CN111365198A - 一种海上风电机组振动监测方法及系统 - Google Patents

一种海上风电机组振动监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种海上风电机组振动监测方法，包括：S1：确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，所述位置信息包括，同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离；S2：根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；S3：以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；S4：根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。该方法降低了无线传感器网络节点的功耗，提高了海上风电机组基础结构监测系统的使用寿命。

Description

一种海上风电机组振动监测方法及系统
技术领域
本发明涉及海上风电机组振动监测技术领域，特别涉及一种海上风电机组振动监测方法及系统。
背景技术
传统海上风电机组振动监测系统多采用有线通信的方法进行数据传输，但由于海上情况复杂，采用有线通信存在以下问题：一是海上风电机组结构巨大，有线通信设置布设难度较大；二是海上复杂的天气情况易导致线缆老化，极大缩短监测系统的寿命；三是监测系统的可扩展性差，监测系统安装完成后，不易加入新的传感器节点。
因此，就目前现有技术而言，为了解决海上风电机组振动监测系统采用有线通信存在的弊端，海上风电机组监测系统多采用无线通信搭建无线传感器网络，实现信息之间的传输。
但在海上风电机组无线传感器网络中，由于加入了无线通信模块，增加了无线传感器网络节点的功耗，降低了海上风电机组监测系统的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中采用无线通信模块增加无线传感器网络节点的功耗的弊端，提出了一种海上风电机组振动监测方法及系统，考虑了数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的传输路径，降低了无线传感器网络节点的功耗，提高了海上风电机组监测系统的使用寿命。
本发明提供的一种海上风电机组振动监测方法，包括：
S1：确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，所述位置信息包括，同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离；
S2：根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；
S3：以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；
S4：根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。
进一步地，数据回收的方法，具体包括：
同簇内各感知节点以单跳或多跳的方式向中继节点传输数据，若感知节点以多跳的方式向中继节点传输数据时，选择与其相邻的感知节点作为跳点。
进一步地，在步骤S2中确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集，具体包括：
确定各簇内各个中继节点的编号；
确定同簇内相对于中继节点同一方向上的各个感知节点；
根据同簇内中继节点的编号和同一方向上的各个感知节点与中继节点的距离，确定同簇内各个感知节点的编号；
根据同簇内各个感知节点的编号以及数据回收的方法，确定数据回收时同簇内同一方向上的各个感知节点到中继节点的候选路径集。
进一步地，在步骤S3中以数据回收的次数作为目标函数，具体包括：
maxf(x)＝x
其中：max f(x)表示目标函数；x表示数据回收的次数。
进一步地，在步骤S3中根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件，具体包括：
Figure BDA0002405853750000021
式中：xnj表示节点n数据回收时通过第j条路径的次数；Einit表示各个感知节点初始时用于无线传输的能量；Etx表示感知节点发送数据时消耗的能量；Erx表示感知节点接收数据时消耗的能量；dn为相邻感知节点之间的距离；dn1为感知节点到中继节点的距离；N为同簇内相对中继节点同一方向上感知节点数量。
进一步地，感知节点发送数据时消耗的能量的计算方法为：
Etx＝nrφ1+nrφ2d2
式中：Etx为感知节点发送数据时消耗的能量；r为传输速率；n为传输字节数；φ1、φ2均为能耗系数；d为相邻感知节点之间的距离或感知节点到中继节点的距离。
进一步地，感知节点接收数据时消耗的能量的计算方法为：
Erx＝nrφ1
式中：Erx为感知节点接收数据时消耗的能量；r为传输速率；n为传输字节数；φ1为能耗系数。
本发明还提供了一种海上风电机组振动监测系统，适用于如上所述的监测方法，包括：
位置处理单元，用于确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息；
路径处理单元，用于根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；
路径规划模型构建单元，用于以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；
最优路径获取单元，用于根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。
进一步地，所述感知节点为多个，多个所述感知节点分别安装于海上风电机组的塔筒壁上。
进一步地，所述中继节点为多个，多个所述中继节点分别安装于海上风电机组内的金属隔板上。
本发明的技术效果或优点：
本发明提供了一种海上风电机组振动监测方法，首先确定了各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，根据位置信息，确定了确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集，以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件，最后根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。该方法考虑了数据回收时同簇内各个感知节点与中继节点的网络位置关系，以及海上风电机组基础结构中的特殊的电磁环境，在传感器部署时即确定了各感知节点到中继节点数据传输的最优路径规划，降低了无线传感器网络节点的功耗，提高了海上风电机组基础结构监测系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一个海上风电机组振动监测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的节点编号示意图；
图3为图2中感知节点S211、S212和S213到中继节点S2的路径示意图；
