CN116399402A - 一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线传感器技术领域，用于解决现有的对无线传感器的故障预警方式中，无法做到对无线传感器的传感精度及物理折损的故障分析，导致无法做到对无线传感器存在的故障的及时预警反馈，故难以保证无线传感器数据监测的准确性的问题，具体为一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，包括数据采集单元、属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元、故障预警反馈单元、云数据库和显示终端。本发明，通过数据分析的方式，分别从不同层面对生态监测环境系统中的各无线传感器的故障状态进行预警分析，及时识别无线传感器的故障，进而对其的故障进行有效的预警，有效保障对生态环境数据监测的准确性。

Description

一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统

技术领域

本发明涉及无线传感器技术领域，具体为一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统。

背景技术

生态环境监测系统是用于监测和评估生态环境质量的一种综合性技术系统。它通过安装在生态环境中的传感器、监测设备等获取数据，通过数据采集、处理、存储、分析等技术手段，对环境参数进行实时监测、分析和评价。

无线传感器是一种能够无线收集和传递数据的小型装置，通常用于监测环境条件、物体位置等信息。它们可以通过无线网络与其他设备进行通信。

由于生态环境监测系统中应用了较多的无线传感器，当无线传感器一旦发生故障，可能会导致监测数据的丢失，从而影响对生态环境的监测和预警，因此及时发现无线传感器的故障以及预警可以保证生态环境的安全。

但现有的在对生态环境监测系统中的各无线传感器的故障进行监测预警时，还存在诸多问题。

比如，无法做到对无线传感器的传感精度故障预警分析，也难以对无线传感器的物理折损故障进行及时的反馈分析，故难以保证无线传感器在生态环境监测系统中数据监测的准确性；

还无法及时分析无线传感器存在的潜在问题，导致无法做到对无线传感器存在的故障的及时预警反馈，进而提高了无线传感器的维护成本。

为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，包括：数据采集单元、属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元、故障预警反馈单元、云数据库和显示终端；

所述数据采集单元用于采集目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息、测量精度信息、物理参数信息、供能信息和续航信息，并将其分别发送至属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元；

所述属性状态分类单元用于对目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息进行监测，由此对所有无线传感器的属性状态进行分类分析；

所述测量精度分析单元用于对各目标无线传感器的测量精度信息进行监测，由此对各目标无线传感器的精度状态进行分析；

所述物理状态分析单元用于对各目标无线传感器的物理参数信息进行监测，由此对各属性目标无线传感器的物理状态进行分析；

所述供能续航分析单元用于对各目标无线传感器的供能信息和续航信息进行监测，由此对各目标无线传感器的供能状态和续航状态进行分析；

所述故障预警反馈单元用于对各目标无线传感器出现的异常精度状态、异常物理状态以及异常续航状态进行故障预警反馈分析，并通过显示终端进行显示说明；

所述云数据库用于存储目标无线传感器的尺寸体积分量属性表，存储目标无线传感器的传感精度状态判定分级表，存储目标无线传感器的物理折损状态判定分级表，存储目标无线传感器的电池续航状态判定分级表。

优选地，所述对目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息进行监测及对其属性状态进行分类分析，其具体过程如下：

统计目标生态环境监测系统中的所布设的无线传感器的数量值，并由此获取各无线传感器的尺寸体积值，并将各目标无线传感器的尺寸体积值与存储在云数据库中的目标无线传感器的尺寸体积分量属性表进行对照匹配分析，由此得到各目标无线传感器的对应的尺寸属性类型，且每个尺寸体积值均对应一个尺寸属性类型；

将判定为同一尺寸属性类型的无线传感器规整到同一监测集合中，据此将生态监测环境系统中的所有无线传感器按照尺寸体积属性划分成i个监测集合。

优选地，所述对各目标无线传感器的测量精度信息进行监测，其具体监测过程如下：

依据无线传感器划分的监测集合，给对应监测集合中的各目标传感器均选取与之对应的同一测量对象，并对同一测量对象进行重复测量k次，k＝1，2，3……n，由此得到对应监测集合中的各目标传感器的n个实际测量值，并将每个目标传感器的n个实际测量值进行标准差计算，依据标准差公式

