CN112967471A - 一种单向数据传输的预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单向数据传输的预警系统，若干传感器连接到一个具有通讯能力的设备而形成一个节点；再由若干节点自组网络共同构成一个预警系统。传感器感知到的数据直接在每个节点上独立进行数据处理；任何一个节点上数据处理发现了危险数据立刻发出报警信号。邻居节点接收到报警信号后跟随报警，并继续向更远端的邻居传输其报警信号，形成整个预警系统报警无死角。服务器不再做决策、也不再向预警系统下传任何指令；而是做多媒体服务，把上传的报警信号解码成为通俗易懂的信息发送给相关人员。

Description

一种单向数据传输的预警系统

技术领域

本发明涉及一种新型预警系统的构造机制，具体涉及一种单向数据传输的预警系统。

背景技术

预警系统是各种工程建设都需要的安全措施，伴随着计算机数字化革命的成功，预警系统也成熟并得到广泛使用。预警系统大致可以概括为这样的过程：传感器感知数据、数据通过通讯网络传输到服务器、服务器进行数据处理并得到报警信号、最后服务器决定发出报警信号并反向传回到预警现场。这就是被业界统称为物联网模式的预警系统，其最大特点是所有的数据都必须上传到服务器进行中心化处理，服务器是整个系统的决策大脑；物联网模式预警系统的原理如图1所示。图1中当实时测量数据通过自组网2传输到隧道口时，还需要通过公共通讯网络3继续把数据传输到服务器4；而再当服务器4计算出报警信号时，报警信号必须再次通过公共通讯网络6才能传输到隧道口，最后通过自组网络7把报警指令传进隧道。这就是说，图1中从(2)、(3)到(4)的上传数据要经过两个网络，而从(4)、(6)到(7)的下传指令也同样要经过两个网络。一次报警，数据和信号需要经过4次网络的传输；每一次传输都有程度不同的延迟；其中延迟最大的是图1中的(2)，即测量数据在自组网络里的传输部分。2008年9月11日，连接英国与法国的英吉利海峡隧道发生火灾，其报警数据延迟了2.5小时才传出隧道，英国国会下令调查。可见，预警系统缺乏即时预警功能是一个世界性的需求，也是一个世界级的难题。

预警系统常常被误认为是一个多米诺骨牌那样的系统，如同“击鼓传花”把一个球从头传到尾，传接的球永远是一个球。而物联网模式预警系统的信号传输则是“一边上传下达，一边增加球”；即每个节点在为上游的所有节点做中继的时候，自己还要采集一个数据并添加到中继中去。如果还是用传球来做比喻，则是从头开始是一个球，每传过一个节点就增加一个球；传过了2000个节点，最后成为了2000个球。因此，越是下游的节点，中继其上游节点数据的压力就越大。图2显示了节点的中继数据量增加的机制；最后的第2000号节点，除了自己的数据需要上传，还要为上游的1999个节点做中继。从图2可以看出，2000个节点(8)一轮数据测量的数据总量才2000个，可是数据中继的总量(9)却达到了惊人的2001000次！换句话说，测量出的数据量只有2000个，却需要200万次中继才能完成传输！每一次中继都是有代价的，都需要花费一定的时间。比如，Zigbee是预警系统业内目前世界主流的自组通讯模块，每一次中继至少需要10毫秒的时间；如果多米诺骨牌式地中继2000个数据，仅仅需要20秒钟。然而，如果要完成2001000次中继，则需要2001秒钟，即33.35分钟。这就是说，直接上传2000个数据的时间本来仅仅需要20秒钟，可是由于经过了200万次中继却最终需要33.35分钟！当然，这个33.35分钟并不是一个精确的测量，但确实是一个合理的估算，因为通讯总是要受到很多因素的干扰。那么，2000个数据中的1000个数据，平均延迟时间达到16分钟。对于一个预警系统，这就意味着其报警信号平均延迟了16分钟！至于哪个节点延迟多少时间，完全取决于节点在预警系统中所处的空间位置；所以，预警系统的某些靠近服务器的节点能实现即时预警，距离服务器远的节点却不能。其实，图1中的预警系统，除了上传数据要遭受16分钟的平均延迟，还需要遭受在公共通讯网络的2次延迟；再加上服务器指令返回隧道的延迟。最终，这四种延迟的总体效应使得预警系统的价值降低，甚至使得预警系统变得无用；比如，英吉利海峡隧道高价值预警系统的无用表现。除了英吉利海峡预警系统的极端情形，传统预警系统更多的是表现出不可靠性。比如，有的工地事故已经发生、人员伤亡也已经发生了，可是，预警系统却延迟了几分钟才响起报警。事后追查技术原因，却查不到任何的技术错误！在工地现场，预警系统的报警信号是否具有即时性，是关系到作业工人生与死的大事；预警系统的最大价值就在于事故即将发生前发出报警，挽救生命。可惜，经典预警系统不能保证每个节点都具有即时预警能力。

