專利名稱：基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體是在現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備上加以改進(jìn)，通過(guò)加入專業(yè)的傳感器檢測(cè)模塊，構(gòu)成終端傳感器采集節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)ZigBee協(xié)議和串口通信協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布到集控中心。集控中心完成數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)與管理，發(fā)布GIS (地理信息系統(tǒng))服務(wù)信息，組成無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。預(yù)警信息可通過(guò)集控中心后臺(tái)管理程序自動(dòng)發(fā)送至各個(gè)監(jiān)控窗口。本系統(tǒng)可用于戶外無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染問(wèn)題已成為人類發(fā)展過(guò)程中最重要的問(wèn)題，人類的健康與生存環(huán)境息息相關(guān)。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法是人工采集污染源樣品，將采集到的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析， 這種監(jiān)測(cè)手段不容易監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，并且在一些環(huán)境惡劣的地區(qū)，人工無(wú)法采集樣品。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)等的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨向于無(wú)線監(jiān)測(cè)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域全面、高效、經(jīng)濟(jì)的布置監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，獲得環(huán)境參數(shù)，為人們監(jiān)測(cè)環(huán)境提供了一個(gè)很好的方法。在總體上，我國(guó)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的研究起步較晚，與國(guó)際先進(jìn)水平還有不小的差距。各種環(huán)境傳感器功能仍比較單一、可以監(jiān)測(cè)的污染物不多，可靠性不高；環(huán)境監(jiān)測(cè)主要依靠現(xiàn)有通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，沒有充分應(yīng)用信息通信的諸多先進(jìn)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)已有無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出一種融入地理信息系統(tǒng)的、基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。無(wú)線環(huán)境數(shù)據(jù)的采集通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，采用多跳傳輸方式，對(duì)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和發(fā)送。本發(fā)明基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及集中監(jiān)控系統(tǒng)，其中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括由多個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)、由終端采集節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，數(shù)據(jù)處理及集中監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、集控分中心系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)和集控中心；終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在查詢到通訊信道空閑后，終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)接收到終端節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù),確認(rèn)數(shù)據(jù)包完整,獲取數(shù)據(jù)幀里的源地址信息和有效數(shù)據(jù)，選取空閑信道，將數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)采集工作站中的協(xié)調(diào)器即Sink節(jié)點(diǎn)；Sink節(jié)點(diǎn)把各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)排隊(duì)，按照RS232協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送到集控分中心系統(tǒng)，集控分中心系統(tǒng)通過(guò)GUI人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控終端節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)；集控分中心通過(guò)現(xiàn)有通訊鏈路或者環(huán)境專用通訊鏈路，將環(huán)境數(shù)據(jù)再發(fā)送到集控中心，由集控中心通過(guò)GIS系統(tǒng)發(fā)布地理信息GIS服務(wù)信息。所述終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊包括氣體傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器以及固體粉塵傳感器。
所述終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊還包括GPS數(shù)據(jù)采集模塊。所述終端節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的供電模塊采用太陽(yáng)能與蓄電池雙電源工作。本發(fā)明基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法如下采用終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在查詢到通訊信道空閑后，終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)；采用中繼節(jié)點(diǎn)接收到終端節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)包完整，獲取數(shù)據(jù)幀里的源地址信息和有效數(shù)據(jù)，選取空閑信道，將數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)采集工作站中的協(xié)調(diào)器即Sink節(jié)點(diǎn)；采用Sink節(jié)點(diǎn)把各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)排隊(duì)，按照RS232協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送到集控分中心系統(tǒng)，采用集控分中心系統(tǒng)通過(guò)GUI人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控終端節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)；采用集控分中心通過(guò)現(xiàn)有通訊鏈路或者環(huán)境專用通訊鏈路，將 環(huán)境數(shù)據(jù)再發(fā)送到集控中心；采用集控中心通過(guò)GIS系統(tǒng)發(fā)布地理信息GIS服務(wù)信息。