本发明创造涉及生产管理领域,具体涉及一种电缆生产安全预警系统。
背景技术:
在电缆生产过程中会产生高温和废气等,从而造成电缆生产车间处于危险状态,工作人员长期处于这种环境,就会对工作人员的人身安全带来危害,所以,电缆生产车间环境的有效监测及相应的报警措施对电缆安全生产相当重要;此外,在电缆生产过程中对电缆生产设备运行的实时监测,能够及时发现电缆生产设备的异常情况,从而采用相应的措施进行应对;因此,对电缆生产车间的环境和电缆生产设备的有效监测,能够避免造成人员伤害和财产损失的,并且能够及时发现生产事故并采取相应的事故预防和控制措施,保证了从业人员的人身安全和生产经营活动的顺利进行。
技术实现要素:
针对上述问题,本发明旨在提供一种电缆生产安全预警系统。
本发明创造的目的通过以下技术方案实现:
一种电缆生产安全预警系统,包括设备运行监测模块、车间环境监测模块,安全管理终端和预警模块,所述设备运行监测模块包括设备数据监测单元和设备视频监测单元,所述设备数据监测单元用于对电缆生产设备的运行数据进行实时监测,并将监测所得的数据传输至安全管理终端,所述设备视频监测单元用于对电缆生产设备进行视频监测,并将获取的视频图像传输至安全管理终端,所述车间环境监测模块用于对车间环境数据进行采集,并将采集所得的车间环境数据传输至安全管理终端,所述安全管理终端包括数据处理单元、图像处理单元和信息显示单元,所述数据处理单元用于对接收到的电缆生产设备的运行数据和车间环境数据进行处理和分析,当电缆生产设备的运行数据和设置的数值不同,或车间环境数据高于预设的安全阈值时令预警模块进行报警,所述图像处理单元用于对接收到的视频图像进行滤波处理,并将处理后的视频图像在信息显示单元进行显示;所述车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集,将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点,所述车间环境数据采集节点用于进行车间环境数据的采集,并将获取的车间环境数据打包后传输至其对应的中转节点,由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点,设ci表示第i个簇,chi为簇ci的簇头节点,且簇ci中的传感器节点集合为u(ci)={ui,i=1,2,...k},其中,k为集合u(ci)中的传感器节点数,ui为簇ci中的第i个传感器节点,设l(ui)表示传感器节点ui的邻居传感器节点集合,且
式中,(xi,yi)为传感器节点ui的位置坐标,
簇头节点chi计算簇ci内各个传感器节点的监测优先级,并将簇ci中的传感器节点按其监测优先级的值由大到小进行排列,选取前
优选地,设集合m(ci,t)表示在t时刻簇ci中选取的车间环境数据采集节点集合,且
式中,l(zj)为判断函数,当候选节点zj为车间环境采集节点cl的邻居传感器节点时,则l(zj)=1,当候选节点zj不为车间环境数据采集节点cl的邻居传感器节点时,则l(zj)=+∞,β(zj)为候选节点zj的属性值,且
在集合z(ci,t)中选取使得中转节点选取函数f(cl,zj)值最小的候选节点zj为车间环境采集节点cl的中转节点。
优选地,设候选节点zb为车间环境数据采集节点cl选取的中转节点,则车间环境数据采集节点cl将获取的车间环境数据包传输至中转节点zb,由中转节点zb将所述车间环境数据包传输至簇头节点chi,在一个监测周期t结束后,车间环境数据采集节点cl对中转节点zb的转发行为进行检测,定义中转节点zb转发车间环境数据采集节点cl的车间环境数据包的收益检测系数为ρ(cl,zb),则ρ(cl,zb)的表达式为:
式中,i(cl,zb)表示车间环境数据采集节点cl在[t,t+t]时间内传输至中转节点zb的车间环境数据包数,i(zb)表示中转节点zb在[t,t+t]时间内将车间环境数据采集节点cl传输过来的车间环境数据包成功转发的数量,e(zb,t)表示中转节点zb在t时刻的能量值,e(zb,t+t)表示中转节点zb在(t+t)时刻的能量值,n(cl,zb)表示车间环境数据采集节点cl和中转节点zb之间传输车间环境采集数据包消耗的能量值,b(zb)表示中转节点zb在[t,t+t]时间内的邻居车间环境数据采集节点数和中转节点数之和,k表示簇ci中的传感器节点总数;
车间环境数据采集节点cl将计算所得的收益检测系数ρ(cl,zb)进行存储,并将所述收益检测系数ρ(cl,zb)与给定的收益检测阈值ρ0进行比较,当收益检测系数ρ(cl,zb)<ρ0时,车间环境数据采集节点cl断定中转节点zb的转发行为的收益为负,并将该消息发送至簇头节点chi,由簇头节点chi对中转节点zb的转发行为进行二次检测,设x(zb)为簇ci中选取过中转节点zb为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点集合,且
