基于無線傳感器網絡的水庫安全監測系統的制作方法

本發明涉及水利監測技術領域，具體涉及基于無線傳感器網絡的水庫安全監測系統。

背景技術：

相關技術中，水庫安全監測主要采用傳感器+有線傳輸+集中式mcu的系統結構，個別研究單位和公司推出了基于gprs的無線滲壓監測裝置，但還不是真正意義上的無線傳感器網絡技術概念，而且這樣運用還受公共網絡覆蓋、功耗、運行費用等因素的嚴重制約。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供基于無線傳感器網絡的水庫安全監測系統。

本發明的目的采用以下技術方案來實現：

提供了基于無線傳感器網絡的水庫安全監測系統，包括水庫安全測控中心、水庫安全無線傳感器網絡監測模塊和用戶智能終端；所述的水庫安全無線傳感器網絡監測模塊、用戶智能終端與水庫安全測控中心通信連接；所述的水庫安全無線傳感器網絡監測模塊用于基于無線傳感器網絡對水庫進行監測，采集水庫安全狀態數據并發送至水庫安全測控中心；所述的水庫安全測控中心用于對水庫安全狀態數據進行分析處理，并在水庫安全狀態異常時向用戶智能終端發送報警信號。

優選地，所述水庫安全測控中心包括依次連接的水庫安全狀態數據存儲模塊、水庫安全狀態數據分析模塊、異常報警模塊，還包括水庫安全狀態數據顯示模塊，水庫安全狀態數據顯示模塊與水庫安全狀態數據存儲模塊、水庫安全狀態數據分析模塊連接。

本發明的有益效果為：能夠實時監測到水庫安全狀態數據，降低水庫安全監測成本，使水工安全監測技術大面積推廣應用成為可能。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發明的結構框圖；

圖2是本發明水庫安全測控中心的連接框圖。

附圖標記：

水庫安全測控中心1、水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2、用戶智能終端3、水庫安全狀態數據存儲模塊10、水庫安全狀態數據分析模塊20、異常報警模塊30、水庫安全狀態數據顯示模塊40。

具體實施方式

結合以下實施例對本發明作進一步描述。

參見圖1、圖2，本實施例提供的基于無線傳感器網絡的水庫安全監測系統，包括水庫安全測控中心1、水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2和用戶智能終端3；所述的水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2、用戶智能終端3與水庫安全測控中心1通信連接；所述的水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2用于基于無線傳感器網絡對水庫進行監測，采集水庫安全狀態數據并發送至水庫安全測控中心1；所述的水庫安全測控中心1用于對水庫安全狀態數據進行分析處理，并在水庫安全狀態異常時向用戶智能終端3發送報警信號。

其中，用戶智能終端3可以通過實時訪問水庫安全測控中心1查詢水庫安全狀態數據和異常狀況。

優選地，所述的水庫安全測控中心1在水庫安全狀態數據不滿足設定的閾值時判定水庫安全狀態為異常。所述的水庫安全狀態數據包括水庫水位、雨量、滲壓、應變、位移參數數據。

優選地，所述水庫安全測控中心1包括依次連接的水庫安全狀態數據存儲模塊10、水庫安全狀態數據分析模塊20、異常報警模塊30，還包括水庫安全狀態數據顯示模塊40，水庫安全狀態數據顯示模塊40與水庫安全狀態數據存儲模塊10、水庫安全狀態數據分析模塊20連接。

本發明上述實施例能夠實時監測到水庫安全狀態數據，實現水庫安全狀態數據實時安全傳輸，滿足生活水庫在線監測系統的安全性、穩定性及可靠性要求，為生活水庫在線監測工作打下扎實的基礎。

優選地，所述的水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2包括水庫安全狀態監測節點、匯聚節點，水庫安全狀態監測節點隨機部署于設定的水庫監測區域中，水庫安全狀態監測節點用于采集水庫安全狀態數據，并將采集的水庫安全狀態數據發送至匯聚節點，匯聚節點用于對水庫安全狀態監測節點發送的水庫安全狀態數據進行收集和融合，最后發送至水庫安全測控中心1。

優選地，若水庫安全狀態監測節點為匯聚節點的一跳鄰居節點時，其直接將水庫安全狀態數據發送至匯聚節點；若水庫安全狀態監測節點為匯聚節點的非一跳鄰居節點，其從其鄰居節點中選擇中繼轉發節點輔助發送水庫安全狀態數據至匯聚節點，具體執行：

