CN110930644A - 一种电缆生产安全预警系统 - Google Patents

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CN110930644A CN201911278937.4A CN201911278937A CN110930644A CN 110930644 A CN110930644 A CN 110930644A CN 201911278937 A CN201911278937 A CN 201911278937A CN 110930644 A CN110930644 A CN 110930644A
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Abstract

一种电缆生产安全预警系统，包括设备运行监测模块、车间环境监测模块，安全管理终端和预警模块，所述设备运行监测模块用于对电缆生产设备进行数据监测和视频监测，所述车间环境监测模块用于对车间环境数据进行监测，所述安全管理终端用于对监测所得的数据进行处理和分析，当电缆生产设备的运行数据或车间环境数据高于预设的阈值时令预警模块进行报警，并对获取的视频图像进行处理和显示。本发明的有益效果为：保证了电缆生产车间从业人员的人身安全和电缆生产经营活动的顺利进行。

Description

一种电缆生产安全预警系统
技术领域
本发明创造涉及生产管理领域，具体涉及一种电缆生产安全预警系统。
背景技术
在电缆生产过程中会产生高温和废气等，从而造成电缆生产车间处于危险状态，工作人员长期处于这种环境，就会对工作人员的人身安全带来危害，所以，电缆生产车间环境的有效监测及相应的报警措施对电缆安全生产相当重要；此外，在电缆生产过程中对电缆生产设备运行的实时监测，能够及时发现电缆生产设备的异常情况，从而采用相应的措施进行应对；因此，对电缆生产车间的环境和电缆生产设备的有效监测，能够避免造成人员伤害和财产损失的，并且能够及时发现生产事故并采取相应的事故预防和控制措施，保证了从业人员的人身安全和生产经营活动的顺利进行。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种电缆生产安全预警系统。
本发明创造的目的通过以下技术方案实现：
一种电缆生产安全预警系统，包括设备运行监测模块、车间环境监测模块，安全管理终端和预警模块，所述设备运行监测模块包括设备数据监测单元和设备视频监测单元，所述设备数据监测单元用于对电缆生产设备的运行数据进行实时监测，并将监测所得的数据传输至安全管理终端，所述设备视频监测单元用于对电缆生产设备进行视频监测，并将获取的视频图像传输至安全管理终端，所述车间环境监测模块用于对车间环境数据进行采集，并将采集所得的车间环境数据传输至安全管理终端，所述安全管理终端包括数据处理单元、图像处理单元和信息显示单元，所述数据处理单元用于对接收到的电缆生产设备的运行数据和车间环境数据进行处理和分析，当电缆生产设备的运行数据和设置的数值不同，或车间环境数据高于预设的安全阈值时令预警模块进行报警，所述图像处理单元用于对接收到的视频图像进行滤波处理，并将处理后的视频图像在信息显示单元进行显示；所述车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集，将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点，所述车间环境数据采集节点用于进行车间环境数据的采集，并将获取的车间环境数据打包后传输至其对应的中转节点，由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点，设Ci表示第i个簇，CHi为簇Ci的簇头节点，且簇Ci中的传感器节点集合为U(Ci)＝{ui,i＝1,2,...k}，其中，k为集合U(Ci)中的传感器节点数，ui为簇Ci中的第i个传感器节点，设L(ui)表示传感器节点ui的邻居传感器节点集合，且
Figure BDA0002316175150000021
其中，
Figure BDA0002316175150000022
表示传感器节点ui的第j个邻居传感器节点，n表示传感器节点ui的邻居传感器节点数，定义D(ui，t)表示传感器节点ui在t时刻的监测优先级，则D(ui，t)的表达式为：
Figure BDA0002316175150000023
式中，(xi，yi)为传感器节点ui的位置坐标，
Figure BDA0002316175150000024
为传感器节点
Figure BDA0002316175150000025
的位置坐标，t0(ui)表示传感器节点ui上一次作为车间环境数据采集节点的时间，E(ui)表示传感器节点ui当前时刻的能量值，E0(ui)表示传感器节点ui的初始能量值；
簇头节点CHi计算簇Ci内各个传感器节点的监测优先级，并将簇Ci中的传感器节点按其监测优先级的值由大到小进行排列，选取前
Figure BDA0002316175150000026
个传感器节点作为车间环境数据采集节点，选取后
Figure BDA0002316175150000027
个传感器节点作为中转节点的候选节点，各车间环境数据采集节点在中转节点的候选节点中选取其对应的中转节点，给定监测周期T，每隔T时间簇头节点CHi重新计算簇Ci中各传感器节点的监测优先级，并在簇Ci中重新选取车间环境数据采集节点和中转节点。
优选地，设集合M(Ci，t)表示在t时刻簇Ci中选取的车间环境数据采集节点集合，且
Figure BDA0002316175150000028
其中，cl表示集合M(Ci，t)中的第l个车间环境数据采集节点，集合Z(Ci，t)表示在t时刻簇Ci中选取的中转节点的候选节点集合，且
Figure BDA0002316175150000029
其中，zj表示集合Z(Ci，t)中的第j个候选节点，
Figure BDA00023161751500000210
表示集合M(Ci，t)和集合Z(Ci，t)中的节点数，所述车间环境数据采集节点cl对应的中转节点采用中转节点选取函数在集合Z(Ci，t)中进行选取，定义车间环境数据采集节点cl对应的中转节点选取函数为f(cl，zj)，则f(cl，zj)的表达式为：
Figure BDA00023161751500000211
式中，l(zj)为判断函数，当候选节点zj为车间环境采集节点cl的邻居传感器节点时，则l(zj)＝1，当候选节点zj不为车间环境数据采集节点cl的邻居传感器节点时，则l(zj)＝+∞，β(zj)为候选节点zj的属性值，且
Figure BDA0002316175150000031
其中，E(zj)表示候选节点zj当前时刻的能量值，E0(zj)表示候选节点zj的初始能量值，d(zj)表示候选节点zj到其簇头节点的距离，d(cl表示车间环境采集节点cl到其簇头节点的距离，(xl，yl)为车间环境数据采集节点cl的位置坐标，(xj，yj)为候选节点zj的位置坐标，s1为数值较小的常数，B(zj)表示候选节点zj在[t，t+T]时间内的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和；