由此得到对应监测集合的各目标传感器的测量精度值σ_ij，其中，i、j为正整数，amv_ijk表示第k次测量点的数据值，amv_ij ^*表示所以数据的平均值，n是所有数据集的大小；

将一段时间等量划分为h个时间点，捕捉一段时间内的对应监测集合中的各目标无线传感器的输出信号值，并以时间为横坐标，以输出信号值为横坐标，并由此构建各目标传感器的动态坐标系，并将h个时间点下的输出信号值通过折线的方式绘制在动态坐标系上，由此得到各目标传感器的输出折线，分别计算各目标传感器的输出折线与水平线之间的总夹角，并将其记作α_ij，并将各目标无线传感器的总夹角进行物理量转换，依据公式bfv_ij＝α_ij×ξ，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的稳定系数bfv_ij，其中，ξ用于表示总夹角的转换因子系数，且ξ为大于0的自然数。

优选地，所述对各目标无线传感器的精度状态进行分析，其具体分析过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的测量精度信息中的测量精度值、稳定系数、灵敏度和分辨率，并将四项数据进行公式化分析，依据设定的公式

由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的传感精度系数cgx_ij，其中，sv_ij表示对应监测集合中的对应目标无线传感器的灵敏度，rv_ij表示表示对应监测集合中的对应目标无线传感器的分辨率，λ1、λ2、λ3和λ4分别为测量精度值、稳定系数、灵敏度和分辨率的权重因子系数，且λ1、λ2、λ3和λ4均为大于0的自然数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的传感精度系数与存储在云数据库中的传感精度状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的传感精度等级，且得到的每个目标无线传感器的传感精度系数均对应一个传感精度等级。

优选地，所述对各目标无线传感器的物理参数信息进行监测，其具体监测过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的投入使用时长和维修累积次数，并将其分别标定为ust_ij和wlc_ij，并将两项数据进行综合分析，依据设定的公式bxc_ij＝δ1×ust_ij+δ2×wlc_ij，得到对应监测集合中的对应目标无线传感器的基础巡查反馈系数bxc_ij，其中，δ1和δ2分别为投入使用时长和维修累积次数的归一因子系数，且δ1和δ2均为大于0的自然数；

给基础巡查反馈系数设置三个对比参照区间，分别为第一对比区间、第二对比区间和第三对比区间，并将对应监测集合中的各目标无线传感器的基础巡查反馈系数分别代入预设的三个对比参照区间之内进行比较分析，由此得到对应监测集合中的每个目标无线传感器的物理巡视周期模式；

依据给设定的目标无线传感器的物理巡视周期模式，记录目标无线传感器对应的各循环监测次数下的振动值、变形值和受迫值，并将三项数据进行叠加分析，由此得到对应监测集合中的各目标传感器的机械损坏系数；

记录目标无线传感器的对应的各循环监测次数下的低温值和高温值，并将记录的所有低温值和高温值进行方差计算，依据方差公式

由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的热损坏系数rsc_ij，其中，o＝1，2，3……m，o表示数据个数，即低温值和高温值的总和的数据个数，x_o表示第o个数据点，μ表示所有数据的平均值；

记录目标无线传感器的对应的各循环监测次数下的湿度值和氧化程度值，并将两项数据进行综合分析，依据设定的公式

得到对应监测集合中的各目标无线传感器的湿度损坏系数dmg_ij，其中，sdz_ijv表示各次循环监测次数下的湿度值，yhd_ijv表示各次循环监测次数下的氧化程度值，ρ1、ρ2分别为湿度值和氧化程度值转化因子系数，且ρ1、ρ2均为大于0的自然数。

