CN109343148A - 海洋气象信息智能感知与自动发布系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了海洋气象信息智能感知与自动发布系统，该系统包括无线感知装置和设置于气象监测站的远程终端；无线感知装置被配置为采集海洋监测区域内的气象信息，无线感知装置包括由汇聚节点和多个部署于该监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的气象信息，汇聚节点主要被配置为汇聚各传感器节点采集的气象信息，并发送至所述远程终端进行存储和显示。

Description

海洋气象信息智能感知与自动发布系统

技术领域

本发明涉及海洋环境监控技术领域，具体涉及海洋气象信息智能感知与自动发布系统。

背景技术

海洋与空气之间的气体交换(其中最主要的有水汽、二氧化碳和甲烷)对气候的变化和发展有极大的影响，由于海洋的气象信息对周围居民生活、渔业劳作及附近工业发展有很大影响，需要对海洋气象进行及时、准确的监测以及发布监测结果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供海洋气象信息智能感知与自动发布系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了海洋气象信息智能感知与自动发布系统，该系统包括无线感知装置和设置于气象监测站的远程终端；无线感知装置被配置为采集海洋监测区域内的气象信息，无线感知装置包括由汇聚节点和多个部署于该监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的气象信息，汇聚节点主要被配置为汇聚各传感器节点采集的气象信息，并发送至所述远程终端进行存储和显示。

在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括温度传感器、海流测量仪、压力测试仪、声学式测试仪和太阳辐射传感器中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述远程终端包括被配置为存储各传感器节点采集的气象信息的存储模块，以及被配置为显示各传感器节点采集的气象信息的信息发布模块。

进一步地，所述远程终端还包括分析预警模块，被配置为对气象信息进行分析，在气象信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术，可以对临近内陆的海洋区域进行重点监测，特别是对于户外捕鱼、帆船运动的路线上，可以根据需求设置传感器节点，提高海上劳作和旅行的安全性；本发明能完成海洋气象信息的实时采集和发布。

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海洋气象信息智能感知与自动发布系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的远程终端的结构示意框图。

附图标记：

无线感知装置1、远程终端2、存储模块10、信息发布模块20、分析预警模块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，本发明实施例提供了海洋气象信息智能感知与自动发布系统，该系统包括无线感知装置1和设置于气象监测站的远程终端2；无线感知装置1被配置为采集海洋监测区域内的气象信息，无线感知装置1包括由汇聚节点和多个部署于该监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的气象信息，汇聚节点主要被配置为汇聚各传感器节点采集的气象信息，并发送至所述远程终端2进行存储和显示。

在一种实施方式中，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括温度传感器、海流测量仪、压力测试仪、声学式测试仪和太阳辐射传感器中的一种或多种。

在一种实施方式中，如图2所示，所述远程终端2包括被配置为存储各传感器节点采集的气象信息的存储模块10，以及被配置为显示各传感器节点采集的气象信息的信息发布模块20。

进一步地，所述远程终端2还包括分析预警模块30，被配置为对气象信息进行分析，在气象信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。所述的输出报警信息，包括向设定的用户终端输出报警信息，和/或向信息发布模块20输出报警信息。

其中阈值条件的设定，可以根据实际情况进行设置。在一种实施方式中，可针对不同气象信息设置不同的标准阈值，当气象信息超出对应的标准阈值判定该气象信息为异常，进而输出报警信息。其中，该报警信息可包括异常的气象信息，和/或异常的气象信息产生的位置。

本发明利用无线传感器网络技术，可以对临近内陆的海洋区域进行重点监测，特别是对于户外捕鱼、帆船运动的路线上，可以根据需求设置传感器节点，提高海上劳作和旅行的安全性；本发明能完成海洋气象信息的实时采集和发布。

在一个实施例中，网络初始化时，传感器节点通过与其他传感器节点的信息交互确定邻居节点，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点；汇聚节点向与其距离小于设定的距离下限B_min的传感器节点发送休眠指示消息，接收到休眠指示消息的传感器节点与距离最近的邻居节点进行距离比较，若传感器节点相对于距离最近的邻居节点更靠近汇聚节点，则向距离最近的邻居节点发送休眠指令，以令距离最近的邻居节点进入休眠状态，否则令自己进入休眠状态。

在一个实施例中，汇聚节点将与其距离小于设定的距离下限B_min的传感器节点及对应距离最近的邻居节点作为近邻节点，汇聚节点定期收集网络内各传感器节点的能量消息，并根据能量消息检测未休眠的近邻节点是否满足下列能量条件，对满足能量条件的近邻节点发送更换通知；接收到更换通知的近邻节点唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态：

式中，V_p为近邻节点p的当前剩余能量，V_y为网络中第y个传感器节点的当前剩余能量，X为网络中部署的传感器节点数量。

汇聚节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的气象信息，还要中继转发其他传感器节点的气象信息，因此在汇聚节点附近的传感器节点相比远离汇聚节点的传感器节点要发送更多的气象信息，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。基于此问题，本实施例定义了近邻节点以及能量条件，并使得近邻节点在能量不满足设定的能量条件时，唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态。本实施例能够避免该附近的传感器节点的能量快速消耗，从而有效避免上述能量空洞现象，延长无线传感器网络的生存时间。基于上述设置的无线传感器网络，能够迅速、准确、实时监测到气象信息，从而为后续的气象信息发布奠定良好的基础。

在一种能够实施的方式中，按照实际需要在设定的监测区域内部署完传感器节点，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整，包括：