在集合Z(Ci，t)中选取使得中转节点选取函数f(cl，zj)值最小的候选节点zj为车间环境采集节点cl的中转节点。
优选地，设候选节点zb为车间环境数据采集节点cl选取的中转节点，则车间环境数据采集节点cl将获取的车间环境数据包传输至中转节点zb，由中转节点zb将所述车间环境数据包传输至簇头节点CHi，在一个监测周期T结束后，车间环境数据采集节点cl对中转节点zb的转发行为进行检测，定义中转节点zb转发车间环境数据采集节点cl的车间环境数据包的收益检测系数为ρ(cl，zb)，则ρ(cl，zb)的表达式为：
Figure BDA0002316175150000032
式中，I(cl，zb)表示车间环境数据采集节点cl在[t，t+T]时间内传输至中转节点zb的车间环境数据包数，I(zb)表示中转节点zb在[t，t+T]时间内将车间环境数据采集节点cl传输过来的车间环境数据包成功转发的数量，E(zb，t)表示中转节点zb在t时刻的能量值，E(zb，t+T)表示中转节点zb在(t+T)时刻的能量值，N(cl，zb)表示车间环境数据采集节点cl和中转节点zb之间传输车间环境采集数据包消耗的能量值，B(zb)表示中转节点zb在[t，t+T]时间内的邻居车间环境数据采集节点数和中转节点数之和，k表示簇Ci中的传感器节点总数；
车间环境数据采集节点cl将计算所得的收益检测系数ρ(cl，zb)进行存储，并将所述收益检测系数ρ(cl，zb)与给定的收益检测阈值ρ0进行比较，当收益检测系数ρ(cl，zb)＜ρ0时，车间环境数据采集节点cl断定中转节点zb的转发行为的收益为负，并将该消息发送至簇头节点CHi，由簇头节点CHi对中转节点zb的转发行为进行二次检测，设X(zb)为簇Ci中选取过中转节点zb为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点集合，且
Figure BDA0002316175150000033
其中，
Figure BDA0002316175150000034
为集合X(zb)中的第k个车间环境数据采集节点，q(zb)表示集合X(zb)中的车间环境数据采集节点数，簇头节点CHi命令集合X(zb)中的车间环境数据采集节点
Figure BDA0002316175150000035
对中转节点zb的转发行为进行二次检测，车间环境数据采集节点
Figure BDA0002316175150000041
接收到二次检测的指令后，将其存储的收益检测系数
Figure BDA0002316175150000042
反馈给簇头节点CHi，由簇头节点CHi对中转节点zb的转发行为的收益进行评估，定义
Figure BDA0002316175150000043
表示簇头节点CHi对中转节点zb的第一收益评估系数，
Figure BDA0002316175150000044
表示簇头节点CHi对中转节点zb的第二收益评估系数，且
Figure BDA0002316175150000045
和
Figure BDA0002316175150000046
的表达式为：
Figure BDA0002316175150000047
Figure BDA0002316175150000048
式中，
Figure BDA0002316175150000049
为判断函数，当
Figure BDA00023161751500000410
时，则
Figure BDA00023161751500000411
当
Figure BDA00023161751500000412
Figure BDA00023161751500000413
时，则
Figure BDA00023161751500000414
当簇头节点CHi对中转节点zb的收益评估系数满足
Figure BDA00023161751500000415
时，簇头节点CHi断定中转节点zb的收益为负，并对中转节点zb的属性值β(zb)进行修正：β′(zb)＝0；当簇头节点CHi对中转节点zb的收益评估系数满足
Figure BDA00023161751500000416
且
Figure BDA00023161751500000417
时，簇头节点CHi断定中转节点zb为低收益中转节点，并对中转节点zb的属性值β(zb)进行修正：
Figure BDA00023161751500000418
Figure BDA00023161751500000419
当簇头节点CHi对中转节点zb的收益评估系数满足
Figure BDA00023161751500000420
且
Figure BDA00023161751500000421
时，簇头节点CHi断定中转节点zb为高收益中转节点，并对中转节点zb的属性值β(zb)进行修正：
Figure BDA00023161751500000422
其中，β(zb)为中转节点zb的属性值，且
Figure BDA00023161751500000423
其中，E(zb)表示中转节点zb当前时刻的能量值，E0(zb)表示中转节点zb的初始能量值，d(zb)表示中转节点zb到其簇头节点的距离，β′(zb)表示修正后中转节点zb的属性值。
本发明创造的有益效果：对电缆生产车间进行安全预警，通过设备运行监测模块和车间环境监测模块对电缆生产设备的运行和电缆生产车间的环境进行监测，保证了电缆生产车间中作业人员的人身安全和电缆生产活动的顺利进行；车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集，将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点，定义传感器节点的监测优先级，选取具有较高监测优先级的传感器节点作为车间环境数据采集节点，进行车间环境数据的采集和传输，车间环境数据采集节点在监测优先级较低的传感器节点中选取其对应的中转节点辅助其进行车间环境数据的传输，所述中转节点不负责车间环境数据的采集，仅负责将车间环境数据采集节点传输过来的车间环境数据转发至簇头节点，因此，消耗的能量值较小，每隔T时间进行重新选取，使得簇中的传感器节点可以进行交替工作，从而平衡了簇中传感器节点的能量消耗，延长了无线传感器网络的生存周期；定义传感器节点的监测优先级，凭借传感器节点对应的监测优先级的值的大小决定该传感器节点是作为车间环境数据采集节点还是中转节点，定义的监测优先级中引入了传感器节点的能量因素，使得作为车间环境数据采集节点的传感器节点具有较高能量，而能量较低的传感器节点作为中转节点，从而保证了簇中传感器节点的能量均衡；此外，监测优先级中引入了传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间，当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