CN109239811A - 区域化天气舒适度智能实时播报系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了区域化天气舒适度智能实时播报系统，包括：用于感应气象参数的无线传感器网络模块、连接该无线传感器网络模块的至少一数据处理器、及一播报装置，所述数据处理器接收无线传感器网络模块感应得到的气象参数，所述数据处理器设有舒适度模型模块，气象参数送入舒适度模型模块进行加权运算，所述数据处理器将获得的舒适度值输出给所述播报装置予以显示及广播。

Description

区域化天气舒适度智能实时播报系统

技术领域

本发明涉及天气监测技术领域，具体涉及区域化天气舒适度智能实时播报系统。

背景技术

相关技术中，天气预报都只能够提供一个大区域的天气状况；工业或者家用的采集器只能采集众多天气信息中的一种或者两种，例如温度或湿度等，而且只通过简单的数字进行显示，例如温度多少度。到目前为止，在市场上尚未见到既能实时采集众多天气信息，又能通过丰富、直观的形式来反应当前天气状况和舒适度的天气智能监控装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供区域化天气舒适度智能实时播报系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了区域化天气舒适度智能实时播报系统，该装置包括：用于感应气象参数的无线传感器网络模块、连接该无线传感器网络模块的至少一数据处理器、及一播报装置，所述数据处理器接收无线传感器网络模块感应得到的气象参数，所述数据处理器设有舒适度模型模块，气象参数送入舒适度模型模块进行加权运算，所述数据处理器将获得的舒适度值输出给所述播报装置予以显示及广播。

进一步地，所述数据处理器还包括第一处理模块和第二处理模块，第一处理模块用于接收所述气象参数；所述第二处理模块用于控制所述播报装置。

优选地，所述播报装置包括广播模块和显示模块。

其中，无线传感器网络模块包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的监测区域的中心位置，四个中继节点设置于监测区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内；传感器节点负责采集气象参数并将气象参数发送至其中一个中继节点，中继节点与汇聚节点直接通信，以将接收的气象参数单跳发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所有气象参数并发送至数据处理器。

优选地，所述传感器节点包括气象参数传感器，气象参数传感器包括风雨传感器、湿度传感器、光强传感器和温度传感器。

本发明的有益效果为：本发明可以随时了解当前的天气状况，并通过建立舒适度模型模块和播报装置综合对当前天气状况进行了生动、直观的反映，适用了不同环境和用户的需要。

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区域化天气舒适度智能实时播报系统的结构连接框图；

图2是本发明一个示例性实施例的数据处理器的结构连接框图。

附图标记：

无线传感器网络模块1、数据处理器2、播报装置3、舒适度模型模块10、第一处理模块20、第二处理模块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、图2，本实施例提供了区域化天气舒适度智能实时播报系统，该装置包括：用于感应气象参数的无线传感器网络模块1、连接该无线传感器网络模块1的至少一数据处理器2、及一播报装置3，所述数据处理器2接收无线传感器网络模块1感应得到的气象参数，所述数据处理器2设有舒适度模型模块10，气象参数送入舒适度模型模块10进行加权运算，所述数据处理器2将获得的舒适度值输出给所述播报装置3予以显示及广播。

所述舒适度模型模块10是将任一种气象参数对应为不同等级的舒适度值，并将当时的各不同气象参数的舒适度值按照预先设定的权度进行加权运算。

例如，可以设置所述气象参数传感器包括风力传感器、湿度传感器、光强传感器和温度传感器，分别用于感应风力大小、湿度大小(是否下雨)、太阳光照强度、温度情况；例如针对风力大小，可以针对现有的12级风的风力传感器，将1-2级风对应为无风，3-5级风对应为小风，6-9级对应为中风，10级以上对应为大风；并将无风、小风、中风、大风等对应为整个舒适度模型模块10中的某个数值。然后可将各种气象参数对应的舒适度值进行加权运算后获得最终的舒适度程度值。