本發(fā)明基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)解決方案，對(duì)采集到的野外環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的分析處理，傳感器網(wǎng)絡(luò)按照Gis系統(tǒng)的需要，獲取特定地理位置的數(shù)據(jù)，將節(jié)點(diǎn)及其附近區(qū)域的環(huán)境參數(shù)以地圖化的形象方式呈現(xiàn)在人機(jī)界面上，并對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)出預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外某一區(qū)域環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在集控中心的上位機(jī)監(jiān)控軟件中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)人員的需求，在GIS地理信息系統(tǒng)中通過(guò)GPS定位技術(shù)描繪出各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并且獲取特定地理位置的數(shù)據(jù)，可以將各個(gè)節(jié)點(diǎn)及其附近區(qū)域的環(huán)境參數(shù)以地圖化的方式呈現(xiàn)在人機(jī)界面上來(lái)，讓監(jiān)測(cè)人員實(shí)時(shí)掌握該區(qū)域中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，獲取每個(gè)節(jié)點(diǎn)所采集到的最新環(huán)境參數(shù)，將同一區(qū)域不同節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析后，發(fā)出即時(shí)的預(yù)警信號(hào)，并將預(yù)警信號(hào)發(fā)送給相關(guān)監(jiān)測(cè)人員，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外某一區(qū)域環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。


圖I本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2本發(fā)明的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明的監(jiān)測(cè)預(yù)警信息平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式圖I所示為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用于無(wú)人值守的戶外環(huán)境監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求，在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)放置一定數(shù)量的終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境要素進(jìn)行采集。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上所安置的監(jiān)測(cè)設(shè)備包括了氣體傳感器(如監(jiān)測(cè)一氧化碳、瓦斯等有害氣體)、溫濕度傳感器、光照傳感器以及固體粉塵傳感器等，另外系統(tǒng)中還搭載了 GPS數(shù)據(jù)采集模塊，以便獲得終端采集節(jié)點(diǎn)的精確地理位置信息。終端采集節(jié)點(diǎn)和中繼供電模塊采用太陽(yáng)能與蓄電池雙電源工作，在太陽(yáng)能資源充足時(shí)使用太陽(yáng)能電池供電，多余的太陽(yáng)能給蓄電池供電，太陽(yáng)能不充足時(shí)自動(dòng)切換到蓄電池工作狀態(tài)，達(dá)到終端采集節(jié)點(diǎn)中各個(gè)采集傳感器的供電需求。當(dāng)終端采集節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到被監(jiān)測(cè)區(qū)域中的各種環(huán)境數(shù)據(jù)時(shí)，檢測(cè)的終端節(jié)點(diǎn)將各種環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)打包、發(fā)送，報(bào)信給中繼節(jié)點(diǎn)；檢測(cè)到的數(shù)據(jù)在中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初步融合，中繼節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)多跳傳輸后，送至協(xié)調(diào)器(Sink)節(jié)點(diǎn)處理中心；上位機(jī)數(shù)據(jù)處理集中平臺(tái)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、報(bào)警服務(wù)系統(tǒng)等組成，完成數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和管理，發(fā)布GIS服務(wù)信息，通過(guò)報(bào)警服務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)將預(yù)警信息發(fā)送給各個(gè)監(jiān)控窗口以及相關(guān)環(huán)境監(jiān)測(cè)員，各種數(shù)據(jù)在同一終端上通過(guò)多頁(yè)面的形式進(jìn)行顯示。I、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖2所示為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)、中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)和中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)依次完成感知信息獲取、調(diào)理、預(yù)處理、自組網(wǎng)、多跳傳輸；Sink節(jié)點(diǎn)位于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站內(nèi)，該泵站周邊一定距離內(nèi)的Sink節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、終端采集節(jié)點(diǎn)組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)網(wǎng)絡(luò)。WSN網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等都匯集到Sink節(jié)點(diǎn)，由Sink節(jié)點(diǎn)下發(fā)任務(wù) 目息。任務(wù)信息包括