较远时，则增加该传感器节点的监测优先级，当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较近时，则减小该传感器节点的监测优先级，从而保证了簇中传感器节点作为车间环境数据采集节点的次数和作为中转节点的次数可以较为平衡，保证了簇中传感器节点采集车间环境数据的全面性；在监测优先级中引入传感器节点和其邻居传感器节点的位置分布关系，当传感器节点和其邻居传感器节点的位置较远时，则增加该传感器节点的监测优先级值，保证了进行车间环境数据采集的传感器节点能够覆盖较多的范围，从而提高了车间环境监测的准确性；当车间环境数据采集节点采集车间环境数据后，将获取的车间环境数据包传输至其对应的中转节点，由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点，从而减小了车间环境数据采集节点的数据传输能耗；在车间环境数据采集节点的邻居节点中选取其对应的中转节点，定义中转节点选取函数，在定义的中转节点选取函数中引入距离因素和能量因素，保证选取的中转节点距离车间环境采集节点和簇头节点都具有较短的距离，并且具有较高的能量值，在中转节点选取函数中引入中转节点的邻居车间环境数据采集点数和邻居中转节点数之和B(zj)，B(zj)在一定程度上反应了中转节点传输数据的信道的竞争情况，选取具有较小B(zj)值的候选节点在一定程度上提高了中转节点转发数据包的效率；在一个监测周期结束后，车间环境数据采集节点对其对应的中转节点的转发行为进行检测，定义收益检测系数，通过监测中转节点将其传输的环境监测数据包成功转发的数量包数和能量消耗情况衡量中转节点的转发收益，传感器节点的邻居传感器节点数量在一定程度上反应了该传感器节点传输数据的信道的竞争情况，因此，在收益检测系数中通过中转节点在所述监测周期内包含的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和对中转节点成功转发的数据包数进行一定程度的补偿，从而避免了因信道冲突造成的正常丢包而降低该中转节点的收益检测系数值的情况，从而避免了该中转节点转发行为的误判；当车间环境数据采集节点断定其中转节点的收益为负时，簇头节点命令所有选取过该中转节点为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点对该中转节点的转发行为进行二次检测，并定义第一收益评估系数和第二收益评估系数根据车间环境数据采集节点的二次检测结果对该中转节点的转发收益进行评估，根据评估结果对该中转节点的属性值进行修正，当断定该中转节点为低收益中转节点时，即减小该中转节点的属性值，使得该中转节点在下一次选取时具有较低的概率被选取为中转节点，当断定该中转节点为低收益中转节点时，即增加该中转节点的属性值，使得该中转节点在下一次选取时具有较高的概率被选取为中转节点，当断定该中转节点的收益为负时，则令该中转节点的属性值为零。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，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是本发明结构示意图。
附图标记：
设备运行监测模块；车间环境监测模块；安全管理终端；预警模块。
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，本实施例的一种电缆生产安全预警系统，包括设备运行监测模块、车间环境监测模块，安全管理终端和预警模块，所述设备运行监测模块包括设备数据监测单元和设备视频监测单元，所述设备数据监测单元用于对电缆生产设备的运行数据进行实时监测，并将监测所得的数据传输至安全管理终端，所述设备视频监测单元用于对电缆生产设备进行视频监测，并将获取的视频图像传输至安全管理终端，所述车间环境监测模块用于对车间环境数据进行采集，并将采集所得的车间环境数据传输至安全管理终端，所述安全管理终端包括数据处理单元、图像处理单元和信息显示单元，所述数据处理单元用于对接收到的电缆生产设备的运行数据和车间环境数据进行处理和分析，当电缆生产设备的运行数据和设置的数值不同，或车间环境数据高于预设的安全阈值时令预警模块进行报警，所述图像处理单元用于对接收到的视频图像进行滤波处理，并将处理后的视频图像在信息显示单元进行显示；所述车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集，将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点，所述车间环境数据采集节点用于进行车间环境数据的采集，并将获取的车间环境数据打包后传输至其对应的中转节点，由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点，设Ci表示第i个簇，CHi为簇Ci的簇头节点，且簇Ci中的传感器节点集合为U(Ci)＝{ui，i＝1，2，...k}，其中，k为集合U(Ci)中的传感器节点数，ui为簇Ci中的第i个传感器节点，设L(ui)表示传感器节点ui的邻居传感器节点集合，且
Figure BDA0002316175150000071
Figure BDA0002316175150000072
其中，
Figure BDA0002316175150000073
表示传感器节点ui的第j个邻居传感器节点，n表示传感器节点ui的邻居传感器节点数，定义D(ui，t)表示传感器节点ui在t时刻的监测优先级，则D(ui，t)的表达式为：
Figure BDA0002316175150000074
式中，(xi，yi)为传感器节点ui的位置坐标，
Figure BDA0002316175150000078
为传感器节点
Figure BDA0002316175150000075
的位置坐标，t0(ui)表示传感器节点ui上一次作为车间环境数据采集节点的时间，E(ui)表示传感器节点ui当前时刻的能量值，E0(ui)表示传感器节点ui的初始能量值；
簇头节点CHi计算簇Ci内各个传感器节点的监测优先级，并将簇Ci中的传感器节点按其监测优先级的值由大到小进行排列，选取前
Figure BDA0002316175150000076
个传感器节点作为车间环境数据采集节点，选取后
Figure BDA0002316175150000077
个传感器节点作为中转节点的候选节点，各车间环境数据采集节点在中转节点的候选节点中选取其对应的中转节点，给定监测周期T，每隔T时间簇头节点CHi重新计算簇Ci中各传感器节点的监测优先级，并在簇Ci中重新选取车间环境数据采集节点和中转节点。