进一步地，所述数据处理器2还包括第一处理模块20和第二处理模块30，第一处理模块20用于接收所述气象参数；所述第二处理模块30用于控制所述播报装置3。

在一个实施例中，所述播报装置3包括广播模块和显示模块。

其中，无线传感器网络模块1包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的监测区域的中心位置，四个中继节点设置于监测区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内；传感器节点负责采集气象参数并将气象参数发送至其中一个中继节点，中继节点与汇聚节点直接通信，以将接收的气象参数单跳发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所有气象参数并发送至数据处理器2。

在一个实施例中，所述传感器节点包括气象参数传感器，气象参数传感器包括风雨传感器、湿度传感器、光强传感器和温度传感器。

本发明上述实施例可以随时了解当前的天气状况，并通过建立舒适度模型模块10和播报装置3综合对当前天气状况进行了生动、直观的反映，适用了不同环境和用户的需要。

在一个实施例中，所述中继节点可移动，设与中继节点直接通信的簇头集合为C，中继节点定期对集合C中的簇头进行能量监测，按照下列公式计算集合C中的簇头的能量势力：

式中，G_d为集合C中的簇头d的能量势力，P_d为簇头d的当前剩余能量，P_dq为簇头d对应簇内第q个传感器节点的当前剩余能量，m_d为簇头d对应簇内的传感器节点数量，V_d为簇头d的通信距离，P_l为集合C中的第l个簇头的当前剩余能量，V_O为中继节点的通信距离；

若集合C中存在能量势力大于0的簇头，汇聚节点在能量势力大于0的簇头中，选择最大能量势力、次大能量势力的传感器节点作为目标节点，设该两个目标节点的坐标分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)，则中继节点向点的方向移动移动设定的距离；其中中继节点移动的总距离不能超过预设的距离上限。

靠近中继节点的簇头不仅需要接收和转发其簇内的气象参数，还需要中继转发其他簇头的气象参数，因此相对于其他簇头，需要消耗更多的能量，所以无线传感器网络在中继节点附近容易产生能量空洞。

基于此问题，本实施例设置中继节点可移动，并创新性地定义了能量势力的计算公式，本实施例在中继节点的附近簇头的能量势力大于0时，使中继节点向能量势力较大的簇头确定的基准点方向移动设定的距离，从而促使能量较低的簇头由于与移动后的中继节点过远而不再承担中继转发的任务。本实施例有益于平衡各簇头的能量，减少能量空洞现象，进而有效延长网络生存时间，提高气象参数收集的稳定性。

在一个实施例中，非中继节点的簇头定期设置通信距离阈值，当非中继节点的簇头到距离最近的中继节点的距离未超过所设置的通信距离阈值时，其直接将接收的气象参数发送至该距离最近的中继节点；当非中继节点的簇头到距离最近的中继节点的距离超过所设置的通信距离阈值时，其在更靠近该距离最近的中继节点的其余簇头中选择一个最近的作为下一跳节点，将接收的气象参数发送至该下一跳节点；

所述通信距离阈值的设定公式为：

式中，V_i(t)为簇头i在第9个周期设定的通信距离阈值，V_i ^max为簇头i可调节的最大通信距离，V_i ^min为簇头i可调节的最小通信距离，P_i为簇头i的当前剩余能量，P_i0为簇头i的初始能量，P_min为预设的最小能量值，δ为预设的调节因子，δ的取值范围为[0.6,0.8I。

本实施例中，非中继节点的簇头设置通信距离阈值，将其与距离最近的中继节点的距离和该通信距离阈值进行比较，以根据比较结果选择合适的路由形式将气象参数发送至该距离最近的中继节点，有利于较优化地节省簇头向中继节点传输气象参数的能量成本。其中，本实施例根据簇头的当前剩余能量设定了距离阈值的公式，通过该公式计算出的距离阈值来调节簇头的路由方式，有利于降低簇头能量消耗的速率，避免簇头快速失效，有效地延长了簇头的工作周期，进而在整体上提高了气象参数传输的可靠性。

在一种能够实现的方式中，从每个不包含中继节点的虚拟网格区域中选取一个传感器节点作为簇头，包括：

(1)计算虚拟网格区域的重心位置：

式中，E_a表示虚拟网格区域a的重心位置，x(b)表示所述虚拟网格区域a中第b个传感器节点所在位置的x向坐标，y(b)为所述第b个传感器节点所在位置的y向坐标，z(b)为所述第b个传感器节点所在位置的z向坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，n_a为所述虚拟网格区域a具有的传感器节点个数；