(I)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中Sink節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)、各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址分配、網(wǎng)絡(luò)信道的選擇以及最優(yōu)傳輸路徑的選取。(2)終端采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的喚醒、發(fā)布終端采集節(jié)點(diǎn)的采集任務(wù)。在整個(gè)采集過(guò)程中，為了降低WSN中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)沒有采集任務(wù)的時(shí)候，將進(jìn)入休眠狀態(tài)。只有當(dāng)Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)布采集命令或者在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置的休眠時(shí)間到了的時(shí)候，WSN中的節(jié)點(diǎn)此時(shí)才對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、發(fā)送以及傳輸，大大地節(jié)省了各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗。采集任務(wù)負(fù)責(zé)采集用戶所需的各種環(huán)境數(shù)據(jù)，包括溫濕度、有害氣體(一氧化碳和瓦斯)的濃度、光照強(qiáng)度以及空氣中粉塵含量等數(shù)據(jù)信息?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)(I)感知信號(hào)獲取。在此過(guò)程中，主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的具體的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。環(huán)境數(shù)據(jù)可以包含有害氣體的濃度、光照強(qiáng)度、空氣的溫濕度以及空氣中的粉塵含量等；(2)預(yù)處理。終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)多跳傳輸后傳給中繼節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，接收來(lái)自協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的查詢命令。在采集和傳送的過(guò)程中，終端采集節(jié)點(diǎn)對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，摒棄掉無(wú)用的信息，將數(shù)據(jù)打包排成ZigBee網(wǎng)絡(luò)所需要的數(shù)據(jù)幀格式，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收時(shí)，轉(zhuǎn)入休眠模式，使節(jié)點(diǎn)功耗降最低。(3)信息上報(bào)。中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收檢測(cè)節(jié)點(diǎn)上報(bào)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱粋€(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，在采用多節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)處理的防護(hù)系統(tǒng)中，中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)第一次數(shù)據(jù)融合。為了增大中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸距離，可以增大路由節(jié)點(diǎn)的功率，增加節(jié)點(diǎn)的傳輸距離和接受范圍。中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)包括中繼節(jié)點(diǎn)、骨干傳輸鏈路和Sink節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)和集控分中心的數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)設(shè)備組成WSN網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸至中繼設(shè)備，中繼設(shè)備接收到傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，首先對(duì)數(shù)據(jù)包緩沖，隨后校驗(yàn)、確認(rèn)數(shù)據(jù)包完整，在分解數(shù)據(jù)幀，獲取數(shù)據(jù)幀里的源地址信息和有效數(shù)據(jù)，然后再重新組幀，再進(jìn)行空閑信號(hào)評(píng)估和鏈路質(zhì)量評(píng)估，最后在信道空閑時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)備經(jīng)過(guò)多跳傳輸，將數(shù)據(jù)發(fā)送到集控分中心中的Sink節(jié)點(diǎn)，并連接現(xiàn)有的有線設(shè)備(專用環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò))，實(shí)現(xiàn)和集控中心的數(shù)據(jù)通信。中繼節(jié)點(diǎn)接收由上一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)所檢測(cè)到的傳感器數(shù)據(jù)，并對(duì)相鄰檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理后進(jìn)行暫存和中繼轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)多次傳輸(多跳網(wǎng)絡(luò))，把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和確定性，防止在長(zhǎng)距離傳輸中，因?yàn)殡姶鸥蓴_及信號(hào)衰減引起的數(shù)據(jù)流失。中繼節(jié)點(diǎn)也可以自帶小容量存儲(chǔ)器，把數(shù)據(jù)保存在自帶的非易失性存儲(chǔ)器中，并定時(shí)刷新中繼節(jié)點(diǎn)中所保存的數(shù)據(jù)，保證存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的是最新的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸時(shí)，可以發(fā)出報(bào)警信息，并將信息通過(guò)短信的方式發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境巡視人員通信設(shè)備中，通過(guò)近距離無(wú)線通訊的方式(加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)新節(jié)點(diǎn))取走數(shù)據(jù)。Sink節(jié)點(diǎn)接收到中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行包緩沖、校驗(yàn)，確認(rèn)數(shù)據(jù)包完整后，再拆幀，提取出源地址信息和有效數(shù)據(jù)，然后再把各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)排隊(duì)，重新按照RS232協(xié)議組幀、校驗(yàn)后接入服務(wù)器，服務(wù)器再通過(guò)局域網(wǎng)或者Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)布到其他監(jiān)測(cè)終端。