本优先实施例对电缆生产车间进行安全预警，通过设备运行监测模块和车间环境监测模块对电缆生产设备的运行和电缆生产车间的环境进行监测，保证了电缆生产车间中作业人员的人身安全和电缆生产活动的顺利进行；车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集，将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点，定义传感器节点的监测优先级，选取具有较高监测优先级的传感器节点作为车间环境数据采集节点，进行车间环境数据的采集和传输，车间环境数据采集节点在监测优先级较低的传感器节点中选取其对应的中转节点辅助其进行车间环境数据的传输，所述中转节点不负责车间环境数据的采集，仅负责将车间环境数据采集节点传输过来的车间环境数据转发至簇头节点，因此，消耗的能量值较少，每隔T时间进行重新选取，使得簇中的传感器节点可以进行交替工作，从而平衡了簇中传感器节点的能量消耗，延长了无线传感器网络的生存周期；定义传感器节点的监测优先级，凭借传感器节点对应的监测优先级的值的大小决定该传感器节点是作为车间环境数据采集节点还是中转节点，定义的监测优先级中引入了传感器节点的能量因素，使得作为车间环境数据采集节点的传感器节点具有较高能量，而能量较低的传感器节点作为中转节点，从而保证了簇中传感器节点的能量均衡；此外，监测优先级中引入了传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间，当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较远时，则增加该传感器节点的监测优先级，当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较近时，则减小该传感器节点的监测优先级，从而保证了簇中传感器节点作为车间环境数据采集节点的次数和作为中转节点的次数可以较为平衡，保证了簇中传感器节点采集车间环境数据的全面性；在监测优先级中引入传感器节点和其邻居传感器节点的位置分布关系，当传感器节点和其邻居传感器节点的位置较远时，则增加该传感器节点的监测优先级值，保证了进行车间环境数据采集的传感器节点能够覆盖较多的范围，从而提高了车间环境监测的准确性。
优选地，设集合M(Ci，t)表示在t时刻簇Ci中选取的车间环境数据采集节点集合，且
Figure BDA0002316175150000081
其中，cl表示集合M(Ci，t)中的第l个车间环境数据采集节点，集合Z(Ci，t)表示在t时刻簇Ci中选取的中转节点的候选节点集合，且
Figure BDA0002316175150000082
其中，zj表示集合Z(Ci，t)中的第j个候选节点，
Figure BDA0002316175150000083
表示集合M(Ci，t)和集合Z(Ci，t)中的节点数，所述车间环境数据采集节点cl对应的中转节点采用中转节点选取函数在集合Z(Ci，t)中进行选取，定义车间环境数据采集节点cl对应的中转节点选取函数为f(cl，zj)，则f(cl，zj)的表达式为：
Figure BDA0002316175150000084
式中，l(zj)为判断函数，当候选节点zj为车间环境采集节点cl的邻居传感器节点时，则l(zj)＝1，当候选节点zj不为车间环境数据采集节点cl的邻居传感器节点时，则l(zj)＝+∞，β(zj)为候选节点zj的属性值，且
Figure BDA0002316175150000085
其中，E(zj)表示候选节点zj当前时刻的能量值，E0(zj)表示候选节点zj的初始能量值，d(zj)表示候选节点zj到其簇头节点的距离，d(cl表示车间环境采集节点cl到其簇头节点的距离，(xl，yl)为车间环境数据采集节点cl的位置坐标，(xj，yj)为候选节点zj的位置坐标，s1为数值较小的常数，B(zj)表示候选节点zj在[t，t+T]时间内的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和；
在集合Z(Ci，t)中选取使得中转节点选取函数f(cl，zj)值最小的候选节点zj为车间环境采集节点cl的中转节点。
本优选实施例用于选取车间环境数据采集节点的中转节点，当车间环境数据采集节点采集车间环境数据后，将获取的车间环境数据包传输至其对应的中转节点，由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点，从而减小了车间环境数据采集节点的数据传输能耗；在车间环境采集节点的邻居节点中选取其对应的中转节点，定义中转节点选取函数，在定义的中转节点选取函数中引入距离因素和能量因素，保证选取的中转节点距离车间环境采集节点和簇头节点都具有较短的距离，并且具有较高的能量值，在中转节点选取函数中引入中转节点的邻居车间环境数据采集点数和邻居中转节点数之和B(zj)，B(zj)在一定程度上反应了中转节点传输数据的信道的竞争情况，因此，选取具有较小B(zj)值的候选节点在一定程度上提高了中转节点转发数据包的效率。
优选地，设候选节点zb为车间环境数据采集节点cl选取的中转节点，则车间环境数据采集节点cl将获取的车间环境数据包传输至中转节点zb，由中转节点zb将所述车间环境数据包传输至簇头节点CHi，在一个监测周期T结束后，车间环境数据采集节点cl对中转节点zb的转发行为进行检测，定义中转节点zb转发车间环境数据采集节点cl的车间环境数据包的收益检测系数为ρ(cl，zb)，则ρ(cl，zb)的表达式为：
Figure BDA0002316175150000091
式中，I(cl，zb)表示车间环境数据采集节点cl在[t，t+T]时间内传输至中转节点zb的车间环境数据包数，I(zb)表示中转节点zb在[t，t+T]时间内将车间环境数据采集节点cl传输过来的车间环境数据包成功转发的数量，E(zb，t)表示中转节点zb在t时刻的能量值，E(zb，t+T)表示中转节点zb在(t+T)时刻的能量值，N(cl，zb)表示车间环境数据采集节点cl和中转节点zb之间传输车间环境采集数据包消耗的能量值，B(zb)表示中转节点zb在[t，t+T]时间内的邻居车间环境数据采集节点数和中转节点数之和，k表示簇Ci中的传感器节点总数；
车间环境数据采集节点cl将计算所得的收益检测系数ρ(cl，zb)进行存储，并将所述收益检测系数ρ(cl，zb)与给定的收益检测阈值ρ0进行比较，当收益检测系数ρ(cl，zb)＜ρ0时，车间环境数据采集节点cl断定中转节点zb的转发行为的收益为负，并将该消息发送至簇头节点CHi，由簇头节点CHi对中转节点zb的转发行为进行二次检测，设X(zb)为簇Ci中选取过中转节点zb为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点集合，且
Figure BDA0002316175150000101
其中，
Figure BDA0002316175150000102
为集合X(zb)中的第k个车间环境数据采集节点，q(zb)表示集合X(zb)中的车间环境数据采集节点数，簇头节点CHi命令集合X(zb)中的车间环境数据采集节点
Figure BDA0002316175150000103
对中转节点zb的转发行为进行二次检测，车间环境数据采集节点
