CN109348418A - 区域化天气舒适度智能播报系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了区域化天气舒适度智能播报系统，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舒适度分析模块、及一播报模块，所述舒适度分析模块接收无线传感器网络模块感应得到的气象参数，所述舒适度分析模块设有舒适度模型单元，气象参数送入舒适度模型单元进行加权运算，所述舒适度分析模块将获得的舒适度值发送给所述播报模块予以显示及播报。

Description

区域化天气舒适度智能播报系统

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舒适度分析模块、及一播报模块，所述舒适度分析模块接收无线传感器网络模块感应得到的气象参数，所述舒适度分析模块设有舒适度模型单元，气象参数送入舒适度模型单元进行加权运算，所述舒适度分析模块将获得的舒适度值发送给所述播报模块予以显示及播报。

进一步地，所述舒适度分析模块还包括接收单元和发送单元，接收单元用于接收所述气象参数；所述发送单元用于将获得的舒适度值发送给所述播报模块。

优选地，所述播报模块包括语音播报器和显示器。

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舒适度分析模块。

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单元和播报模块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舒适度分析模块的结构连接框图。

附图标记：

无线传感器网络模块1、舒适度分析模块2、播报模块3、舒适度模型单元10、接收单元20、发送单元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、图2，本实施例提供了区域化天气舒适度智能播报系统，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的至少一舒适度分析模块2、及一播报模块3，所述舒适度分析模块2接收无线传感器网络模块1感应得到的气象参数，所述舒适度分析模块2设有舒适度模型单元10，气象参数送入舒适度模型单元10进行加权运算，所述舒适度分析模块2将获得的舒适度值发送给所述播报模块3予以显示及播报。

所述舒适度模型单元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单元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，所述舒适度分析模块2还包括接收单元20和发送单元30，接收单元20用于接收所述气象参数；所述发送单元30用于将获得的舒适度值发送给所述播报模块3。

在一个实施例中，所述播报模块3包括语音播报器和显示器。

其中，无线传感器网络模块1包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，其中四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，并能与汇聚节点直接通信；传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，当与距离最近的中继节点的距离小于该通信距离时，传感器节点与该距离最近的中继节点直接通信，否则传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，与该下一跳进行直接通信，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；中继节点接收传感器节点发送的气象参数，并将接收的气象参数发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将气象参数发送至舒适度分析模块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单元10和播报模块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，所述的传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，包括：

(1)设传感器节点可调节的通信距离范围为[V_min，V_max]，V_min为传感器节点可调节的最小通信距离，V_max为传感器节点可调节的最大通信距离，传感器节点在初始时调节自己的通信距离为V_max；

(2)传感器节点定期根据当前剩余能量更新自身的通信距离，更新公式为：

式中，V_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新后的通信距离，V_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新后的通信距离，G_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新时的当前剩余能量，G_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新时的当前剩余能量，G_i0为传感器节点i的初始能量，G_min为预设的最小能量值，h为预设的能量因子，且0＜h＜1；

(3)若更新的通信距离小于V_min时，调节传感器节点的通信距离为V_min，并不再更新通信距离。

本实施例中，设置传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，并创新性地设置了传感器节点的通信距离更新公式，该公式随着传感器节点的当前剩余能量的减少来减短通信距离，以限制传感器节点的通信范围，有利于降低传感器节点的通信能耗。本实施例进一步设置传感器节点在更新的通信距离小于V_min时，调节自身的通信距离为V_min，实现了传感器节点在范围[V_min，V_max]内的通信距离调整，避免传感器节点因通信距离过短而无法实现与相邻传感器节点的有效通信。

在一个实施例中，传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，包括：传感器节点确定其各个邻居节点的通信权值，选择通信权值最大的邻居节点作为下一跳；其中通信权值按照下列公式计算：

式中，S_ij表示传感器节点i的第j个邻居节点的通信权值，L_jd为所述第j个邻居节点与第d个中继节点的距离，L_id为传感器节点i与第d个中继节点的距离，V_j为所述第j个邻居节点的当前通信距离，V_min为传感器节点可调节的最小通信距离，V_max为传感器节点可调节的最大通信距离，e₁、e₂为预设的权重系数。

本实施例中，传感器节点在各个邻居节点中，选择通信权值最大的邻居节点作为下一跳，其中创新性地提供了通信权值的计算公式，由该计算公式可知，到各中继节点距离更近、通信距离更大的邻居节点具有更大的概率当选为下一跳。

本实施例基于通信权值选择下一跳，能够尽可能地优化传感器节点的通信路由路径，缩短气象参数传输的距离，从而降低气象参数传输方面的能耗，进一步降低系统的气象参数采集成本。