式中,
当簇头节点chi对中转节点zb的收益评估系数满足
本发明创造的有益效果:对电缆生产车间进行安全预警,通过设备运行监测模块和车间环境监测模块对电缆生产设备的运行和电缆生产车间的环境进行监测,保证了电缆生产车间中作业人员的人身安全和电缆生产活动的顺利进行;车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集,将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点,定义传感器节点的监测优先级,选取具有较高监测优先级的传感器节点作为车间环境数据采集节点,进行车间环境数据的采集和传输,车间环境数据采集节点在监测优先级较低的传感器节点中选取其对应的中转节点辅助其进行车间环境数据的传输,所述中转节点不负责车间环境数据的采集,仅负责将车间环境数据采集节点传输过来的车间环境数据转发至簇头节点,因此,消耗的能量值较小,每隔t时间进行重新选取,使得簇中的传感器节点可以进行交替工作,从而平衡了簇中传感器节点的能量消耗,延长了无线传感器网络的生存周期;定义传感器节点的监测优先级,凭借传感器节点对应的监测优先级的值的大小决定该传感器节点是作为车间环境数据采集节点还是中转节点,定义的监测优先级中引入了传感器节点的能量因素,使得作为车间环境数据采集节点的传感器节点具有较高能量,而能量较低的传感器节点作为中转节点,从而保证了簇中传感器节点的能量均衡;此外,监测优先级中引入了传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间,当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较远时,则增加该传感器节点的监测优先级,当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较近时,则减小该传感器节点的监测优先级,从而保证了簇中传感器节点作为车间环境数据采集节点的次数和作为中转节点的次数可以较为平衡,保证了簇中传感器节点采集车间环境数据的全面性;在监测优先级中引入传感器节点和其邻居传感器节点的位置分布关系,当传感器节点和其邻居传感器节点的位置较远时,则增加该传感器节点的监测优先级值,保证了进行车间环境数据采集的传感器节点能够覆盖较多的范围,从而提高了车间环境监测的准确性;当车间环境数据采集节点采集车间环境数据后,将获取的车间环境数据包传输至其对应的中转节点,由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点,从而减小了车间环境数据采集节点的数据传输能耗;在车间环境数据采集节点的邻居节点中选取其对应的中转节点,定义中转节点选取函数,在定义的中转节点选取函数中引入距离因素和能量因素,保证选取的中转节点距离车间环境采集节点和簇头节点都具有较短的距离,并且具有较高的能量值,在中转节点选取函数中引入中转节点的邻居车间环境数据采集点数和邻居中转节点数之和b(zj),b(zj)在一定程度上反应了中转节点传输数据的信道的竞争情况,选取具有较小b(zj)值的候选节点在一定程度上提高了中转节点转发数据包的效率;在一个监测周期结束后,车间环境数据采集节点对其对应的中转节点的转发行为进行检测,定义收益检测系数,通过监测中转节点将其传输的环境监测数据包成功转发的数量包数和能量消耗情况衡量中转节点的转发收益,传感器节点的邻居传感器节点数量在一定程度上反应了该传感器节点传输数据的信道的竞争情况,因此,在收益检测系数中通过中转节点在所述监测周期内包含的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和对中转节点成功转发的数据包数进行一定程度的补偿,从而避免了因信道冲突造成的正常丢包而降低该中转节点的收益检测系数值的情况,从而避免了该中转节点转发行为的误判;当车间环境数据采集节点断定其中转节点的收益为负时,簇头节点命令所有选取过该中转节点为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点对该中转节点的转发行为进行二次检测,并定义第一收益评估系数和第二收益评估系数根据车间环境数据采集节点的二次检测结果对该中转节点的转发收益进行评估,根据评估结果对该中转节点的属性值进行修正,当断定该中转节点为低收益中转节点时,即减小该中转节点的属性值,使得该中转节点在下一次选取时具有较低的概率被选取为中转节点,当断定该中转节点为低收益中转节点时,即增加该中转节点的属性值,使得该中转节点在下一次选取时具有较高的概率被选取为中转节点,当断定该中转节点的收益为负时,则令该中转节点的属性值为零。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明结构示意图。