(1)水庫安全狀態監測節點確定其各鄰居節點充當中繼轉發節點的能力值，能力值的計算公式為：

式中，rij表示水庫安全狀態監測節點ri的第j個鄰居節點，d(rij)表示rij充當中繼轉發節點的能力值，為鏈路ri,rij之間水庫安全狀態監測節點ri的接收信號強度指示值，表示鏈路ri,rij之間rij的接收信號強度指示值，s(rij,ri)表示ri,rij之間的歐氏距離，ni為水庫安全狀態監測節點ri包含的鄰居節點數目，θ為設定的權重系數；

(2)按照能量值由大到小的順序對各鄰居節點進行排列，形成備選中繼轉發節點列表，水庫安全狀態監測節點從其備選中繼轉發節點列表中選擇優選值最大的作為中繼轉發節點，進而將水庫安全狀態數據通過中繼轉發節點輔助發送至匯聚節點。

本優選實施例設計了簡單便捷的中繼轉發節點的確定策略，能夠實現快速有效的最優中繼轉發節點選取，通過該策略選出的中繼轉發節點能夠較為準確地輔助傳輸水庫安全狀態數據，并且能夠降低水庫安全狀態監測節點本身承受的負載，整體上節約了水庫安全狀態監測節點向中繼轉發節點傳送水庫安全狀態數據的能耗。

優選地，若選擇的中繼轉發節點滿足下列更新判定條件，則水庫安全狀態監測節點在其備選中繼轉發節點列表里剩余的鄰居節點中選擇優選值最大的更替該中繼轉發節點：

式中，rab表示中繼轉發節點ra的第b個鄰居節點，分別表示rab的當前剩余能量、初始能量，為鏈路ra,rab之間ra的接收信號強度指示值，為鏈路ra,rab之間rab的接收信號強度指示值，rac表示中繼轉發節點ra的除rab外的第c個鄰居節點，為鏈路ra,rac之間ra的接收信號強度指示值，為鏈路ra,rac之間rac的接收信號強度指示值，na為中繼轉發節點ra的鄰居節點數目，ut為設定的能量閾值。

相關技術中，若水庫安全狀態監測節點的鄰居節點能量耗盡，會加重該水庫安全狀態監測節點的負載，當負載超過負載閾值時，會造成水庫安全狀態監測節點失效，因此，鄰居節點當前剩余能量之和在一定程度上能夠反映水庫安全狀態監測節點不會失效的程度，鑒于此，本優選實施例利用該特點設計了中繼轉發節點的更新策略，使得中繼轉發節點由于自身鄰居節點的當前剩余能量之和不能滿足要求而可能失效時及時進行更換，從而保障水庫安全狀態數據傳輸的可靠性。

優選地，水庫安全狀態監測節點與中繼轉發節點通信時，水庫安全狀態監測節點的發射功率按照下列公式確定：

式中，gr表示水庫安全狀態監測節點與中繼轉發節點通信的發射功率，gt為中繼轉發節點的正確接收功率閾值，gφ為中繼轉發節點的實際接收功率，gmax為水庫安全狀態監測節點的最大發射功率，e為設定的水庫安全狀態監測節點的期望鄰居節點數目，e為當設定水庫安全狀態監測節點的發射功率為時該水庫安全狀態監測節點具有的鄰居節點數目，g0為設定的單位調整功率，f(·)為設定的取值函數，當e-e>0時，f(e-e)＝1，當e-e≤0時，f(e-e)＝0。

本優選實施按照上述方式確定水庫安全狀態監測節點與中繼轉發節點通信的發射功率，相對以最大發射功率發送水庫安全狀態數據，能夠在保證水庫安全狀態數據可靠傳輸的前提下盡量節省水庫安全狀態數據發送的能量，從而降低水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2的數據收集能量成本，其中以水庫安全狀態監測節點采用最小發射功率(即)時具有的鄰居節點數目與期望鄰居節點數目之間的差值作為功率調整的幅度，能夠使得最后確定的發射功率滿足一定的鄰居節點數目要求，從而減少鏈路中斷的次數，更好地提高水庫安全無線傳感器網絡監測模塊2的網絡性能。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。