图4为本发明实施例提供的一个海上风电机组振动监测系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明针对现有技术中采用无线通信模块增加无线传感器网络节点的功耗的弊端，提出了一种海上风电机组振动监测方法及系统，考虑了数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的传输路径，降低了无线传感器网络节点的功耗，提高了海上风电机组监测系统的使用寿命。
本实施例提供了一种海上风电机组振动监测方法，参考附图1，具体方法如下：
S1：确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，所述位置信息包括，同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离；
S2：根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；
S3：以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；
S4：根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。
本发明实施例提供了一种海上风电机组振动监测方法，首先确定了各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，根据位置信息，确定了确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集，以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件，最后根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。该方法考虑了数据回收时同簇内各个感知节点与中继节点的网络位置关系，以及海上风电机组基础结构中的特殊的电磁环境，在传感器部署时即确定了各感知节点到中继节点数据传输的最优路径规划，降低了无线传感器网络节点的功耗，提高了海上风电机组基础结构监测系统的使用寿命。
具体地说，参考附图1，本发明实施例提供的一种海上风电机组振动监测方法，包括：
S1：确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，所述位置信息包括，同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离。
需要说明的是，确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息之前，需对各簇内各个感知节点以及中继节点进行部署，根据所部署的感知节点和中继节点，记录同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离。
S2：根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集。本实施例中，数据回收时，同簇内各感知节点以单跳或多跳的方式向中继节点传输数据，若感知节点以多跳的方式向中继节点传输数据时，选择与其相邻的感知节点作为跳点。
更具体地说，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集，具体包括：
确定各簇内各个中继节点的编号；
确定同簇内相对于中继节点同一方向上的各个感知节点；
根据同簇内中继节点的编号和同一方向上的各个感知节点与中继节点的距离，确定同簇内各个感知节点的编号；
根据同簇内各个感知节点的编号以及数据回收的方法，确定数据回收时同簇内同一方向上的各个感知节点到中继节点的候选路径集。
需要说明的是，感知节点分别安装于海上风电机组的塔筒壁上，中继节点分别安装于海上风电机组内的金属隔板上，同簇内各个感知节点和中继节点分布于同一平面上，近似看可作同簇内各个感知节点和中继节点位于圆的边界上，以穿过中继节点的直径路线为界，将感知节点相对于中继节点的方向划分为：感知节点相对于中继节点为逆时针方向以及感知节点相对于中继节点为顺时针方向。
一次数据回收指，同簇内同一方向上的各个感知节点在候选路径集中各选择一条路径向中继节点传输，当各个感知节点根据各自路径向中继节点传输结束后，即一次数据回收完毕。数据回收的次数指某个感知节点通过其候选路径集中每一条路径的次数之和。
S3：以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件。
更具体地说，以数据回收的次数作为目标函数，具体包括：
maxf(x)＝x (1)
其中：max f(x)表示目标函数；x表示数据回收的次数。
根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件，具体包括：
Figure BDA0002405853750000061
式中：xnj表示节点n数据回收时通过第j条路径的次数；Einit表示各个感知节点初始时用于无线传输的能量；Etx表示感知节点发送数据时消耗的能量；Erx表示感知节点接收数据时消耗的能量；dn为相邻感知节点之间的距离；dn1为感知节点到中继节点的距离；N为同簇内相对中继节点同一方向上感知节点数量。
感知节点发送数据时消耗的能量的计算方法为：
Etx＝nrφ1+nrφ2d2 (3)
式中：Etx为感知节点发送数据时消耗的能量；r为传输速率；n为传输字节数；φ1、φ2均为能耗系数；d为相邻感知节点之间的距离或感知节点到中继节点的距离。
感知节点接收数据时消耗的能量的计算方法为：
Erx＝nrφ1 (4)
式中：Erx为感知节点接收数据时消耗的能量；r为传输速率；n为传输字节数；φ1为能耗系数。
作为一个示例，下面具体介绍一下一种海上风电机组振动监测方法，具体的，如图2所示。
首先，对海上风电机组的各个感知节点和中继节点的进行部署，并确定同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离，确定各簇内各个中继节点的编号以及同簇内相对于中继节点同一方向上的各个感知节点，根据同簇内中继节点的编号和同一方向上的各个感知节点与中继节点的距离，确定同簇内各个感知节点的编号，编号Sxyz感知节点的具体含义如下：
x表示同簇内中继节点的编号；y表示感知节点相对于中继节点的方向，其中y＝1表示感知节点相对于中继节点为逆时针方向，y＝2表示感知节点相对于中继节点为顺时针方向；z表示感知节点相对于中继节点的距离，距离越远，数字越大。
根据同簇内各个感知节点的编号以及数据回收的方法，确定数据回收时同簇内同一方向上的各个感知节点到中继节点的候选路径集。具体的，参考附图2和附图3，其中，中继节点编号为S2，同簇内相对于中继节点S2顺时针方向上的感知节点的编号为S211、S212和S213。
一次数据回收指完成三个感知节点S211、S212和S213分别在各自的候选路径集中选择一条路径向中继节点传输，当感知节点S211、S212和S213根据各自路径向中继节点传输结束后，一次数据回收结束。