优选地，所述对监测集合中的各目标无线传感器的基础巡查反馈系数分别代入预设的三个对比参照区间之内进行比较分析，其具体分析过程如下：

当基础巡查反馈系数处于预设的第一对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p1次；

当基础巡查反馈系数处于预设的第二对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p2次；

当基础巡查反馈系数处于预设的第三对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p3次，其中，p1＜p2＜p3。

优选地，所述对各目标无线传感器的物理状态进行分析，其具体分析过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的物理参数信息中的机械损坏系数、热损坏系数、湿度损坏系数和电磁干扰损坏系数，并将四项数据进行归一化分析，依据设定的公式pys_ij＝γ1×bxc_ij+γ2×rsc_ij+γ3×dmg_ij+γ4×cgr_ij，由此得到对应监测集合中的对应的目标无线传感器的物理折损系数pys_ij，其中，γ1、γ2、γ3和γ4分别为机械损坏系数、热损坏系数、湿度损坏系数和电磁干扰损坏系数的归一因子系数，且γ1、γ2、γ3和γ4均为大于0的自然数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的物理折损系数与存储在云数据库中的物理折损状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的物理折损等级，且得到的每个目标无线传感器的物理折损系数均对应一个物理折损等级。

优选地，所述对各目标无线传感器的供能信息进行监测及供能状态进行分析，其具体过程如下：

实时获取对应监测集合中的各目标无线传感器的供能信息中的电池剩余电量，并设置第一电量对比阈值、第二电量对比阈值、第三电量对比阈值、第四电量对比阈值，并将各目标无线传感器的电池剩余电量分别与预设的各类型电量对比阈值进行比较；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第一电量对比阈值时，则生成低电量预警信号；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第二电量对比阈值时，则生成残余电量预警信号；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第三电量对比阈值时，则生成临界电量预警信号；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第四电量对比阈值时，则生成极低电量预警信号。

优选地，所述对各目标无线传感器的续航信息进行监测及续航状态进行分析，其具体过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的续航信息中的使用频率、传输距离和额定容量，并将其分别标定为fqy_ij、dst_ij和cpt_ij，并将三项数据进行数据分析，依据设定的公式blc_ij＝ω1×fqy_ij+ω2×dst_ij+ω3×cpt_ij，由此得到对应监测集合中的对应的目标无线传感器的电池续航系数blc_ij，其中，ω1、ω2和ω3分别为使用频率、传输距离和额定容量的误差因子系数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的电池续航系数与存储在云数据库中的电池续航状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的电池续航等级，且得到的每个目标无线传感器的电池续航系数均对应一个电池续航等级。

本发明的有益效果：

本发明，通过数据库对照匹配分析的方式，实现了对生态环境监测系统中的所有无线传感器的明确分类，并为实现对生态环境监测系统中无线传感器的故障准确预警奠定了基础；

采用标准差计算、坐标模型的分析和公式化分析的方式，明确了各无线传感器的传感轻度状态，通过显示终端对异常精度状态的无线传感器进行故障预警；

又采用数据综合分析、区间的代入分析以及数据叠加分析和方差计算的方式，分别对无线传感器的各项物理参数进行了明确的监测分析，并以此为基础，利用数据标定、归一化分析和数据库匹配分析的方式，又从物理伤害层面对无线传感器的物理折损状态进行了判定分析，进而明确了无线传感器存在的物理折损等级，并采用文本输出的方式，实现了无线传感器的物理故障预警分析；

通过对比阈值的等级设定和代入比对分析的方式，分别对无线传感器的供能状态及续航情况的预警分析；

基于数据分析的方式，分别从传感精度层面、物理折损层面以及供能续航层面对生态监测环境系统中的各无线传感器的故障状态进行了明确的预警，及时识别无线传感器的故障，进而对其的故障进行有效的预警，有效保障对生态环境数据监测的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，包括：数据采集单元、属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元、故障预警反馈单元、云数据库和显示终端。

需要指出的是，属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元、故障预警反馈单元分别与云数据库连接，属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元分别与故障预警反馈单元连接。