还必须说明的是，中继数据的延迟跟通讯的方式没有关系；不管是无线通讯、电缆通讯、还是光纤通讯，都是一样的结果。就是说，预警系统的数据延迟是跟传输的数据量有关、跟节点数量有关、跟节点所在预警系统中的位置有关、跟传输的方式有关，而跟传输的物理手段无关。当预警系统的规模不大时，比如用十几个传感器为一个房子提供防盗防火的预警，现有的物联网模式预警系统会表现出很强大甚至很完美的性能；可是，一旦规模变大到几百上千个传感器，经典预警系统图2那样产生数据拥堵的先天性缺陷就变得无法用技术精进的方法去弥补。具体的例子是中国南京长江二桥的预警系统，大桥总共安装了1250个传感器并运行了3年。可是，3年的不间断运行却从来没有拉响过一次警报。然而在预警系统的服务器内，却发现了4次危险很大的数据；其中最危险的一个数据显示，大桥已经偏离了正常位置40厘米！这个大桥预警系统采用了先进的通讯自组网络，可是，其三年实际的预警表现却令人失望，设计中期望的即时预警功能并没有出现过；这就是机制性的缺陷不能以技术精进做弥补的具体例子，也是中继数据的延迟跟通讯的方式没有关系的具体证明。可见大型预警系统仍然是一个世界性的难题；无论是发达国家的英国、还是发展中国家的中国，都缺乏足够的技术对自己的顶级工程建立可靠的预警系统！由此可见，创新出性能更加健全可靠的预警技术是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单向数据传输的预警系统，该预警系统赋予每个节点就地感知数据、就地数据处理、并就地发出报警信号的能力。从数据传输的角度，把预警系统的数据从双向传输改变为单向传输。单向数据传输的技术优势是把公共通讯网络的数据延迟、和自组网络的数据延迟都消除掉，在技术上真正实现即时报警。

本发明通过下述技术方案实现：

一种单向数据传输的预警系统，一个连接有传感器的具有通讯能力的设备形成一个节点；若干节点自组局部无线电或有线通讯网络；任何一个节点获得传感器测量数据后，就地在节点上将数据进行处理，发现危险数据立即发出报警信号；邻居节点接收到报警信号后，跟随响应并继续向更远端邻居节点发送报警信号，直到整个局部网络完成对报警信号的中继和响应。这就是说，每个节点不直接发出传感器测量的实时测量数据，而是只发出经过了数据处理得到的信号。如果整个系统中，所有的节点都没有在数据处理中得到值得报警的信号，则整个系统保持静默运行而不发出任何的信号；如果任何一个节点发现了信号就立即发出报警信号。邻居节点也立即中继其信号，直到整个系统的所有节点都中继。节点中继报警信号的过程，也同时就是在该节点实施报警的过程。这个节点自主报警、邻居节点中继传输的报警过程，是没有服务器参与的过程；这是与传统的物联网模式预警系统完全不同的过程。