感知节点S211、S212和S213可通过单跳或多跳的方式向中继节点S2传输数据，感知节点S211向中继节点S2传输数据的候选路径集包括：路径p11：d1(相当于d11)；感知节点S212向中继节点S2传输数据的候选路径集包括：路径p21：d2→d1，路径p22：d21；感知节点S213向中继节点S2传输数据的候选路径集包括：路径p31：d3→d2→d1，路径p32：d3→d21，路径p33：d31。
数据回收时，各感知节点通过候选路径集中每条路径的次数为：
感知节点S211通过路径p11向中继节点S2传输数据的次数为x11；感知节点S212通过路径p21向中继节点S2传输数据的次数为x21，通过路径p22向中继节点S2传输数据的次数为x22；感知节点S213通过路径p31向中继节点S2传输数据的次数为x31，通过路径p32向中继节点S2传输数据的次数为x32，通过路径p33向中继节点S2传输数据的次数为x33，则数据回收次数等于x11，等于x21+x22，等于x31+x32+x33。
以公式(1)作为目标函数，根据公式(2)构建约束条件，从而可求得同簇内各个感知节点S211、S212和S213到中继节点S2的最优路径规划。
本发明实施例提供了一种海上风电机组振动监测方法，首先确定了各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，根据位置信息，确定了确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集，以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件，最后根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。该方法考虑了数据回收时同簇内各个感知节点与中继节点的网络位置关系，以及海上风电机组基础结构中的特殊的电磁环境，在传感器部署时即确定了各感知节点到中继节点数据传输的最优路径规划，降低了无线传感器网络节点的功耗，提高了海上风电机组基础结构监测系统的使用寿命。
本发明实施例还提供了一种海上风电机组振动监测系统，适用于如上所述的监测方法，参考附图4，具体包括：
位置处理单元，用于确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息；
路径处理单元，用于根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；
路径规划模型构建单元，用于以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；
最优路径获取单元，用于根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。
更具体地说，感知节点为多个，多个所述感知节点分别安装于海上风电机组的塔筒壁上。中继节点为多个，多个中继节点分别安装于海上风电机组内的金属隔板上。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电机组振动监测方法，其特征在于，包括：
S1：确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息，所述位置信息包括，同簇内相邻感知节点之间的距离以及各个感知节点与中继节点的距离；
S2：根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；
S3：以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；
S4：根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，数据回收的方法，具体包括：
同簇内各感知节点以单跳或多跳的方式向中继节点传输数据，若感知节点以多跳的方式向中继节点传输数据时，选择与其相邻的感知节点作为跳点。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，在步骤S2中确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集，具体包括：
确定各簇内各个中继节点的编号；
确定同簇内相对于中继节点同一方向上的各个感知节点；
根据同簇内中继节点的编号和同一方向上的各个感知节点与中继节点的距离，确定同簇内各个感知节点的编号；
根据同簇内各个感知节点的编号以及数据回收的方法，确定数据回收时同簇内同一方向上的各个感知节点到中继节点的候选路径集。
4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，在步骤S3中以数据回收的次数作为目标函数，具体包括：
max f(x)＝x
其中：max f(x)表示目标函数；x表示数据回收的次数。
5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，在步骤S3中根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件，具体包括：
Figure FDA0002405853740000021
式中：xnj表示节点n数据回收时通过第j条路径的次数；Einit表示各个感知节点初始时用于无线传输的能量；Etx表示感知节点发送数据时消耗的能量；Erx表示感知节点接收数据时消耗的能量；dn为相邻感知节点之间的距离；dn1为感知节点到中继节点的距离；N为同簇内相对中继节点同一方向上感知节点数量。
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，感知节点发送数据时消耗的能量的计算方法为：
Etx＝nrφ1+nrφ2d2
式中：Etx为感知节点发送数据时消耗的能量；r为传输速率；n为传输字节数；φ1、φ2均为能耗系数；d为相邻感知节点之间的距离或感知节点到中继节点的距离。
7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，感知节点接收数据时消耗的能量的计算方法为：
Erx＝nrφ1
式中：Erx为感知节点接收数据时消耗的能量；r为传输速率；n为传输字节数；φ1为能耗系数。
8.一种海上风电机组振动监测系统，适用于如权利要求1～7任一项所述的监测方法，其特征在于，包括：
位置处理单元，用于确定各簇内感知节点以及中继节点的位置信息；
路径处理单元，用于根据位置信息，确定数据回收时同簇内各个感知节点到中继节点的候选路径集；
路径规划模型构建单元，用于以数据回收的次数作为目标函数，根据感知节点初始能量、感知节点发送数据和接收数据时消耗的能量以及数据回收时通过候选路径集中每条路径的次数构建约束条件；
最优路径获取单元，用于根据目标函数以及约束条件，确定同簇内各感知节点到中继节点的最优路径规划。
9.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述感知节点为多个，多个所述感知节点分别安装于海上风电机组的塔筒壁上。
10.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于，所述中继节点为多个，多个所述中继节点分别安装于海上风电机组内的金属隔板上。
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