Figure BDA0002316175150000104
接收到二次检测的指令后，将其存储的收益检测系数
Figure BDA0002316175150000105
反馈给簇头节点CHi，由簇头节点CHi对中转节点zb的转发行为的收益进行评估，定义
Figure BDA0002316175150000106
表示簇头节点CHi对中转节点zb的第一收益评估系数，
Figure BDA0002316175150000107
表示簇头节点CHi对中转节点zb的第二收益评估系数，且
Figure BDA0002316175150000108
和
Figure BDA0002316175150000109
的表达式为：
Figure BDA00023161751500001010
Figure BDA00023161751500001011
式中，
Figure BDA00023161751500001012
为判断函数，当
Figure BDA00023161751500001013
时，则
Figure BDA00023161751500001014
当
Figure BDA00023161751500001015
Figure BDA00023161751500001016
时，则
Figure BDA00023161751500001017
当簇头节点CHi对中转节点zb的收益评估系数满足
Figure BDA00023161751500001018
时，簇头节点CHi断定中转节点zb的收益为负，并对中转节点zb的属性值β(zb)进行修正：β′(zb)＝0；当簇头节点CHi对中转节点zb的收益评估系数满足
Figure BDA00023161751500001019
且
Figure BDA00023161751500001020
时，簇头节点CHi断定中转节点zb为低收益中转节点，并对中转节点zb的属性值β(zb)进行修正：
Figure BDA00023161751500001021
Figure BDA00023161751500001022
当簇头节点CHi对中转节点zb的收益评估系数满足
Figure BDA00023161751500001023
且
Figure BDA00023161751500001024
时，簇头节点CHi断定中转节点zb为高收益中转节点，并对中转节点zb的属性值β(zb)进行修正：
Figure BDA00023161751500001025
其中，β(zb)为中转节点zb的属性值，且
Figure BDA00023161751500001026
其中，E(zb)表示中转节点zb当前时刻的能量值，E0(zb)表示中转节点zb的初始能量值，d(zb)表示中转节点zb到其簇头节点的距离，β′(zb)表示修正后中转节点zb的属性值。
本优选实施例用于在一个监测周期结束后，车间环境数据采集节点对其对应的中转节点的转发行为进行检测，定义收益检测系数，通过监测中转节点将其传输的环境监测数据包成功转发的数量包数和能量消耗情况衡量中转节点的转发收益，传感器节点的邻居传感器节点数量在一定程度上反应了该传感器节点传输数据的信道的竞争情况，因此，在收益检测系数中通过中转节点在所述采集周期内包含的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和对中转节点成功转发的数据包数进行一定程度的补偿，从而避免了因信道冲突造成的正常丢包而降低该中转节点的收益检测系数值的情况，从而避免了该中转节点转发行为的误判；当车间环境数据采集节点断定其中转节点的收益为负时，簇头节点命令所有选取过该中转节点为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点对该中转节点的转发行为进行二次检测，并定义第一收益评估系数和第二收益评估系数根据车间环境数据采集节点的二次检测结果对该中转节点的转发收益进行评估，根据评估结果对该中转节点的属性值进行修正，当断定该中转节点为低收益中转节点时，即减小该中转节点的属性值，使得该中转节点在下一次选取时具有较低的概率被选取为中转节点，当断定该中转节点为低收益中转节点时，即增加该中转节点的属性值，使得该中转节点在下一次选取时具有较高的概率被选取为中转节点，当断定该中转节点的收益为负时，则令该中转节点的属性值为零。
优选地，车间环境数据包括车间温度、车间湿度、车间烟雾浓度和车间颗粒浓度。
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 (3)

1.一种电缆生产安全预警系统，其特征是，包括设备运行监测模块、车间环境监测模块，安全管理终端和预警模块，所述设备运行监测模块包括设备数据监测单元和设备视频监测单元，所述设备数据监测单元用于对电缆生产设备的运行数据进行实时监测，并将监测所得的数据传输至安全管理终端，所述设备视频监测单元用于对电缆生产设备进行视频监测，并将获取的视频图像传输至安全管理终端，所述车间环境监测模块用于对车间环境数据进行采集，并将采集所得的车间环境数据传输至安全管理终端，所述安全管理终端包括数据处理单元、图像处理单元和信息显示单元，所述数据处理单元用于对接收到的电缆生产设备的运行数据和车间环境数据进行处理和分析，当电缆生产设备的运行数据和设置的数值不同，或车间环境数据高于预设的安全阈值时令预警模块进行报警，所述图像处理单元用于对接收到的视频图像进行滤波处理，并将处理后的视频图像在信息显示单元进行显示；所述车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集，将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点，所述车间环境数据采集节点用于进行车间环境数据的采集，并将获取的车间环境数据打包后传输至其对应的中转节点，由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点，设
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表示第
Figure DEST_PATH_IMAGE004
个簇，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为簇
Figure 80456DEST_PATH_IMAGE002
的簇头节点，且簇
Figure 653389DEST_PATH_IMAGE002
中的传感器节点集合为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为集合
Figure DEST_PATH_IMAGE012
中的传感器节点数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为簇
Figure 993978DEST_PATH_IMAGE002
中的第
Figure 920346DEST_PATH_IMAGE004