数据采集单元用于采集目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息、测量精度信息、物理参数信息、供能信息和续航信息，并将其分别发送至属性状态分类单元、测量精度分析单元、物理状态分析单元、供能续航分析单元。

云数据库用于存储目标无线传感器的尺寸体积分量属性表，存储目标无线传感器的传感精度状态判定分级表，存储目标无线传感器的物理折损状态判定分级表，存储目标无线传感器的电池续航状态判定分级表。

属性状态分类单元用于对目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息进行监测，并由此对所有无线传感器的属性状态进行分类分析，具体过程如下：

统计目标生态环境监测系统中的所布设的无线传感器的数量值，并由此获取各无线传感器的尺寸体积值，并将各目标无线传感器的尺寸体积值与存储在云数据库中的目标无线传感器的尺寸体积分量属性表进行对照匹配分析，由此得到各目标无线传感器的对应的尺寸属性类型，且每个尺寸体积值均对应一个尺寸属性类型；

将判定为同一尺寸属性类型的无线传感器规整到同一监测集合中，据此将生态监测环境系统中的所有无线传感器按照尺寸体积属性划分成i个监测集合，i为正整数。

测量精度分析单元用于对各目标无线传感器的测量精度信息进行监测，具体监测过程如下：

依据无线传感器划分的监测集合，给对应监测集合中的各目标传感器均选取与之对应的同一测量对象，并对同一测量对象进行重复测量k次，k＝1，2，3……n，由此得到对应监测集合中的各目标传感器的n个实际测量值，并将每个目标传感器的n个实际测量值进行标准差计算，依据标准差公式

由此得到对应监测集合的各目标传感器的测量精度值σ_ij，其中，i表示第几个监测集合，j表示对应监测集合中的目标传感器数，且i、j为正整数，amv_ijk表示第k次测量点的数据值，即对应监测集合中的对应目标传感器的对应实际测量值，amv_ij ^*表示所以数据的平均值，即对应监测集合中的对应目标传感器的实际测量值的均值，n是所有数据集的大小；

将一段时间等量划分为h个时间点，且h为正整数，捕捉一段时间内的对应监测集合中的各目标无线传感器的输出信号值，并以时间为横坐标，以输出信号值为横坐标，并由此构建各目标传感器的动态坐标系，并将h个时间点下的输出信号值通过折线的方式绘制在动态坐标系上，由此得到各目标传感器的输出折线，分别计算各目标传感器的输出折线与水平线之间的总夹角，并将其记作α_ij，并将各目标无线传感器的总夹角进行物理量转换，依据公式bfv_ij＝α_ij×ξ，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的稳定系数bfv_ij，其中，ξ用于表示总夹角的转换因子系数，且ξ为大于0的自然数，且转换因子系数用于将总夹角的物理量转换成程度数据表达物理量的数据系数；

由此对各目标无线传感器的精度状态进行分析，具体分析过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的测量精度信息中的测量精度值、稳定系数、灵敏度和分辨率，并将四项数据进行公式化分析，依据设定的公式

由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的传感精度系数cgx_ij，其中，sv_ij表示对应监测集合中的对应目标无线传感器的灵敏度，rv_ij表示表示对应监测集合中的对应目标无线传感器的分辨率，λ1、λ2、λ3和λ4分别为测量精度值、稳定系数、灵敏度和分辨率的权重因子系数，且λ1、λ2、λ3和λ4均为大于0的自然数，权重因子系数用于均衡各项数据在公式计算中的占比权重，从而促进计算结果的准确性；

需要说明的是，灵敏度用于表示无线传感器对待测物理量变化的检测能力，即单位输入量变化引起的输出量变化大小，当无线传感器的灵敏度的表现数值越大时，则表示无线传感器可以更准确地测量微小的物理量变化；

分辨率用于表示无线传感器的区分和测量输入信号中最小变化的能力。即指无线传感器可以检测到的最小物理量变化，且当无线传感器的分辨率越高，则无线传感器可以更准确地测量微小的物理量变化。