进一步地，每个节点就地处理传感器数据时，如果没有发现有异常数据，节点保持静默不产生信号；只有发现出现危险数据，才立即发出报警信号，实现即时报警。预警系统的传感器数据处理，并不需要运算能力强大的服务器才能完成；一个廉价的芯片也可以完成其数据处理。因此，在节点上直接进行数据处理是技术上完全可行的。数据处理的结果如果超过了规定，就可以直接发出报警信号。其实，有的传感器已经直接就输出报警信号，节点上芯片也直接把传感器输出的报警信号转变一个格式就发出统一格式的报警信号。把报警信号的发生设备从服务器转移到节点上，在技术上可行的。

进一步地，节点与邻居节点之间可以相互中继通讯；当一个节点用无线或有线通讯方式发出报警信号的时候，邻居节点之间相互传输报警信号。当一个节点发生报警信号后，与其邻居节点的通讯方式，无论是有线通讯还是无线通讯，信号都是可以相互传输的。一旦邻居节点接收报警信号，就立即向更远端的邻居节点中继；于是，报警信号就可以被传遍整个预警系统。每个节点在做信号中继的时刻，也可以跟随拉响蜂鸣器进行报警；于是，报警信号一边被中继传输，也一边进行跟随性地报警，整个预警系统都得到了报警。

进一步地，报警信号可以根据传感器类型划分为不同的级别；比如烟火传感器发出的高级信号为1级、一氧化碳传感器发出的中级信号为2级、湿度传感器发出的低级信号为3级等等。报警信号级别的划分，要根据预警的目的。如果在一个隧道内火灾是最危险的，于是烟火传感器的级别被规定为最高级；而隧道内的水位报警，则相对危险性小得多，于是水位报警信号被规定为低级别。而如果是在河流大堤上预警，则水位报警信号是第一要紧的，于是水位传感器发出的报警信号被规定为最高级。总之，传感器种类的不同，可以根据目的性被规定出不同的报警信号级别。

进一步地，报警信号可以根据发生地方不同划分为不同的级别；比如相同类型的位移传感器在隧道里发出的高级信号为1级、在隧道外发出的低级信号为2级等等。一个激光测距的传感器，如果在隧道内探测到了一个较大的位移，其节点发出的报警信号是关系到隧道拱顶坍塌的极大危险，发出的信号是高级信号。同样的传感器安装在隧道外监测边坡滑坡，相对于隧道拱顶坍塌的危险性更小，所以，可以规定为级别更低的2级报警信号。

进一步地，一个节点接收到邻居节点发送或中继来的报警信号后，可以根据报警信号的级别做不同的响应；或者跟随报警并做继续中继，或者不跟随报警只做继续中继；或者还可以采取其它的响应。如果隧道内的激光传感器发出了高级报警信号，邻居节点在做中继时也跟随拉响蜂鸣器和闪烁警灯进行报警，直到隧道内的所有节点都报警；使得隧道内的所有工人能及时脱离危险。而如果隧道内的水位传感器发出了低级别的报警信号，其邻居节点仅仅中继其信号到服务器，并不拉响蜂鸣器跟随报警；或者，邻居节点只跟随性地闪烁其警灯来提醒现场工人注意水坑积水。邻居节点根据中继的信号级别不同，采取相应的不同响应。

进一步地，一个节点产生高级报警信号后，形成该节点的状态锁定，不再继续产生后续的新信号；直到人工介入才解开锁死的状态。一个节点可能连接了多个传感器，一个传感器发生信号后，另外的传感器也可能随后发生信号；于是，同一个危险就可能被当作多个危险上报到服务器，从而引起误解。所以，一个节点发生报警信号的一个时间段内，节点处于锁死状态，不继续产生新的报警信号。高级报警信号意味着危险大，必须人工响应，比如，火灾报警信号就必须要人工响应。另一方面，锁死状态的节点有显示报警的方式，比如蜂鸣器鸣响、有灯光闪烁，救援人员可以方便地辨认出发生报警信号的节点。节点附近的危险因素被处理后，救援人员可以直接操作节点设备解除锁死状态，使其重新进入预警状态。在锁死状态期间，节点的通讯功能仍然保持，可以为其它信号中继传输；所以，节点的状态锁死是指产生新信号的能力锁死，而节点的通讯能力不锁死。