个传感器节点，设
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示传感器节点
Figure 187248DEST_PATH_IMAGE014
的邻居传感器节点集合，且
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示传感器节点
Figure 370230DEST_PATH_IMAGE014
的第
Figure DEST_PATH_IMAGE022
个邻居传感器节点，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表示传感器节点
Figure 496317DEST_PATH_IMAGE014
的邻居传感器节点数，定义
Figure DEST_PATH_IMAGE026
表示传感器节点
Figure 632901DEST_PATH_IMAGE014
在
Figure DEST_PATH_IMAGE028
时刻的监测优先级，则
Figure DEST_PATH_IMAGE030
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为传感器节点
Figure 778144DEST_PATH_IMAGE014
的位置坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为传感器节点
Figure 725502DEST_PATH_IMAGE020
的位置坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
表示传感器节点
Figure 683094DEST_PATH_IMAGE014
上一次作为车间环境数据采集节点的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
表示传感器节点
Figure 607056DEST_PATH_IMAGE014
当前时刻的能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
表示传感器节点
Figure 333704DEST_PATH_IMAGE014
的初始能量值；
簇头节点
Figure 183455DEST_PATH_IMAGE006
计算簇
Figure 831605DEST_PATH_IMAGE002
内各个传感器节点的监测优先级，并将簇
Figure 637887DEST_PATH_IMAGE002
中的传感器节点按其监测优先级的值由大到小进行排列，选取前
Figure DEST_PATH_IMAGE044
个传感器节点作为车间环境数据采集节点，选取后
Figure 733888DEST_PATH_IMAGE044
个传感器节点作为中转节点的候选节点，各车间环境数据采集节点在中转节点的候选节点中选取其对应的中转节点，给定监测周期
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，每隔
Figure 6737DEST_PATH_IMAGE046
时间簇头节点
Figure 158495DEST_PATH_IMAGE006
重新计算簇
Figure 643834DEST_PATH_IMAGE002
中各传感器节点的监测优先级，并在簇
Figure 672970DEST_PATH_IMAGE002
中重新选取车间环境数据采集节点和中转节点。
2.根据权利要求1所述的一种电缆生产安全预警系统，其特征是，设集合
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表示在
Figure 897147DEST_PATH_IMAGE028
时刻簇
Figure 254310DEST_PATH_IMAGE002
中选取的车间环境数据采集节点集合，且
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
表示集合
Figure DEST_PATH_IMAGE054
中的第
Figure DEST_PATH_IMAGE056
个车间环境数据采集节点，集合
Figure DEST_PATH_IMAGE058
表示在
Figure 483953DEST_PATH_IMAGE028
时刻簇
Figure 242962DEST_PATH_IMAGE002
中选取的中转节点的候选节点集合，且
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
表示集合
Figure DEST_PATH_IMAGE064
中的第
Figure 342767DEST_PATH_IMAGE022
个候选节点，
Figure 702073DEST_PATH_IMAGE044
表示集合
Figure 529215DEST_PATH_IMAGE054
和集合
Figure 798522DEST_PATH_IMAGE064
中的节点数，所述车间环境数据采集节点
Figure 331878DEST_PATH_IMAGE052
对应的中转节点采用中转节点选取函数在集合
Figure 663633DEST_PATH_IMAGE064
中进行选取，定义车间环境数据采集节点
Figure 419100DEST_PATH_IMAGE052
对应的中转节点选取函数为
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE068
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为判断函数，当候选节点
Figure 965750DEST_PATH_IMAGE062
为车间环境采集节点
Figure 781259DEST_PATH_IMAGE052
的邻居传感器节点时，则
Figure DEST_PATH_IMAGE074
，当候选节点
Figure 521682DEST_PATH_IMAGE062
不为车间环境数据采集节点
Figure 80839DEST_PATH_IMAGE052
的邻居传感器节点时，则
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为候选节点
Figure 637590DEST_PATH_IMAGE062
的属性值，且
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
表示候选节点
Figure 951897DEST_PATH_IMAGE062
当前时刻的能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
表示候选节点
Figure 805714DEST_PATH_IMAGE062
的初始能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示候选节点