需要注意的是，分辨率不同于灵敏度，分辨率是对于输入信号的离散化程度的描述，而灵敏度则是对于输入数量级变化的响应程度的描述；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的传感精度系数与存储在云数据库中的传感精度状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的传感精度等级，且得到的每个目标无线传感器的传感精度系数均对应一个传感精度等级，且传感精度等级包括传感正常精度等级、传感异常精度等级；

将传感异常精度等级发送至故障预警反馈单元，并以“该无线传感器的传感精度异常，需要对其检修或更换”文本字样的方式发送至显示终端进行显示说明。

物理状态分析单元用于对各目标无线传感器的物理参数信息进行监测，具体监测过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的投入使用时长和维修累积次数，并将其分别标定为ust_ij和wlc_ij，并将两项数据进行综合分析，依据设定的公式bxc_ij＝δ1×ust_ij+δ2×wlc_ij，得到对应监测集合中的对应目标无线传感器的基础巡查反馈系数bxc_ij，其中，δ1和δ2分别为投入使用时长和维修累积次数的归一因子系数，且δ1和δ2均为大于0的自然数；

给基础巡查反馈系数设置三个对比参照区间，分别为第一对比区间、第二对比区间和第三对比区间，并将对应监测集合中的各目标无线传感器的基础巡查反馈系数分别代入预设的三个对比参照区间之内进行比较分析，具体的：

当基础巡查反馈系数处于预设的第一对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p1次；

当基础巡查反馈系数处于预设的第二对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p2次；

当基础巡查反馈系数处于预设的第三对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p3次，其中，p1＜p2＜p3，且p1、p2和p3具体数值的设定由本领域技术人员在具体的案例中进行具体设置；

由此得到对应监测集合中的每个目标无线传感器的物理巡视周期模式；

依据给设定的目标无线传感器的物理巡视周期模式，记录目标无线传感器对应的各循环监测次数下的振动值、变形值和受迫值，并将三项数据进行叠加分析，由此得到对应监测集合中的各目标传感器的机械损坏系数；

记录目标无线传感器的对应的各循环监测次数下的低温值和高温值，并将记录的所有低温值和高温值进行方差计算，依据方差公式

由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的热损坏系数rsc_ij，其中，o＝1，2，3……m，o表示数据个数，即低温值和高温值的总和的数据个数，x_o表示第o个数据点，μ表示所有数据的平均值；

需要注意的是，过高或过低的温度都有可能影响无线传感器的电子元器件的性能和寿命，因此损坏无线传感器的物理状态；

记录目标无线传感器的对应的各循环监测次数下的湿度值和氧化程度值，并将两项数据进行综合分析，依据设定的公式

得到对应监测集合中的各目标无线传感器的湿度损坏系数dmg_ij，其中，sdz_ijv表示各次循环监测次数下的湿度值，yhd_ijv表示各次循环监测次数下的氧化程度值，ρ1、ρ2分别为湿度值和氧化程度值转化因子系数，且ρ1、ρ2均为大于0的自然数；

还需指出的是，v＝1，2，3，且v表示各目标传感器对应的物理巡视周期模式，当v＝1时，则表示目标传感器对应的物理巡视周期模式为t单位时段循环监测p1次，即记录目标无线传感器的对应的p1次循环监测下的湿度值和氧化程度值，当v＝2时，则表示目标传感器对应的物理巡视周期模式为t单位时段循环监测p2次，当v＝3时，则表示目标传感器对应的物理巡视周期模式为t单位时段循环监测p3次；