进一步地，一个节点为邻居节点中继高级报警信号后，自己的邻居节点也跟随进入锁死状态。比如，把报警信号发生节点的直接邻居设置为必须跟随报警，那么任何一个节点报警时，其左右两侧的邻居节点都跟随性地拉响蜂鸣器；报警的区域就扩大了，保证现场的更多作业人员得到报警。

进一步地，一个节点产生或者为邻居节点中继低级报警信号后，可以自己产生后续的信号，也可以继续为邻居中继后续的报警信号。低级别的信号通常不需要人工介入，比如隧道内的温度传感器发出了报警信号，邻居节点为其中继后，并不需要跟随性地响应；而邻居节点自己中继温度信号后，又发现了湿度传感器超标，于是，可以继续发出湿度报警信号。

进一步地，可以不连接服务器而独立运行，也可以向服务器上传报警信号；服务器不向预警系统下传任何指令。一个节点发生报警信号后，无论这个预警系统是否连接了服务器，邻居节点都会中继这个报警信号。因此，当没有连接服务器时，这个预警独立自行运行并独立报警；而当有服务器连接时，报警信号可以上传到服务器。但是，服务器只能接收信号，并对信号做解码；解码后，服务器可以继续产生更加通俗易懂的报警信号，通过互联网分发到各个需要报警的地方。然而，服务器不能反向给预警系统的任何一个节点下达指令；这是与经典物联网机制的预警系统完全不同的。物联网预警系统的服务器，可以给任何一个节点下达指令，比如，指令33号节点拉响蜂鸣器、关闭蜂鸣器等等。相比，本发明的服务器，只能接收信号，不能反向发出指令。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：预警系统的数据从双向传输改变为单向传输，单向数据传输将公共通讯网络的数据延迟、和自组网络的数据延迟都消除掉，在技术上真正实现即时报警。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是经典双向数据传输模式的预警系统示意图；

图2是经典双向数据传输模式的预警系统的数据中继示意图；

图3是单向数据通讯模式预警系统示意图；

图4是单向数据通讯模式预警系统数据在自组通讯网络内同时向两侧中继的示意图；

图5是单向数据通讯模式预警系统自组通讯网络内独立运行的示意图；

1是隧道，2是隧道内所有节点自组独立数据上传通讯网络，3是实时数据上传到服务器的公共通讯网络，4是服务器，5是发生报警信号的节点，6是服务器发出的报警指令下传到隧道口的公共网络，7是报警指令反向传回隧道内所有节点的下传自组网络，8是传统预警系统的节点，9是传统预警系统节点上数据中继次数；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

经典物联网模式预警系统的致命缺陷，即不能保证即时报警，其根本原因是数据的传输方式太累赘：节点测量的数据传上去，服务器的指令传下来。这种双向兜圈子的通讯技术机制，使得图2那样的数据拥堵不可避免。图2中，每个节点要为上游所有节点的数据完成中继，同时，每个节点自己测量到的数据还要加入其中继；于是，越是下游的节点中继量越大。在图1中，隧道内的节点在完成一次报警的过程中，扮演了两个角色。第一，当节点测量到数据并向服务器上传时，所有的节点都是傻瓜型设备；节点只管测量数据并中继数据，每个节点都不知道自己测量和中继的数据是什么类型，也不知道自己测量和中继的数据是一个危险数据还是一个安全数据。只有数据被上传到了服务器，服务器才知道每个数据的技术意义；也是服务器才能决定一个上传数据是否会变成报警的指令。第二，图1中服务器4有指令下传时，隧道内的每个节点却变成了智慧型设备，而不再是傻瓜型设备。比如，服务器发出指令要5号节点拉响警报；于是每个节点在中继过程中就要把服务器指令与自己的节点编号进行对比，如果节点编号不相同就只继续中继其指令；如果与指令相同，就拉响警报。所以，图1中(2)与图1中(7)，虽然在相同的2000个节点设备上传输数据，但是，却表现出了“傻瓜传输”与“智慧传输”的不同技术意义。本发明就是根据图1中(7)的智慧化传输方式，对现行的预警系统进行革新。