2、公用數(shù)據(jù)平臺(tái) 公用數(shù)據(jù)平臺(tái)主要是泵站間的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)經(jīng)中繼節(jié)點(diǎn)多跳傳輸后，送至位于現(xiàn)場(chǎng)采集工作站的Sink節(jié)點(diǎn)，Sink節(jié)點(diǎn)也可以同時(shí)通過(guò)TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)中，即以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站的局域網(wǎng)，匯集到站內(nèi)的服務(wù)器，利用現(xiàn)有的有線光纜經(jīng)中繼后傳遞到調(diào)度中心。3、數(shù)據(jù)處理及集中監(jiān)控系統(tǒng)圖3為監(jiān)測(cè)預(yù)警信息平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖I)數(shù)據(jù)處理各環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)(終端采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù))都匯集到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最后一次融合。其處理過(guò)程分為兩級(jí)完成，分別對(duì)應(yīng)于集控中心和分中心。2)集控分中心在被監(jiān)測(cè)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)采集工作站內(nèi)設(shè)立集控分中心。各分中心設(shè)立數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)等。數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)各節(jié)點(diǎn)上報(bào)的數(shù)據(jù)，同時(shí)把數(shù)據(jù)通過(guò)專用環(huán)境傳輸平臺(tái)傳到集控中心。各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)同時(shí)上傳到監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)上顯示被監(jiān)控區(qū)域相關(guān)段的電子地圖，在電子地圖上疊加各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息。當(dāng)有報(bào)警或故障信息出現(xiàn)時(shí)，在地圖上顯示相關(guān)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，同時(shí)以聲光報(bào)警的形式，在監(jiān)控主機(jī)上顯示，并通知現(xiàn)場(chǎng)巡視人員(短信或者專用GPRS信息)。3) GIS 系統(tǒng)GIS系統(tǒng)為集控中心的靈魂。在終端采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)上搭載GPS定位裝置，并把實(shí)現(xiàn)定位的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送到集控中心，利用MapInfo (桌面地理信息系統(tǒng)軟件)地理信息軟件描繪出終端采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的地理圖層，在集控中心監(jiān)控軟件中，GIS系統(tǒng)利用現(xiàn)有地理信息圖以及建立的節(jié)點(diǎn)圖層，把系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)分布、各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)、附屬設(shè)施以及終端節(jié)點(diǎn)附近的環(huán)境顯示在電子地圖上，并把各種相關(guān)數(shù)據(jù)集成到該系統(tǒng)中。當(dāng)用戶需要時(shí)，可以直接查看和瀏覽各種信息。電子地圖可以隨意放大，并允許用戶通過(guò)點(diǎn)擊，實(shí)時(shí)查看每個(gè)信息點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)(如當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以在電子地圖上顯示問(wèn)題節(jié)點(diǎn)的報(bào)警信息)。當(dāng)有報(bào)警信息時(shí)，直接定位至該報(bào)警點(diǎn)，并適度地放大比例尺或分屏進(jìn)行定位顯示。(I)系統(tǒng)維護(hù)模塊可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用戶管理、用戶添加與刪除等操作；環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的安全、設(shè)置日志記錄以及進(jìn)行訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置；隨時(shí)允許對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份；數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)丟失故障，調(diào)用出數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)備份的數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)恢復(fù)。(2)數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)Mapinfo開發(fā)的地圖加工模塊對(duì)空間信息進(jìn)行加工，如被監(jiān)測(cè)區(qū)域中地圖要素的增加、刪除、移動(dòng)、復(fù)制；地圖符號(hào)的更新、編輯以及地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的管理；節(jié)點(diǎn)屬性信息的管理，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化管理，節(jié)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)的錄入和編輯等；數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息的查詢和檢索，利用空間位置、屬性種類和條件等方式進(jìn)行空間查詢，獲得相關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)備份，可以對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份管理，每個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)都應(yīng)該備份到數(shù)據(jù)庫(kù)中，使得一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，提供環(huán)境數(shù)據(jù)的恢復(fù)；信息統(tǒng)計(jì)，提供各種環(huán)境信息進(jìn)行信息的采集、編輯、管理、分析等，通過(guò)圖表、表格的方式對(duì)特定時(shí)間段內(nèi)指定監(jiān)測(cè)區(qū)域的常見環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行排量統(tǒng)計(jì)與分析。