由此对各属性目标无线传感器的物理状态进行分析，具体分析过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的物理参数信息中的机械损坏系数、热损坏系数、湿度损坏系数和电磁干扰损坏系数，并将四项数据进行归一化分析，依据设定的公式pys_ij＝γ1×bxc_ij+γ2×rsc_ij+γ3×dmg_ij+γ4×cgr_ij，由此得到对应监测集合中的对应的目标无线传感器的物理折损系数pys_ij，其中，γ1、γ2、γ3和γ4分别为机械损坏系数、热损坏系数、湿度损坏系数和电磁干扰损坏系数的归一因子系数，且γ1、γ2、γ3和γ4均为大于0的自然数，且归一因子系数用于表示将机械损坏系数、热损坏系数、湿度损坏系数和电磁干扰损坏系数各项数据转化为无量纲形式的系数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的物理折损系数与存储在云数据库中的物理折损状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的物理折损等级，且得到的每个目标无线传感器的物理折损系数均对应一个物理折损等级，且物理折损等级包括传感正常物理折损等级、严重物理折损等级；

将严重物理折损等级发送至故障预警反馈单元，并以“该无线传感器存在严重物理折损情形，需要对其检修或更换”文本字样的方式发送至显示终端进行显示说明。

供能续航分析单元用于对各目标无线传感器的供能信息进行监测，并由此对各目标无线传感器的供能状态进行分析，具体过程如下：

实时获取对应监测集合中的各目标无线传感器的供能信息中的电池剩余电量，并设置第一电量对比阈值、第二电量对比阈值、第三电量对比阈值、第四电量对比阈值；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第一电量对比阈值时，则生成低电量预警信号，其中，低电量预警信号用于表示当前无线传感器的电池电量已经降到较低的水平，需要注意电量消耗，以免影响设备运行；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第二电量对比阈值时，则生成残余电量预警信号，其中，残余电量预警信号用于表示当前无线传感器的电池电量已经接近耗尽，但仍能够支撑设备短暂的运行一段时间；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第三电量对比阈值时，则生成临界电量预警信号，其中，临界电量预警信号用于表示当前无线传感器的电池电量已经非常低了，仅能支持设备的最基本的功能，亟建议立即充电或更换电池；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第四电量对比阈值时，则生成极低电量预警信号，其中，极低电量预警信号用于表示当前无线传感器的电池电量已经几乎消耗殆尽，设备无法继续正常工作，应立即充电或更换电池；

并将低电量预警信号、残余电量预警信号、临界电量预警信号、极低电量预警信号发送至故障预警反馈单元进行故障预警反馈分析，并通过显示终端进行显示说明。

供能续航分析单元还用于对各目标无线传感器的续航信息进行监测，并由此对各目标无线传感器的续航状态进行分析，具体过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的续航信息中的使用频率、传输距离和额定容量，并将其分别标定为fqy_ij、dst_ij和cpt_ij，并将三项数据进行数据分析，依据设定的公式blc_ij＝ω1×fqy_ij+ω2×dst_ij+ω3×cpt_ij，由此得到对应监测集合中的对应的目标无线传感器的电池续航系数blc_ij，其中，ω1、ω2和ω3分别为使用频率、传输距离和额定容量的误差因子系数，误差因子系数用于提高各项测量值中的使用频率、传输距离和额定容量的测量精度，从而来实现公式计算的准确性；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的电池续航系数与存储在云数据库中的电池续航状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的电池续航等级，且得到的每个目标无线传感器的电池续航系数均对应一个电池续航等级，且电池续航等级包括续航优等级、续航中等级和续航差等级；

将续航差等级发送至故障预警反馈单元，并以“该无线传感器续航状态异常，需要对其电池进行充电或更换”文本字样的方式发送至显示终端进行显示说明。

本发明在使用时，通过数据库对照匹配分析的方式，实现了对生态环境监测系统中的所有无线传感器的明确分类，并为实现对生态环境监测系统中无线传感器的故障准确预警奠定了基础；