实施例1：

本发明根据图1中(7)的技术机制，对图1中(2)进行改造，彻底改变图1的整个技术机制。图1的技术机制的存在合法性，是利用服务器的强大运算能力保证从传感器测量数据中计算出报警信号。当传感器的技术相对复杂时，这样的服务器是需要的。可是，在预警技术领域，从传感器的测量数据里计算出报警信号，却并不一定需要很强大的计算能力，因为很多种类的传感器并不复杂。比如，监测一个河流水位的传感器，水位上涨到规定的高度直接自动触发传感器并发出报警信号；再比如烟火传感器，一旦传感器感知到烟火即自动发出报警信号。所以，对于水位预警、烟火预警这样的项目，即使使用一个廉价的芯片也具备足够的数据处理能力；根本没有必要使用一个服务器来进行这么小的计算。预警系统常用的几十种传感器本身的逻辑处理并不需要太多的计算资源，因此，本发明把服务器对测量数据进行处理并计算出报警信号的决策过程，从服务器改到每个节点上，使得每个节点直接变成“微型服务器”。每个节点设备虽然只配置了一个哪怕只有32位的廉价芯片，但是，把传感器测量到数据就地处理并计算出报警信号，其运算能力也是足够的。于是，每个节点设备接收到传感器的测量数据后，立即进行数据处理；如果发现数据正常，节点保持静默；如果发现数据有危险，就立即报警。这就是说，每个节点接收到传感器的傻瓜型危险数据后，立即将其构成为智慧型报警信号，并发送到邻居节点。邻居节点接收到智慧型报警信号后，就可以判断自己的响应方式，并继续中继到更远的邻居节点；直到所有的节点都中继报警信号。最终，信号会传输到隧道口的1号节点；只要把隧道口1号节点与公共通讯网络连接，报警信号就可以上传到服务器，如图3所示。图3中的预警系统，不传输任何一个未经处理的傻瓜型数据，而只传输可以让所有其它节点都理解并跟随响应的智慧化信号。

实施例2：

智慧化报警信号可以根据传感器的种类而划分出不同的级别。比如，烟火传感器是具有极大危险的种类，因此，报警信号规定为1级。再比如，湿度传感器就是一种温和的种类，其信号规定为3级。当一个节点的烟火传感器发生了1级报警信号，这是必须要有人工介入的危险信号；于是，这个节点发出1级报警信号后立即锁死自己的状态，等待救援队前来处理火情；只有救援队把该节点重新启动，这个节点才能重新恢复运行状态。必须说明的是在节点状态锁死期间，仍然为其它节点的信号做中继传输，这就是权利要求7的表述。这样采取节点为高级信号锁死的方法，避免预警系统内的节点对同一个危险重复产生报警信号。同理，一个节点如果为邻居节点中继一个高级报警信号后，如果是直接邻居节点，也立即锁死自己的状态；在节点锁死期间，自己不再产生任何信号，而是与发生信号的节点一起拉响蜂鸣器并闪烁警灯，使得报警不仅是在一个节点上，而是由若干个节点形成一个报警区域；使得报警得到强化实施。预警现场可能是一个噪声很大的地方，比如在机器轰鸣的基坑里，仅仅一个报警点进行报警，可能被轰鸣的机器噪声所淹没；而多个节点进行强化报警可以使得一段基坑都形成报警区域，现场人员得到更有保障的预警服务，这就是权利要求8的表述。