(1)确定部署的各传感器节点到汇聚节点的距离，设定片区划分的数量S，根据监测力度需求由弱到强的顺序对各片区进行依次标号，从而监测力度需求最弱的片区的标号为1，而监测力度需求最强的片区的标号为S；其中，S按照下列公式设定：

式中，B_max为部署的传感器节点到汇聚节点的最大距离，B_min为部署的传感器节点到汇聚节点的最小距离，B_max-1为部署的传感器节点到汇聚节点的次大距离，B_min-1为部署的传感器节点到汇聚节点的次小距离，w为设定的监测区域相邻片区之间的间隔；

(2)对监测区域的各个片区根据标号的大小被分配不同的权级，其中标号为m的片区的权级为：

T_m＝e^m-2

式中，T_m表示标号为m的片区的权级，e为自然常数；

(3)根据片区的权级计算该片区应该分配的传感器节点数量：

式中，D_m表示标号为m的片区应该分配的传感器节点数量，T₅为标号为β的片区的权级；

(4)统计各片区的实际传感器节点部署数量，根据片区标号由小到大的顺序，对各片区依次进行数量检测和调整，具体为：当片区内的实际传感器节点部署数量D_a′大于应该分配的传感器节点数量D_a时，在与该片区相邻的两个片区中选择标号最大的作为移动目的地，将该片区中距离所述移动目的地较近的D_a′-D_a个传感器节点移动至所述移动目的地，并更新移动目的地的实际传感器节点部署数量，对下一个片区进行检测。

本实施例按照实际需求在设定的监测区域内部署传感器节点后，将设定的监测区域划分成多个片区，并对各片区的传感器节点数量进行调整。本实施例提出了具体的传感器节点数量调整机制，该机制根据监测力度需求为每个片区设置相应的权级，并根据权级计算该片区应该分配的传感器节点数量，通过计算出的传感器节点数量与传感器节点实际部署数量进行比较，确定是否调整片区内的传感器节点数量。

本实施例使得传感器节点相对集中于监测力度需求较高的区域，其他区域传感器节点分布较少，从而能够进一步提高相对重要的监测区域的网络覆盖率，相对于随机部署传感器节点的方式，优化了网络拓扑结构，进而提升无线传感器网络的监测性能。

在一个实施例中，传感器节点模型采用布尔感知模型，传感器节点感知半径异构，任意传感器节点的感知半径在[F_min,F_max]范围内，其中F_max和F_min分为传感器节点感知半径的上下限；部署传感器节点时设置任意相邻两个传感器节点i,j的距离B(i,j)满足：

式中，F_i为传感器节点i的感知半径，F_j为传感器节点j的感知半径，F_y为网络中按照实际需求部署的第y个传感器节点的感知半径，X为网络中按照实际需求部署的传感器节点数量，K为所述监测区域的体积。

本实施例通过设定任意相邻两个传感器节点之间的距离范围，以控制两个相邻传感器节点之间感知范围的重叠度，能够使得相邻两个传感器节点之间的感知范围的重叠处于较为合理的水平，也有利于避免传感器节点之间由于距离过远而不能实现较高的覆盖率。

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.海洋气象信息智能感知与自动发布系统，其特征是，包括无线感知装置和设置于气象监测站的远程终端；无线感知装置被配置为采集海洋监测区域内的气象信息，无线感知装置包括由汇聚节点和多个部署于该监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的气象信息，汇聚节点主要被配置为汇聚各传感器节点采集的气象信息，并发送至所述远程终端进行存储和显示。

2.根据权利要求1所述的海洋气象信息智能感知与自动发布系统，其特征是，传感器节点设有传感器模块，传感器模块包括温度传感器、海流测量仪、压力测试仪、声学式测试仪和太阳辐射传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的海洋气象信息智能感知与自动发布系统，其特征是，所述远程终端包括被配置为存储各传感器节点采集的气象信息的存储模块，以及被配置为显示各传感器节点采集的气象信息的信息发布模块。

4.根据权利要求3所述的海洋气象信息智能感知与自动发布系统，其特征是，所述远程终端还包括分析预警模块，被配置为对气象信息进行分析，在气象信息不符合设定的阈值条件时输出报警信息。

5.根据权利要求1所述的海洋气象信息智能感知与自动发布系统，其特征是，网络初始化时，传感器节点通过与其他传感器节点的信息交互确定邻居节点，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点；汇聚节点向与其距离小于设定的距离下限B_min的传感器节点发送休眠指示消息，接收到休眠指示消息的传感器节点与距离最近的邻居节点进行距离比较，若传感器节点相对于距离最近的邻居节点更靠近汇聚节点，则向距离最近的邻居节点发送休眠指令，以令距离最近的邻居节点进入休眠状态，否则令自己进入休眠状态。

6.根据权利要求5所述的海洋气象信息智能感知与自动发布系统，其特征是，汇聚节点将与其距离小于设定的距离下限B_min的传感器节点及对应距离最近的邻居节点作为近邻节点，汇聚节点定期收集网络内各传感器节点的能量消息，并根据能量消息检测未休眠的近邻节点是否满足下列能量条件，对满足能量条件的近邻节点发送更换通知；接收到更换通知的近邻节点唤醒其距离最近的邻居节点，然后自己进入休眠状态：

式中，V_p为近邻节点p的当前剩余能量，V_y为网络中第y个传感器节点的当前剩余能量，X为网络中部署的传感器节点数量。