(2)计算虚拟网格区域内各传感器节点的权值，并选取权值最大的传感器节点作为该虚拟网格区域的簇头；所述权值的计算公式为：

式中，S_aw为虚拟网格区域a中第b个传感器节点的权重，为所述第b个传感器节点与重心位置E_a的距离，为虚拟网格区域a中第w个传感器节点与重心位置E_a的距离；H_b,o为所述第b个传感器节点与汇聚节点的距离，H_w,o为所述第w个传感器节点与汇聚节点的距离，n_a为虚拟网格区域a中传感器节点个数，r₁、r₂为设定的权重系数。

本实施例提出了虚拟网格区域内各传感器节点权重的计算公式，该计算公式中，距离所在虚拟网格区域重心位置以及汇聚节点更近的传感器节点具有更大的概率担任该虚拟网格区域的簇头。本实施例从每个虚拟网格区域中选择概率最大的传感器节点作为簇头，一方面能够保证簇头尽量均匀地分布在整个监测区域内，另一方面能够提升分簇结果的全局最优性能，节省簇头收集和传输气象参数的能量消耗，提高簇头进行气象参数收集工作的稳定性。

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.区域化天气舒适度智能实时播报系统，其特征是，包括：用于感应气象参数的无线传感器网络模块、连接该无线传感器网络模块的至少一数据处理器、及一播报装置，所述数据处理器接收无线传感器网络模块感应得到的气象参数，所述数据处理器设有舒适度模型模块，气象参数送入舒适度模型模块进行加权运算，所述数据处理器将获得的舒适度值输出给所述播报装置予以显示及广播。

2.根据权利要求1所述的区域化天气舒适度智能实时播报系统，其特征是，所述数据处理器还包括第一处理模块和第二处理模块，第一处理模块用于接收所述气象参数；所述第二处理模块用于控制所述播报装置。

3.根据权利要求2所述的区域化天气舒适度智能实时播报系统，其特征是，所述播报装置包括广播模块和显示模块。

4.根据权利要求1所述的区域化天气舒适度智能实时播报系统，其特征是，无线传感器网络模块包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的监测区域的中心位置，四个中继节点设置于监测区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内；将监测区域划分m个虚拟网格区域，且使得各中继节点在不同的虚拟网格区域内；网络初始化时，在中继节点所在的虚拟网格区域中选取中继节点作为簇头，并从每个不包含中继节点的虚拟网格区域中选取一个传感器节点作为簇头，各传感器节点选择距离最近的簇头加入簇；传感器节点负责采集气象参数，并将采集的气象参数发送至对应的簇头，非中继节点的簇头所接收的气象参数最终发送至其中一个中继节点；中继节点与汇聚节点直接通信，以将接收的气象参数单跳发送至汇聚节点，汇聚节点汇聚所有气象参数并发送至数据处理器。

5.根据权利要求4所述的区域化天气舒适度智能实时播报系统，其特征是，所述传感器节点包括气象参数传感器，气象参数传感器包括风雨传感器、湿度传感器、光强传感器和温度传感器。

6.根据权利要求4所述的区域化天气舒适度智能实时播报系统，其特征是，所述中继节点可移动，设与中继节点直接通信的簇头集合为C，中继节点定期对集合C中的簇头进行能量监测，按照下列公式计算集合C中的簇头的能量势力：

式中，G_d为集合C中的簇头d的能量势力，P_d为簇头d的当前剩余能量，P_dq为簇头d对应簇内第q个传感器节点的当前剩余能量，m_d为簇头d对应簇内的传感器节点数量，V_d为簇头d的通信距离，P_l为集合C中的第l个簇头的当前剩余能量，V_O为中继节点的通信距离；

若集合C中存在能量势力大于0的簇头，汇聚节点在能量势力大于0的簇头中，选择最大能量势力、次大能量势力的传感器节点作为目标节点，设该两个目标节点的坐标分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)，则中继节点向点的方向移动移动设定的距离；其中中继节点移动的总距离不能超过预设的距离上限。