采用标准差计算、坐标模型的分析和公式化分析的方式，明确了各无线传感器的传感轻度状态，通过显示终端对异常精度状态的无线传感器进行故障预警；

通过对各无线传感器的物理参数信息进行监测，采用数据综合分析、区间的代入分析以及数据叠加分析和方差计算的方式，分别对无线传感器的各项物理参数进行了明确的监测分析，并以此为基础，利用数据标定、归一化分析和数据库匹配分析的方式，又从物理伤害层面对无线传感器的物理折损状态进行了判定分析，进而明确了无线传感器存在的物理折损等级，并采用文本输出的方式，实现了无线传感器的物理故障预警分析；

通过对无线传感器的供能信息进行监测及供能状态进行分析，采用对比阈值的等级设定和代入比对分析的方式，明确了无线传感器的供能等级，并采用信号输出的方式，实现了对无线传感器的供能状态的预警分析；

通过对无线传感器的续航信息进行监测及续航状态进行分析，采用数据综合分析和逐项代入分析的方式，又对无线传感器的续航情况进行的分析，并同时实现无线传感器的异常续航状态的预警分析；

基于数据分析的方式，分别从传感精度层面、物理折损层面以及供能续航层面分对生态监测环境系统中的各无线传感器的故障状态进行了明确的预警，及时识别无线传感器的故障，进而对其的故障进行有效的预警，有效保障对生态环境数据监测的准确性。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，包括：

数据采集单元，用于采集目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息、测量精度信息、物理参数信息、供能信息和续航信息；

属性状态分类单元，用于对目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息进行监测，由此对所有无线传感器的属性状态进行分类分析；

测量精度分析单元，用于对各目标无线传感器的测量精度信息进行监测，由此对各目标无线传感器的精度状态进行分析；

物理状态分析单元，用于对各目标无线传感器的物理参数信息进行监测，由此对各属性目标无线传感器的物理状态进行分析；

供能续航分析单元，用于对各目标无线传感器的供能信息和续航信息进行监测，由此对各目标无线传感器的供能状态和续航状态进行分析；

故障预警反馈单元，用于对各目标无线传感器出现的异常精度状态、异常物理状态以及异常续航状态进行故障预警反馈分析，并通过显示终端进行显示说明；

云数据库，用于存储目标无线传感器的尺寸体积分量属性表，存储目标无线传感器的传感精度状态判定分级表，存储目标无线传感器的物理折损状态判定分级表，存储目标无线传感器的电池续航状态判定分级表。

2.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对目标生态环境监测系统中的所有无线传感器的属性参数信息进行监测及对其属性状态进行分类分析，其具体过程如下：

统计目标生态环境监测系统中的所布设的无线传感器的数量值，并由此获取各无线传感器的尺寸体积值，并将各目标无线传感器的尺寸体积值与存储在云数据库中的目标无线传感器的尺寸体积分量属性表进行对照匹配分析，由此得到各目标无线传感器的对应的尺寸属性类型，且每个尺寸体积值均对应一个尺寸属性类型；

将判定为同一尺寸属性类型的无线传感器规整到同一监测集合中，据此将生态监测环境系统中的所有无线传感器按照尺寸体积属性划分成i个监测集合。

3.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对各目标无线传感器的测量精度信息进行监测，其具体监测过程如下：

依据无线传感器划分的监测集合，给对应监测集合中的各目标传感器均选取与之对应的同一测量对象，并对同一测量对象进行重复测量k次，k＝1，2，3……n，由此得到对应监测集合中的各目标传感器的n个实际测量值，并将每个目标传感器的n个实际测量值进行标准差计算，由此得到对应监测集合的各目标传感器的测量精度值；

将一段时间等量划分为h个时间点，捕捉一段时间内的对应监测集合中的各目标无线传感器的输出信号值，并以时间为横坐标，以输出信号值为横坐标，并由此构建各目标传感器的动态坐标系，并将h个时间点下的输出信号值通过折线的方式绘制在动态坐标系上，由此得到各目标传感器的输出折线，分别计算各目标传感器的输出折线与水平线之间的总夹角，并将各目标无线传感器的总夹角进行物理量转换，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的稳定系数。