权利要求7所表述的节点状态锁死方法，使得图3预警系统内的信号传输量被控制在最小，保证不出现图2那样的数据拥堵现象。然而，当一个预警系统具有成百上千的节点时，一个预警系统内碰巧同时出现了多个报警信号也是可能的。但是，只要对高级信号采取传输后立即状态锁死的方法，这个同时并发多个报警信号的预警就会出现多个锁死节点；进而根据权利要求8，还可以形成多个状态锁死区域；图2那样的数据拥堵现象也不会发生。值得再次强调的是，由于权利要求7的规定，节点在锁死状态时，仍然还要为其它节点的信号做中继；因此，多个节点锁死区域的出现，并不会形成多个信号孤岛，而是多个报警信号都会先后传输到服务器。图3中(2)的数据传输，就与图1中(7)的传输机制，是基本相同的，也是完全等效的。前文论及，图1中(7)的数据传输速度，2000个节点仅仅需要20秒钟；由于技术机制相同，所以，图3中(2)的数据传输速度也可以达到这样的高速度。做一个小结：即使图3中的预警系统没有服务器的管理和决策，却仍然能够支持多个节点同时并发多个报警信号的信号管理和上传；这是本发明把图1那样的“傻瓜型数据传输”升级到图3这样的“智慧型信号传输”的技术红利；本发明的预警性能即使没有服务器做管理，预警性能仍然强大。

实施例3：

节点根据报警信号的级别进行不同的响应，除了运行状态的锁死之外，还可以有跟随报警、不跟随报警等等不同的响应。比如，一个节点的湿度传感器发生了3级报警信号，这样的温和报警信号并不一定需要救援队马上前来处理；而是上报这个信号就足够。于是，这个节点发出3级信号后，并不锁死自己的状态，而是保持运行。同理，邻居节点接收到这3级信号后，发现是温和的3级信号，也就只继续中继并不锁死自己的状态。最终，这个3级信号被上传到服务器，管理者得到了这个预警信号。与1级信号的“中继并跟随报警”的响应方式相比，节点对3级信号可以采取这种“只中继不跟随报警”的响应。这就是权利要求9所需要的表述。当然，还可以规定出更多的信号级别，也自然可以产生更多的响应方式。总之，图3中(2)的数据传输都是智慧化信号的传输，传输的节点就可以根据信号的级别采取不同的响应方式，至于是什么样响应方式，需要根据具体的应用来决定；比如，湿度传感器触发后，节点发出3级报警信号后并没有锁死自己的运行状态，也没有拉响报警蜂鸣器；然而，节点可以发出指令开启电风扇降低湿度。同理，其它的邻居节点也跟随3级节点开启电风扇，并继续向更远端的邻居中继其3级报警信号。这就是权利要求6的表述。

图3的预警系统，与传统预警系统图1相比较，最大的区别是系统数据传输由双向传输改变为单向传输。可是，图3中传输到服务器的数据，已经不再是傻瓜型数据，而是智慧型报警信号。不管任何一个节点发出了报警信号，节点附近的工人都在第一时刻得到了预警服务；紧接，当报警信号被邻居节点中继并跟随报警，图3隧道内更大范围的工人也得到了预警服务；最终，隧道内所有的工人都得到了预警服务。本发明的名称“单向数据传输”是图3与图1的比较而言的；图1的数据传输要经历兜圈子似的来回传输，所以是双向传输；而图3的数据传输是只有数据从隧道向服务器上传、绝对没有服务器反向下传任何数据，所以，图3是“单向数据传输”。不过，图3中的2000个节点中，任何一个节点都可能发生信号，比如，第999号节点发生了报警信号后，信号从999号节点从路径998、997、996……传输到1号节点的同时，还会从相反的方向1000、1001、1002……，最后传输到隧道尽头的2000号节点，如图4所示。图3和图4所显示的情形，隧道内所有的节点所在位置，都得到了报警服务；在报警效果上是等效的。所以，图3和图4都属于“单向数据传输预警系统”。并且，这种一个节点发生报警信号就可以立即向两侧中继传输的单向数据传输特性，并不是仅仅属于特定的某些节点，而是所有的节点都具备相同的特性。图3、图4尽管采取了单向数据传输，可是，却实现了比图1双向数据传输更快更好的报警功能。所以，本发明采取的单向数据传输技术机制，没有弱化预警系统的技术性能；相反，还提高了预警速度。前文所述，经典的双向通讯的预警系统，有的节点在预警系统中的空间位置靠近服务器，因此具有即时报警的潜力；而其它远离服务器的节点则不具备即时报警的能力。相比之下，本发明所有的节点都具备相同的即时预警能力，与节点所在预警系统内的空间位置无关。这种整个预警系统每个节点都同时具有即时预警的能力，本发明彻底超越了传统预警系统。

