一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法：监控中心通过多个无线传感器节点分别实时对隧道内的各项参数进行实时监测，同时多个无线传感器节点将各自所监测数据定时采集，并将数据传输至汇聚节点；汇聚节点将传感器节点传输的数据进行接收、分析比较，对于采集数据在正常范围内的节点，通过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率，对于采集的参数值超过正常范围，则通过数据传输单元控制相对应节点增大测量频率；监控中心根据汇聚节点上传的参数采取相应措施投入工作。本发明设计合理、成本低、操作简单、布网灵活且方便。
【专利说明】一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法。
【背景技术】
[0002]隧道内的环境对行车安全及旅客、养护作业人员的健康会带来一些特殊问题，主要是因为隧道中的温度、湿度、光线、有害气体的成分量和积累。大多数隧道都是四周封闭的通道，无护栏。无自然光线，隧道中的照明基本上只能由照明设备提供。当人员白天进入隧道后，由于隧道内外光线强弱差别大，人眼不能马上适应，会出现进洞时的黑洞效应和出洞时的眩光效应，湿度和有害气体也会对人员身体健康造成伤害。
[0003]网络技术逐步成熟的背景下，传统的隧道环境监测系统存在设备管理不完善、不易维护等问题，并且已有系统多是处理单个命令的直接控制，对于负责批命令控制的研究还有待深入。无线传感网是物联网技术的重要基础，解决了互联的问题，由具有感知、处理和无线通信能力的大量传感器节点形成一个多跳的自组织网络系统，完成既定的任务。目前隧道环境监测系统大多利用以太网络进行数据的有线传输，存在着成本高、综合布线复杂、通信电缆选择等实际工程问题，限制了随到环境监测系统的发展前景。
[0004]例如申请号为“201220722727.7 ”的一种隧道施工安全预警管理系统，该实用新型公开了一种隧道施工安全预警管理系统，包括通过线性调频连续波测量隧道围岩的微小位移信息的围岩形变量测雷达终端、施工人员及施工设备实时位置监测系统和用于实时监测隧道内的气体、水位信息的环境监测终端。该实用新型能够同时对隧道围岩形变、隧道内施工人员或施工设备和隧道内施工环境进行实时监测与预警，能够减小安全事故发生几率，避免出现人员伤亡，消除安全隐患，同时能够对现场施工人员、设备进行更加合理的调度管理以及安全监控管理。该实用新型隧道环境监测系统存在着成本高、综合布线复杂、通信电缆选择等实际工程问题，限制了随到环境监测系统的发展前景。
[0005]又如申请号为“201210519187.7”的一种隧道环境远程监测预警系统及方法，该系统包括无线传感网络、嵌入式网关、网络控制系统和隧道环境监测中心，其中无线传感网络包括位于待测点的无线传感网数据采集节点，所述无线传感网数据采集节点包括路由器节点和终端节点，所述无线传感网数据采集节点通过协调器节点接入嵌入式网关，嵌入式网关与3G通讯模块通过RS232数据通讯将数据发至公网，嵌入式网络控制系统通过3G通讯模块获取公网环境数据信息连接到隧道远程检测中心，其中嵌入式网关连接的3G通讯模块与嵌入式网络控制系统中的3G通讯模块进行点对点通讯。相应的还公开了一种基于无线传感网络的隧道环境监测方法。该发明可用于隧道以及公路隧道环境的实时监测预警，且能够对隧道环境的变化作出及时的应对措施。该发明虽然实现了随到环境的无线监测与传输，但是功耗高，成本较高，检测数据存在误差，且缺少相应的节点控制，使大多数节点处于无用功状态，在节能优化上面仍存在很大的进步空间。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种基于无线传感器网络的低成本、低功耗、高可靠性的隧道环境监测方法。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，包含具体步骤如下:
步骤1、监控中心通过多个无线传感器节点分别实时对隧道内的各项参数进行实时监测，同时多个无线传感器节点将各自所监测数据定时采集，并将数据传输至汇聚节点；
步骤2、汇聚节点将传感器节点传输的数据进行接收、分析比较，对于采集数据在正常范围内的节点，通过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率，对于采集的参数值超过正常范围，则通过数据传输单元控制相对应节点增大测量频率；
步骤3、汇聚节点实时对各个节点数据进行检测，若发现个别传感器节点未传输数据；则传输信号将其唤醒，若长时间不能将其唤醒，则将故障信息上传至监控中心；
步骤4、监控中心根据汇聚节点上传的信息采取相应措施投入工作。
[0008]优选的，所述传感器节点包含处理器模块以及与其连接的传感器模块、视频监控模块、声光报警模块、串口通讯模块、数据存储模块和用于提供传感器节点所需电能的电源模块。
[0009]优选的，所述汇聚节点包含一数据分析单元和一数据传输单元，所述数据分析单元对传感器节点采集的数据按周期进行分析。
[0010]优选的，所述传感器模块包含C0传感器、光照传感器和温湿度传感器。
[0011]优选的，所述处理器模块和数据分析单元均为AVR单片机。
[0012]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、设计合理、成本低、操作简单、布网灵活且方便；
2、传感器节点通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，该自组网能力强，可实时同步对隧道内各项参数实时监测；
3、传感器节点的能耗低、可扩展性强、布网位置信息直观；
