一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法：監(jiān)控中心通過(guò)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分別實(shí)時(shí)對(duì)隧道內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)將各自所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)將傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收、分析比較，對(duì)于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)減少測(cè)量頻率，對(duì)于采集的參數(shù)值超過(guò)正常范圍，則通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)增大測(cè)量頻率；監(jiān)控中心根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)上傳的參數(shù)采取相應(yīng)措施投入工作。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、成本低、操作簡(jiǎn)單、布網(wǎng)靈活且方便。
【專利說(shuō)明】一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隧道內(nèi)的環(huán)境對(duì)行車安全及旅客、養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員的健康會(huì)帶來(lái)一些特殊問題，主要是因?yàn)樗淼乐械臏囟?、濕度、光線、有害氣體的成分量和積累。大多數(shù)隧道都是四周封閉的通道，無(wú)護(hù)欄。無(wú)自然光線，隧道中的照明基本上只能由照明設(shè)備提供。當(dāng)人員白天進(jìn)入隧道后，由于隧道內(nèi)外光線強(qiáng)弱差別大，人眼不能馬上適應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)進(jìn)洞時(shí)的黑洞效應(yīng)和出洞時(shí)的眩光效應(yīng)，濕度和有害氣體也會(huì)對(duì)人員身體健康造成傷害。
[0003]網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步成熟的背景下，傳統(tǒng)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在設(shè)備管理不完善、不易維護(hù)等問題，并且已有系統(tǒng)多是處理單個(gè)命令的直接控制，對(duì)于負(fù)責(zé)批命令控制的研究還有待深入。無(wú)線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，解決了互聯(lián)的問題，由具有感知、處理和無(wú)線通信能力的大量傳感器節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成既定的任務(wù)。目前隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多利用以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的有線傳輸，存在著成本高、綜合布線復(fù)雜、通信電纜選擇等實(shí)際工程問題，限制了隨到環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展前景。
[0004]例如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01220722727.7 ”的一種隧道施工安全預(yù)警管理系統(tǒng)，該實(shí)用新型公開了一種隧道施工安全預(yù)警管理系統(tǒng)，包括通過(guò)線性調(diào)頻連續(xù)波測(cè)量隧道圍巖的微小位移信息的圍巖形變量測(cè)雷達(dá)終端、施工人員及施工設(shè)備實(shí)時(shí)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的氣體、水位信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)終端。該實(shí)用新型能夠同時(shí)對(duì)隧道圍巖形變、隧道內(nèi)施工人員或施工設(shè)備和隧道內(nèi)施工環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，能夠減小安全事故發(fā)生幾率，避免出現(xiàn)人員傷亡，消除安全隱患，同時(shí)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)施工人員、設(shè)備進(jìn)行更加合理的調(diào)度管理以及安全監(jiān)控管理。該實(shí)用新型隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在著成本高、綜合布線復(fù)雜、通信電纜選擇等實(shí)際工程問題，限制了隨到環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展前景。
[0005]又如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210519187.7”的一種隧道環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，其中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)包括位于待測(cè)點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，所述無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，所述無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接入嵌入式網(wǎng)關(guān)，嵌入式網(wǎng)關(guān)與3G通訊模塊通過(guò)RS232數(shù)據(jù)通訊將數(shù)據(jù)發(fā)至公網(wǎng)，嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過(guò)3G通訊模塊獲取公網(wǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)信息連接到隧道遠(yuǎn)程檢測(cè)中心，其中嵌入式網(wǎng)關(guān)連接的3G通訊模塊與嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的3G通訊模塊進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。相應(yīng)的還公開了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法。該發(fā)明可用于隧道以及公路隧道環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，且能夠?qū)λ淼拉h(huán)境的變化作出及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。該發(fā)明雖然實(shí)現(xiàn)了隨到環(huán)境的無(wú)線監(jiān)測(cè)與傳輸，但是功耗高，成本較高，檢測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差，且缺少相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)控制，使大多數(shù)節(jié)點(diǎn)處于無(wú)用功狀態(tài)，在節(jié)能優(yōu)化上面仍存在很大的進(jìn)步空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低成本、低功耗、高可靠性的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，包含具體步驟如下:
步驟1、監(jiān)控中心通過(guò)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分別實(shí)時(shí)對(duì)隧道內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)將各自所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)；
步驟2、匯聚節(jié)點(diǎn)將傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收、分析比較，對(duì)于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)減少測(cè)量頻率，對(duì)于采集的參數(shù)值超過(guò)正常范圍，則通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)增大測(cè)量頻率；
步驟3、匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)個(gè)別傳感器節(jié)點(diǎn)未傳輸數(shù)據(jù)；則傳輸信號(hào)將其喚醒，若長(zhǎng)時(shí)間不能將其喚醒，則將故障信息上傳至監(jiān)控中心；
步驟4、監(jiān)控中心根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)上傳的信息采取相應(yīng)措施投入工作。
[0008]優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報(bào)警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和用于提供傳感器節(jié)點(diǎn)所需電能的電源模塊。
[0009]優(yōu)選的，所述匯聚節(jié)點(diǎn)包含一數(shù)據(jù)分析單元和一數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)分析單元對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)按周期進(jìn)行分析。
[0010]優(yōu)選的，所述傳感器模塊包含C0傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器。
[0011]優(yōu)選的，所述處理器模塊和數(shù)據(jù)分析單元均為AVR單片機(jī)。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、設(shè)計(jì)合理、成本低、操作簡(jiǎn)單、布網(wǎng)靈活且方便；
2、傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成多跳、自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該自組網(wǎng)能力強(qiáng)，可實(shí)時(shí)同步對(duì)隧道內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