Figure 575087DEST_PATH_IMAGE062
到其簇头节点的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
表示车间环境采集节点
Figure 204652DEST_PATH_IMAGE052
到其簇头节点的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为车间环境数据采集节点
Figure 516291DEST_PATH_IMAGE052
的位置坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为候选节点
Figure 841093DEST_PATH_IMAGE062
的位置坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为数值较小的常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
表示候选节点
Figure 69949DEST_PATH_IMAGE062
在
Figure DEST_PATH_IMAGE098
时间内的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和；
在集合
Figure 648960DEST_PATH_IMAGE064
中选取使得中转节点选取函数
Figure 977173DEST_PATH_IMAGE068
值最小的候选节点
Figure 258113DEST_PATH_IMAGE062
为车间环境采集节点
Figure 962764DEST_PATH_IMAGE052
的中转节点。
3.根据权利要求2所述的一种电缆生产安全预警系统，其特征是，设候选节点
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为车间环境数据采集节点
Figure 301341DEST_PATH_IMAGE052
选取的中转节点，则车间环境数据采集节点
Figure 800456DEST_PATH_IMAGE052
将获取的车间环境数据包传输至中转节点
Figure 322354DEST_PATH_IMAGE100
，由中转节点
Figure 565116DEST_PATH_IMAGE100
将所述车间环境数据包传输至簇头节点
Figure 836829DEST_PATH_IMAGE006
，在一个监测周期
Figure 506844DEST_PATH_IMAGE046
结束后，车间环境数据采集节点
Figure 11644DEST_PATH_IMAGE052
对中转节点
Figure 667884DEST_PATH_IMAGE100
的转发行为进行检测，定义中转节点
Figure 184316DEST_PATH_IMAGE100
转发车间环境数据采集节点
Figure 916911DEST_PATH_IMAGE052
的车间环境数据包的收益检测系数为
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，则
Figure 925319DEST_PATH_IMAGE102
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE104
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE106
表示车间环境数据采集节点
Figure 634517DEST_PATH_IMAGE052
在
Figure 628625DEST_PATH_IMAGE098
时间内传输至中转节点
Figure 781389DEST_PATH_IMAGE100
的车间环境数据包数，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
表示中转节点
Figure 260780DEST_PATH_IMAGE100
在
Figure 649036DEST_PATH_IMAGE098
时间内将车间环境数据采集节点
Figure 15427DEST_PATH_IMAGE052
传输过来的车间环境数据包成功转发的数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
表示中转节点
Figure 355404DEST_PATH_IMAGE100
在
Figure 931878DEST_PATH_IMAGE028
时刻的能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
表示中转节点
Figure 920563DEST_PATH_IMAGE100
在
Figure DEST_PATH_IMAGE114
时刻的能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE116
表示车间环境数据采集节点
Figure 938198DEST_PATH_IMAGE052
和中转节点
Figure 440287DEST_PATH_IMAGE100
之间传输车间环境采集数据包消耗的能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE118
表示中转节点
Figure 645003DEST_PATH_IMAGE100
在
Figure 765275DEST_PATH_IMAGE098
时间内的邻居车间环境数据采集节点数和中转节点数之和，
Figure 699732DEST_PATH_IMAGE010
表示簇
Figure 630779DEST_PATH_IMAGE002
中的传感器节点总数；
车间环境数据采集节点
Figure 542366DEST_PATH_IMAGE052
将计算所得的收益检测系数
Figure 810536DEST_PATH_IMAGE102
进行存储，并将所述收益检测系数
Figure 6025DEST_PATH_IMAGE102
与给定的收益检测阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE120
进行比较，当收益检测系数
Figure DEST_PATH_IMAGE122
时，车间环境数据采集节点
Figure 294924DEST_PATH_IMAGE052
断定中转节点
Figure 67708DEST_PATH_IMAGE100
的转发行为的收益为负，并将该消息发送至簇头节点
Figure 887372DEST_PATH_IMAGE006
，由簇头节点
Figure 202947DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 334851DEST_PATH_IMAGE100
的转发行为进行二次检测，设