4.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对各目标无线传感器的精度状态进行分析，其具体分析过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的测量精度信息中的测量精度值、稳定系数、灵敏度和分辨率，并将四项数据进行公式化分析由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的传感精度系数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的传感精度系数与存储在云数据库中的传感精度状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的传感精度等级，且得到的每个目标无线传感器的传感精度系数均对应一个传感精度等级。

5.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对各目标无线传感器的物理参数信息进行监测，其具体监测过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的投入使用时长和维修累积次数，并将两项数据进行综合分析，得到对应监测集合中的对应目标无线传感器的基础巡查反馈系数；

给基础巡查反馈系数设置三个对比参照区间，分别为第一对比区间、第二对比区间和第三对比区间，并将对应监测集合中的各目标无线传感器的基础巡查反馈系数分别代入预设的三个对比参照区间之内进行比较分析，由此得到对应监测集合中的每个目标无线传感器的物理巡视周期模式；

依据给设定的目标无线传感器的物理巡视周期模式，记录目标无线传感器对应的各循环监测次数下的振动值、变形值和受迫值，并将三项数据进行叠加分析，由此得到对应监测集合中的各目标传感器的机械损坏系数；

记录目标无线传感器的对应的各循环监测次数下的低温值和高温值，并将记录的所有低温值和高温值进行方差计算，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器的热损坏系数；

记录目标无线传感器的对应的各循环监测次数下的湿度值和氧化程度值，并将两项数据进行综合分析，得到对应监测集合中的各目标无线传感器的湿度损坏系数。

6.根据权利要求5所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对监测集合中的各目标无线传感器的基础巡查反馈系数分别代入预设的三个对比参照区间之内进行比较分析，其具体分析过程如下：

当基础巡查反馈系数处于预设的第一对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p1次；

当基础巡查反馈系数处于预设的第二对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p2次；

当基础巡查反馈系数处于预设的第三对比区间之内时，则将对应目标传感器的物理巡视周期模式设定为t单位时段循环监测p3次。

7.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对各目标无线传感器的物理状态进行分析，其具体分析过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的物理参数信息中的机械损坏系数、热损坏系数、湿度损坏系数和电磁干扰损坏系数，并将四项数据进行归一化分析，由此得到对应监测集合中的对应的目标无线传感器的物理折损系数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的物理折损系数与存储在云数据库中的物理折损状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的物理折损等级，且得到的每个目标无线传感器的物理折损系数均对应一个物理折损等级。

8.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对各目标无线传感器的供能信息进行监测及供能状态进行分析，其具体过程如下：

实时获取对应监测集合中的各目标无线传感器的供能信息中的电池剩余电量，并设置第一电量对比阈值、第二电量对比阈值、第三电量对比阈值、第四电量对比阈值，并将各目标无线传感器的电池剩余电量分别与预设的各类型电量对比阈值进行比较；

当目标无线传感器的电池剩余电量低于第一电量对比阈值时，则生成低电量预警信号；当目标无线传感器的电池剩余电量低于第二电量对比阈值时，则生成残余电量预警信号；当目标无线传感器的电池剩余电量低于第三电量对比阈值时，则生成临界电量预警信号；当目标无线传感器的电池剩余电量低于第四电量对比阈值时，则生成极低电量预警信号。

9.根据权利要求1所述的一种用于生态环境监测的无线传感器的故障预警系统，其特征在于，所述对各目标无线传感器的续航信息进行监测及续航状态进行分析，其具体过程如下：

获取对应监测集合中的各目标无线传感器的续航信息中的使用频率、传输距离和额定容量，并将三项数据进行数据分析，由此得到对应监测集合中的对应的目标无线传感器的电池续航系数；

将对应监测集合中的各目标无线传感器的电池续航系数与存储在云数据库中的电池续航状态判定分级表进行对照匹配分析，由此得到对应监测集合中的各目标无线传感器对应的电池续航等级，且得到的每个目标无线传感器的电池续航系数均对应一个电池续航等级。

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