图3和图4所显示的预警系统，即时报警能力可以直接提升预警系统的价值。比如图4中，如果这个隧道的长度为3公里，则需要安装300个节点；那么，整个隧道最多需要3秒钟(平均1.5秒)就可以实现整个隧道的报警。这是真正技术上可实现的即时预警！如果用本发明去解决50公里英吉利海峡隧道的预警，其信号从隧道中点传输到服务器的时间不超过25秒！如果本发明用在1250个传感器的南京长江大桥，大桥中心点信号上传到服务器的时间仅仅需要6秒！更可贵的价值是，即使信号传输到服务器已经延迟了25秒，这只是救援队接收到出警任务的延迟是25秒；而预警现场的所有人早在服务器得到信号前，就已经得到了报警信号，就展开了自救。而长江大桥一旦实现了即时报警，则可以立即把过往的车辆停止下来，避免桥梁继续偏离到40厘米的危险位置。所以，本发明对于预警现场来说，是没有延迟的真正即时预警；即使有若干秒时间的传输延迟，也是对于后续响应而言。

实施例4：

行文至此可以做一个总结，本发明最大创新点是即时预警，而最大技术特点是数据单向传输：即数据只从预警系统向上传输到服务器。其次，节点就地采集数据、就地处理数据、就地产生报警信号也是技术特点。相比较，图1内的报警信号，即服务器下传的指令，是服务器产生后再下传的；而图3、图4中的报警信号，则是在节点设备上直接产生的。图1中的服务器，是预警系统的决策设备，而图3、图4中的服务器，则是可有可无的多媒体服务设备。事实上，本发明的预警系统，甚至可以在没有服务器的状态运行，如图5。图5中，隧道内的任何一个发生了报警信号，信号分别从相反的两个方向中继传输，一个到达隧道口，另一个到达隧道尽头。整个隧道都在信号中继传输的过程中得到了报警服务，服务器对于隧道内的报警服务而言是没有作用的。一个预警系统不需要服务器就能运行，就意味着一个预警系统可以不需要公共通讯网络。于是，本发明就能够实现对预警系统应用范围的一个大扩展！

虽然预警系统的应用范围很广，但是隧道、公路边坡、桥梁、城市管廊、基坑、山体滑坡、泥石流等等，预警系统的技术机制却都是相同的。因此，本发明虽然用图3、图4、图5的隧道作为举例，实际上也同样可以用在公路边坡、桥梁、城市管廊、基坑、山体滑坡、泥石流等地方。不过，由于本发明的预警系统可以如图5那样不依赖服务器就独立运行，所以，本发明的预警系统应用范围更加广大。在遥远偏僻的山区荒漠森林地区，公共通讯网络信号很差，甚至根本没有信号覆盖。这样的地方，经典预警系统技术因为缺乏公共通讯网络连接服务器这个基本条件，只能放弃预警服务。而本发明，可以直接去掉服务器，让预警系统的节点自组网络后即可自行独立运行。比如，在公共通讯信号很缺乏的川藏公路上，许多的塌方区、飞石区、洪水区都需要预警系统；可是，却没有任何主流预警系统可以投入运行。车辆通过这些危险区域前，都只有停车并依靠司机的肉眼观察，再根据经验冒险通过。而本发明就可以在这些危险地段上安装并运行独立预警系统。诚然，独立预警系统的报警信号因为缺乏公共通讯覆盖而无法传输到几百公里外的公路管理当局，但是，为过往的车辆就地提供预警服务确是实实在在可以做到的。本发明的这个功能，在高山、雪原、荒漠等地方，为滑坡、泥石流、雪崩等各种灾害的预警，都能提供技术支持，这也是本发明超越传统预警系统的创新点。