Figure DEST_PATH_IMAGE124
为簇
Figure 752188DEST_PATH_IMAGE002
中选取过中转节点
Figure 503106DEST_PATH_IMAGE100
为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点集合，且
Figure DEST_PATH_IMAGE126
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE128
为集合
Figure 860138DEST_PATH_IMAGE124
中的第
Figure 897364DEST_PATH_IMAGE010
个车间环境数据采集节点，
Figure DEST_PATH_IMAGE130
表示集合
Figure 804927DEST_PATH_IMAGE124
中的车间环境数据采集节点数，簇头节点
Figure 359537DEST_PATH_IMAGE006
命令集合
Figure 367813DEST_PATH_IMAGE124
中的车间环境数据采集节点
Figure 841519DEST_PATH_IMAGE128
对中转节点
Figure 951558DEST_PATH_IMAGE100
的转发行为进行二次检测，车间环境数据采集节点
Figure 903333DEST_PATH_IMAGE128
接收到二次检测的指令后，将其存储的收益检测系数
Figure DEST_PATH_IMAGE132
反馈给簇头节点
Figure 205264DEST_PATH_IMAGE006
，由簇头节点
Figure 584293DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 165316DEST_PATH_IMAGE100
的转发行为的收益进行评估，定义
Figure DEST_PATH_IMAGE134
表示簇头节点
Figure 592886DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 451121DEST_PATH_IMAGE100
的第一收益评估系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE136
表示簇头节点
Figure 561903DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 505588DEST_PATH_IMAGE100
的第二收益评估系数，且
Figure 189379DEST_PATH_IMAGE134
和
Figure 902120DEST_PATH_IMAGE136
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE138
Figure DEST_PATH_IMAGE140
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE142
为判断函数，当
Figure DEST_PATH_IMAGE144
时，则
Figure DEST_PATH_IMAGE146
，当
Figure DEST_PATH_IMAGE148
时，则
Figure DEST_PATH_IMAGE150
；
当簇头节点
Figure 483272DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 789620DEST_PATH_IMAGE100
的收益评估系数满足
Figure DEST_PATH_IMAGE152
时，簇头节点
Figure 542681DEST_PATH_IMAGE006
断定中转节点
Figure 109929DEST_PATH_IMAGE100
的收益为负，并对中转节点
Figure 408186DEST_PATH_IMAGE100
的属性值
Figure DEST_PATH_IMAGE154
进行修正：
Figure DEST_PATH_IMAGE156
；当簇头节点
Figure 421404DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 56784DEST_PATH_IMAGE100
的收益评估系数满足
Figure DEST_PATH_IMAGE158
且
Figure DEST_PATH_IMAGE160
时，簇头节点
Figure 72014DEST_PATH_IMAGE006
断定中转节点
Figure 23396DEST_PATH_IMAGE100
为低收益中转节点，并对中转节点
Figure 163390DEST_PATH_IMAGE100
的属性值
Figure DEST_PATH_IMAGE162
进行修正：
Figure DEST_PATH_IMAGE164
；当簇头节点
Figure 195937DEST_PATH_IMAGE006
对中转节点
Figure 737777DEST_PATH_IMAGE100
的收益评估系数满足
Figure 377837DEST_PATH_IMAGE158
且
Figure DEST_PATH_IMAGE166
时，簇头节点
Figure 162384DEST_PATH_IMAGE006
断定中转节点
Figure 14934DEST_PATH_IMAGE100
为高收益中转节点，并对中转节点
Figure 676859DEST_PATH_IMAGE100
的属性值
Figure 737088DEST_PATH_IMAGE154
进行修正：
Figure DEST_PATH_IMAGE168
，其中，
Figure 258199DEST_PATH_IMAGE154
为中转节点
Figure 39073DEST_PATH_IMAGE100
的属性值，且
Figure DEST_PATH_IMAGE170
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE172
表示中转节点
Figure 387796DEST_PATH_IMAGE100
当前时刻的能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE174
表示中转节点
Figure 150085DEST_PATH_IMAGE100
的初始能量值，
Figure DEST_PATH_IMAGE176
表示中转节点
Figure 50170DEST_PATH_IMAGE100
到其簇头节点的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE178
表示修正后中转节点
Figure 41260DEST_PATH_IMAGE100
的属性值。
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