在一个实施例中，各中继节点具有移动功能，汇聚节点定期收集各中继节点以及各传感器节点的能量信息，并根据能量信息计算中继节点及与其直接通信的传感器节点的能量密度；其中，中继节点a的能量密度按照下列公式计算：

式中，Q_a为中继节点a的能量密度，G_ab为与中继节点a直接通信的第b个传感器节点的当前剩余能量，n_a为与中继节点a直接通信的传感器节点个数，V_a为所述中继节点a的通信距离；

传感器节点的能量密度按照下列公式计算：

式中，Q_ab为与中继节点a直接通信的第b个传感器节点的能量密度，G_bc为所述第b个传感器节点的第c个邻居节点的当前剩余能量，n_b为所述第b个传感器节点的邻居节点个数，V_b为所述第b个传感器节点的通信距离；

当任意中继节点a的能量密度小于与其直接通信的传感器节点的平均能量密度时，汇聚节点计算与中继节点a直接通信的所有传感器节点的平均剩余能量，在与中继节点a直接通信的传感器节点中，将当前剩余能量大于该平均剩余能量的传感器节点作为基准节点，计算所有基准节点的重心位置，并向中继节点a发送移动指令，所述的移动指令包括所述重心位置的信息，所述中继节点a接收到所述移动指令后移动至该重心位置；

其中，以汇聚节点为原点，设与中继节点a直接通信的第c个基准节点的位置坐标为(x_am，y_am，z_am)，则与中继节点a直接通信的所有基准节点的重心位置的计算公式为：

式中，O_a为与中继节点a直接通信的所有基准节点的重心位置，k_a为与中继节点a直接通信的基准节点的个数。

中继节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的气象参数，还要中继转发其他传感器节点的气象参数，因此在中继节点附近的传感器节点相比远离中继节点的传感器节点要发送更多的气象参数，因此在中继节点附近容易产生能量空洞。基于此问题，本实施例当任意中继节点a的能量密度小于与其直接通信的传感器节点的平均能量密度时，中继节点a将向与其直接通信的所有基准节点的重心位置移动。

本实施例能够避免使得中继节点尽量向能量较高的传感器节点移动，有利于使得附近能量较低的传感器节点由于距离的变化不再承担中继任务，从而降低该附近能量较低的传感器节点的能耗，有效避免上述能量空洞现象。

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舒适度分析模块、及一播报模块，所述舒适度分析模块接收无线传感器网络模块感应得到的气象参数，所述舒适度分析模块设有舒适度模型单元，气象参数送入舒适度模型单元进行加权运算，所述舒适度分析模块将获得的舒适度值发送给所述播报模块予以显示及播报。

2.根据权利要求1所述的区域化天气舒适度智能播报系统，其特征是，所述舒适度分析模块还包括接收单元和发送单元，接收单元用于接收所述气象参数；所述发送单元用于将获得的舒适度值发送给所述播报模块。

3.根据权利要求2所述的区域化天气舒适度智能播报系统，其特征是，所述播报模块包括语音播报器和显示器。

4.根据权利要求1所述的区域化天气舒适度智能播报系统，其特征是，无线传感器网络模块包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，其中四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，并能与汇聚节点直接通信；传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，当与距离最近的中继节点的距离小于该通信距离时，传感器节点与该距离最近的中继节点直接通信，否则传感器节点在其邻居节点中选择下一跳，与该下一跳进行直接通信，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；中继节点接收传感器节点发送的气象参数，并将接收的气象参数发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将气象参数发送至舒适度分析模块。

5.根据权利要求4所述的区域化天气舒适度智能播报系统，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播报系统，其特征是，所述的传感器节点根据当前剩余能量调节自身的通信距离，包括：

(1)设传感器节点可调节的通信距离范围为[V_min，V_max]，V_min为传感器节点可调节的最小通信距离，V_max为传感器节点可调节的最大通信距离，传感器节点在初始时调节自己的通信距离为V_max；

(2)传感器节点定期根据当前剩余能量更新自身的通信距离，更新公式为：

式中，V_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新后的通信距离，V_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新后的通信距离，G_i(t-1)为传感器节点i在第t-1个周期更新时的当前剩余能量，G_i(t)为传感器节点i在第t个周期更新时的当前剩余能量，G_i0为传感器节点i的初始能量，G_min为预设的最小能量值，h为预设的能量因子，且0＜h＜1；

(3)若更新的通信距离小于V_min时，调节传感器节点的通信距离为V_min，并不再更新通信距离。