服务器对于本发明来说，虽然不再具有决策功能，但是，却仍然具有强大的后续服务功能。当一个预警系统建立后，仍然可以在服务器上建立预警系统数据库。这样的数据库，可以把每个节点技术背景信息都进行登记；于是，当报警信号发生时，服务器利用数据库的强大检索功能同样可以形成强大的服务功能。比如，在图1中，如果5号节点上传的数据被服务器处理时发现了危险，于是，服务器以5号节点编号为检索关键字，调出5号节点的技术背景信息；然后，再用这些背景信息产生通俗易懂的报警信号；再反向把报警信号下传回预警系统。而在图3、图4中，如果服务器接收到了5号节点上传的报警信号，也同样使用5号节点编号为检索关键字，调出5号节点的技术背景信息；然后，再用这些背景信息产生通俗易懂的报警信号，并继续通知相关人员处理报警。图1与图3、图4相比，最大的不同是图1的服务器最先得到傻瓜型数据，计算出报警信号后再反向下传回预警系统，预警现场是最后得到报警信号；而图3、图4则是预警现场的最先得到智慧型报警信号；并且已经传遍整个预警系统后，服务器才最后得到报警信号。因此，服务器得到报警信号后，已经不需要再向预警系统的所有节点下传任何指令，这就是本发明采取单向数据传输的合理技术内涵，这也是权利要求10的表述。

本发明创新的预警系统模式相比于经典预警系统，预警速度更快、预警系统的应用范围更广，形成的综合预警能力与现有的预警系统技术相当。不过，本发明仍然属于物联网模式的预警系统，形成的预警系统的通讯方式不同：经典中心化预警系统是双向通讯如图1；而本发明的去中心化是单向通讯如图3。所以，本发明的创新领域仍然属于物联网，其创新点是为物联网领域增添了一种新的构建方式。

本文是以隧道为例子阐述了本发明的应用场景，其实，本发明可以用于任何预警场景，比如基坑、边坡、桥梁、管廊、河流、建筑脚手架、智慧化车间等等。由于隧道预警是所有预警类型中技术难度最大，因此选择为举例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单向数据传输的预警系统，其特征是：

一个连接有传感器的具有通讯能力的设备形成一个节点；若干节点自组局部无线电或有线通讯网络；任何一个节点获得传感器测量数据后，就地在节点上将数据进行处理，发现危险数据立即发出报警信号；邻居节点接收到报警信号后，跟随响应并继续向更远端邻居节点发送报警信号，直到整个局部网络完成对报警信号的中继和响应。

2.如权利要求1中所述的预警系统，每个节点就地处理传感器数据时，如果没有发现有异常数据，节点保持静默不产生信号；只有发现出现危险数据，才立即发出报警信号，实现即时报警。

3.如权利要求1中所述的预警系统，节点与邻居节点之间可以相互中继通讯；当一个节点用无线或有线通讯方式发出报警信号的时候，邻居节点之间相互传输报警信号。

4.如权利要求1中所述的预警系统，报警信号根据传感器类型划分为不同的级别。

5.如权利要求1中所述的预警系统，报警信号根据发生地方不同划分为不同的级别。

6.如权利要求1中所述的预警系统，一个节点接收到邻居节点发送或中继来的报警信号后，可以根据报警信号的级别做不同的响应；或者跟随报警并做继续中继，或者不跟随报警只做继续中继。

7.如权利要求4或5中所述的一个节点产生高级报警信号后，形成该节点的长时间状态锁定，不再继续产生后续的新信号；直到人工介入才解开锁死的状态；状态锁死期间，节点的中继通讯功能不锁死，可以继续为其它节点中继传输。

8.如权利要求7中所述的报警信号发生节点的状态锁死，可以扩展到邻居节点范围，使得更多的节点都进入状态锁死；同理，节点的中继通讯功能不锁死。

9.如权利要求1中所述的预警系统，一个节点产生或者为邻居节点中继传输低级报警信号后，可以自己产生后续的报警信号，也可以继续为邻居中继后续的报警信号。

10.如权利要求1中所述的预警系统，可以不连接服务器而独立运行，也可以向服务器上传报警信号；服务器不向预警系统下传任何指令。

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