3、傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗低、可擴(kuò)展性強(qiáng)、布網(wǎng)位置信息直觀；
4、能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)隧道中的溫度、濕度、光線、有害氣體的成分含量和積累，實(shí)時(shí)掌握隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，有效地保護(hù)人員的身體健康。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，包含具體步驟如下:
步驟1、監(jiān)控中心通過(guò)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分別實(shí)時(shí)對(duì)隧道內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)將各自所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)；
步驟2、匯聚節(jié)點(diǎn)將傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收、分析比較，對(duì)于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)減少測(cè)量頻率，對(duì)于采集的參數(shù)值超過(guò)正常范圍，則通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)增大測(cè)量頻率；
步驟3、匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)個(gè)別傳感器節(jié)點(diǎn)未傳輸數(shù)據(jù)；則傳輸信號(hào)將其喚醒，若長(zhǎng)時(shí)間不能將其喚醒，則將故障信息上傳至監(jiān)控中心；
步驟4、監(jiān)控中心根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)上傳的信息采取相應(yīng)措施投入工作。
[0015]本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其設(shè)計(jì)一種隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含匯聚中心、監(jiān)控中心和由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的多個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報(bào)警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和用于提供傳感器節(jié)點(diǎn)所需電能的電源模塊。
[0016]所述匯聚節(jié)點(diǎn)包含一數(shù)據(jù)分析單元和一數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)分析單元對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)按周期進(jìn)行分析，對(duì)于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)減少測(cè)量頻率，對(duì)于采集的參數(shù)值超過(guò)正常范圍，則通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)增大測(cè)量頻率。
[0017]其中，所述傳感器模塊包含C0傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器，所述聲光報(bào)警模塊為發(fā)光二極管和喇叭，所述處理器模塊和數(shù)據(jù)分析單元均為AVR單片機(jī)，所述串口通訊模塊和數(shù)據(jù)傳輸單元均為CC2530無(wú)線傳輸。
[0018]本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)采用AVR32處理器構(gòu)建的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有集成度高低功耗、低成本、高可靠性，利于構(gòu)建隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能大大降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的靈活性和智能化的優(yōu)勢(shì)；整個(gè)系統(tǒng)可以采集隧道周圍環(huán)境的溫濕度、C0濃度、光照和視頻信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析處理，當(dāng)某個(gè)指標(biāo)超過(guò)正常值，聲光報(bào)警就會(huì)發(fā)出警報(bào)，并同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸模式上傳至監(jiān)控中心。
[0019]該發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成多跳、自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該自組網(wǎng)能力強(qiáng)，可實(shí)時(shí)同步對(duì)隧道環(huán)境的監(jiān)測(cè)參數(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由幾十到上百個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的、采用無(wú)線通信方式、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過(guò)動(dòng)態(tài)路由和移動(dòng)管理技術(shù)傳輸具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流。通常節(jié)點(diǎn)具有持續(xù)的能量供
5口 ?
[0020]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)雖然與無(wú)線自組網(wǎng)有相似之處，但同時(shí)也存在很大的差別。傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了監(jiān)測(cè)、控制以及無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目更為龐大，節(jié)點(diǎn)分布更為密集；由于環(huán)境影響和能量耗盡，節(jié)點(diǎn)更容易出現(xiàn)故障；環(huán)境干擾和節(jié)點(diǎn)故障易造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)是固定不動(dòng)的。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力等都十分有限。傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供高服務(wù)質(zhì)量和高效帶寬利用，其次才考慮節(jié)約能源；而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是能源的高效利用，這也是傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最重要的區(qū)別之一。該發(fā)明還能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)隧道中的溫度、濕度、光線、有害氣體的成分含量和積累，實(shí)時(shí)掌握隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，有效地保護(hù)人員的身體健康。
[0021]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:包含具體步驟如下: 步驟1、監(jiān)控中心通過(guò)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分別實(shí)時(shí)對(duì)隧道內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)將各自所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)； 步驟2、匯聚節(jié)點(diǎn)將傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收、分析比較，對(duì)于采集數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)減少測(cè)量頻率，對(duì)于采集的參數(shù)值超過(guò)正常范圍，則通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元控制相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)增大測(cè)量頻率； 步驟3、匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)個(gè)別傳感器節(jié)點(diǎn)未傳輸數(shù)據(jù)；則傳輸信號(hào)將其喚醒，若長(zhǎng)時(shí)間不能將其喚醒，則將故障信息上傳至監(jiān)控中心； 步驟4、監(jiān)控中心根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)上傳的信息采取相應(yīng)措施投入工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述傳感器節(jié)點(diǎn)包含處理器模塊以及與其連接的傳感器模塊、視頻監(jiān)控模塊、聲光報(bào)警模塊、串口通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和用于提供傳感器節(jié)點(diǎn)所需電能的電源模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述匯聚節(jié)點(diǎn)包含一數(shù)據(jù)分析單元和一數(shù)據(jù)傳輸單元，所述數(shù)據(jù)分析單元對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)按周期進(jìn)行分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述傳感器模塊包含CO傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述處理器模塊和數(shù)據(jù)分析單元均為AVR單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104361727SQ201410541493
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】徐花, 張靜雅, 肖亞韙 申請(qǐng)人:蘇州德魯森自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司