(3)輸出幫助模塊在輸出模塊中，包括數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)以及地圖的輸出；在幫助模塊中，提供軟件的使用說(shuō)明和功能介紹。4)集控中心集控中心設(shè)立數(shù)據(jù)服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)等設(shè)備。所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都要存入數(shù)據(jù)服務(wù)器，報(bào)警服務(wù)器可以和監(jiān)控屏幕結(jié)合，在上面顯示整個(gè)被監(jiān)控區(qū)域的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示最新監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及集中監(jiān)控系統(tǒng)，其中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括由多個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)、由終端采集節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)和多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的中繼傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，數(shù)據(jù)處理及集中監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、集控分中心系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)和集控中心；終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在查詢到通訊信道空閑后，終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)接收到終端節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)包完整，獲取數(shù)據(jù)幀里的源地址信息和有效數(shù)據(jù)，選取空閑信道，將數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)采集工作站中的協(xié)調(diào)器即Sink節(jié)點(diǎn)；Sink節(jié)點(diǎn)把各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)排隊(duì)，按照RS232協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送到集控分中心系統(tǒng)，集控分中心系統(tǒng)通過(guò)GUI人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控終端節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)；集控分中心通過(guò)現(xiàn)有通訊鏈路或者環(huán)境專用通訊鏈路，將環(huán)境數(shù)據(jù)再發(fā)送到集控中心，由集控中心通過(guò)GIS系統(tǒng)發(fā)布地理信息GIS服務(wù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊包括氣體傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器以及固體粉塵傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述所述終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊還包括GPS數(shù)據(jù)采集模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述終端節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的供電模塊采用太陽(yáng)能與蓄電池雙電源工作。
5.一種如權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述方法如下采用終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在查詢到通訊信道空閑后，終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)；采用中繼節(jié)點(diǎn)接收到終端節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)包完整，獲取數(shù)據(jù)幀里的源地址信息和有效數(shù)據(jù)，選取空閑信道，將數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)采集工作站中的協(xié)調(diào)器即Sink節(jié)點(diǎn)；采用Sink節(jié)點(diǎn)把各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)排隊(duì)，按照RS232協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送到集控分中心系統(tǒng)，采用集控分中心系統(tǒng)通過(guò)GUI人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控終端節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)；采用集控分中心通過(guò)現(xiàn)有通訊鏈路或者環(huán)境專用通訊鏈路，將環(huán)境數(shù)據(jù)再發(fā)送到集控中心；采用集控中心通過(guò)GIS系統(tǒng)發(fā)布地理信息GIS服務(wù)信息。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于無(wú)線傳感器和地理信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及集中監(jiān)控系統(tǒng)。所述方法如下終端節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊對(duì)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)采集工作站中的Sink節(jié)點(diǎn)；Sink節(jié)點(diǎn)把終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)排隊(duì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到集控分中心系統(tǒng)，集控分中心系統(tǒng)通過(guò)GUI人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控終端節(jié)點(diǎn)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)；集控分中心通過(guò)將環(huán)境數(shù)據(jù)再發(fā)送到集控中心，集控中心通過(guò)GIS系統(tǒng)發(fā)布地理信息GIS服務(wù)信息。本發(fā)明將環(huán)境參數(shù)以地圖化的形象方式呈現(xiàn)在人機(jī)界面上，并對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)出預(yù)警信息，對(duì)戶外某一區(qū)域環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102928019SQ20121043344
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者朱志宇, 劉泛舟, 李陽(yáng), 馮友兵, 王彪, 薛文濤 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)