4、能够实时的检测隧道中的温度、湿度、光线、有害气体的成分含量和积累，实时掌握隧道内的环境状况，有效地保护人员的身体健康。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明隧道环境监测方法流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，包含具体步骤如下:
步骤1、监控中心通过多个无线传感器节点分别实时对隧道内的各项参数进行实时监测，同时多个无线传感器节点将各自所监测数据定时采集，并将数据传输至汇聚节点；
步骤2、汇聚节点将传感器节点传输的数据进行接收、分析比较，对于采集数据在正常范围内的节点，通过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率，对于采集的参数值超过正常范围，则通过数据传输单元控制相对应节点增大测量频率；
步骤3、汇聚节点实时对各个节点数据进行检测，若发现个别传感器节点未传输数据；则传输信号将其唤醒，若长时间不能将其唤醒，则将故障信息上传至监控中心；
步骤4、监控中心根据汇聚节点上传的信息采取相应措施投入工作。
[0015]本发明涉及一种环境监测系统，尤其设计一种隧道环境监测系统，该系统包含汇聚中心、监控中心和由多个传感器节点组成的多个无线传感器网络，所述传感器节点包含处理器模块以及与其连接的传感器模块、视频监控模块、声光报警模块、串口通讯模块、数据存储模块和用于提供传感器节点所需电能的电源模块。
[0016]所述汇聚节点包含一数据分析单元和一数据传输单元，所述数据分析单元对传感器节点采集的数据按周期进行分析，对于采集数据在正常范围内的节点，通过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率，对于采集的参数值超过正常范围，则通过数据传输单元控制相对应节点增大测量频率。
[0017]其中，所述传感器模块包含C0传感器、光照传感器和温湿度传感器，所述声光报警模块为发光二极管和喇叭，所述处理器模块和数据分析单元均为AVR单片机，所述串口通讯模块和数据传输单元均为CC2530无线传输。
[0018]本发明传感器节点采用AVR32处理器构建的隧道环境监测系统，具有集成度高低功耗、低成本、高可靠性，利于构建隧道环境监测系统，能大大降低整个系统的成本，提高系统的灵活性和智能化的优势；整个系统可以采集隧道周围环境的温湿度、C0浓度、光照和视频信息，经过数据分析处理，当某个指标超过正常值，声光报警就会发出警报，并同时通过无线传输模式上传至监控中心。
[0019]该发明传感器节点通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，该自组网能力强，可实时同步对隧道环境的监测参数。无线传感器网络是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供
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[0020]无线传感器网络虽然与无线自组网有相似之处，但同时也存在很大的差别。传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大，节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的。另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用，这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。该发明还能够实时的检测隧道中的温度、湿度、光线、有害气体的成分含量和积累，实时掌握隧道内的环境状况，有效地保护人员的身体健康。
[0021]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，其特征在于:包含具体步骤如下: 步骤1、监控中心通过多个无线传感器节点分别实时对隧道内的各项参数进行实时监测，同时多个无线传感器节点将各自所监测数据定时采集，并将数据传输至汇聚节点； 步骤2、汇聚节点将传感器节点传输的数据进行接收、分析比较，对于采集数据在正常范围内的节点，通过数据传输单元控制相对应节点减少测量频率，对于采集的参数值超过正常范围，则通过数据传输单元控制相对应节点增大测量频率； 步骤3、汇聚节点实时对各个节点数据进行检测，若发现个别传感器节点未传输数据；则传输信号将其唤醒，若长时间不能将其唤醒，则将故障信息上传至监控中心； 步骤4、监控中心根据汇聚节点上传的信息采取相应措施投入工作。
2.根据权利要求1所述基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，其特征在于:所述传感器节点包含处理器模块以及与其连接的传感器模块、视频监控模块、声光报警模块、串口通讯模块、数据存储模块和用于提供传感器节点所需电能的电源模块。
3.根据权利要求1所述基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，其特征在于:所述汇聚节点包含一数据分析单元和一数据传输单元，所述数据分析单元对传感器节点采集的数据按周期进行分析。
4.根据权利要求2所述基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，其特征在于:所述传感器模块包含CO传感器、光照传感器和温湿度传感器。
5.根据权利要求2所述基于无线传感器网络的隧道环境监测方法，其特征在于:所述处理器模块和数据分析单元均为AVR单片机。
【文档编号】H04W84/18GK104361727SQ201410541493
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】徐花, 张静雅, 肖亚韪 申请人:苏州德鲁森自动化系统有限公司