节点度中值的簇内无线传感器网络节点作为候选数据中转节点，构建候选数据中转节点列表；簇头节点向簇内各无线传感器网络节点发送节点竞选消息，并记录各无线传感器网络节点的响应于该节点竞选消息的反馈时间；
(3)簇头节点进一步计算各候选数据中转节点的当选概率，将当选概率信息存入候选数据中转节点列表，并将当选概率最大的候选数据中转节点作为初始的数据中转节点；
其中，设Mij为簇头节点i的候选数据中转节点j的当选概率，Mij的计算公式为：
式中，Cij为候选数据中转节点j响应于簇头节点i的节点竞选消息的反馈时间，为所有候选数据中转节点响应于簇头节点i的节点竞选消息的反馈时间的平均值；Qj为候选数据中转节点j的当前剩余能量，Qj0为候选数据中转节点j的初始能量，Zj为候选数据中转节点j的缓存大小，为所有候选数据中转节点的缓存大小的平均值，x1、x2为设定的权重系数。
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