附图标记:
设备运行监测模块;车间环境监测模块;安全管理终端;预警模块。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1,本实施例的一种电缆生产安全预警系统,包括设备运行监测模块、车间环境监测模块,安全管理终端和预警模块,所述设备运行监测模块包括设备数据监测单元和设备视频监测单元,所述设备数据监测单元用于对电缆生产设备的运行数据进行实时监测,并将监测所得的数据传输至安全管理终端,所述设备视频监测单元用于对电缆生产设备进行视频监测,并将获取的视频图像传输至安全管理终端,所述车间环境监测模块用于对车间环境数据进行采集,并将采集所得的车间环境数据传输至安全管理终端,所述安全管理终端包括数据处理单元、图像处理单元和信息显示单元,所述数据处理单元用于对接收到的电缆生产设备的运行数据和车间环境数据进行处理和分析,当电缆生产设备的运行数据和设置的数值不同,或车间环境数据高于预设的安全阈值时令预警模块进行报警,所述图像处理单元用于对接收到的视频图像进行滤波处理,并将处理后的视频图像在信息显示单元进行显示;所述车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集,将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点,所述车间环境数据采集节点用于进行车间环境数据的采集,并将获取的车间环境数据打包后传输至其对应的中转节点,由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点,设ci表示第i个簇,chi为簇ci的簇头节点,且簇ci中的传感器节点集合为u(ci)={ui,i=1,2,...k},其中,k为集合u(ci)中的传感器节点数,ui为簇ci中的第i个传感器节点,设l(ui)表示传感器节点ui的邻居传感器节点集合,且
式中,(xi,yi)为传感器节点ui的位置坐标,
簇头节点chi计算簇ci内各个传感器节点的监测优先级,并将簇ci中的传感器节点按其监测优先级的值由大到小进行排列,选取前
本优先实施例对电缆生产车间进行安全预警,通过设备运行监测模块和车间环境监测模块对电缆生产设备的运行和电缆生产车间的环境进行监测,保证了电缆生产车间中作业人员的人身安全和电缆生产活动的顺利进行;车间环境监测模块采用分簇结构的传感器节点对车间环境数据进行采集,将各个簇中的传感器节点分为车间环境数据采集节点和中转节点,定义传感器节点的监测优先级,选取具有较高监测优先级的传感器节点作为车间环境数据采集节点,进行车间环境数据的采集和传输,车间环境数据采集节点在监测优先级较低的传感器节点中选取其对应的中转节点辅助其进行车间环境数据的传输,所述中转节点不负责车间环境数据的采集,仅负责将车间环境数据采集节点传输过来的车间环境数据转发至簇头节点,因此,消耗的能量值较少,每隔t时间进行重新选取,使得簇中的传感器节点可以进行交替工作,从而平衡了簇中传感器节点的能量消耗,延长了无线传感器网络的生存周期;定义传感器节点的监测优先级,凭借传感器节点对应的监测优先级的值的大小决定该传感器节点是作为车间环境数据采集节点还是中转节点,定义的监测优先级中引入了传感器节点的能量因素,使得作为车间环境数据采集节点的传感器节点具有较高能量,而能量较低的传感器节点作为中转节点,从而保证了簇中传感器节点的能量均衡;此外,监测优先级中引入了传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间,当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较远时,则增加该传感器节点的监测优先级,当该传感器节点上一次进行车间环境数据采集的时间较近时,则减小该传感器节点的监测优先级,从而保证了簇中传感器节点作为车间环境数据采集节点的次数和作为中转节点的次数可以较为平衡,保证了簇中传感器节点采集车间环境数据的全面性;在监测优先级中引入传感器节点和其邻居传感器节点的位置分布关系,当传感器节点和其邻居传感器节点的位置较远时,则增加该传感器节点的监测优先级值,保证了进行车间环境数据采集的传感器节点能够覆盖较多的范围,从而提高了车间环境监测的准确性。
优选地,设集合m(ci,t)表示在t时刻簇ci中选取的车间环境数据采集节点集合,且
式中,l(zj)为判断函数,当候选节点zj为车间环境采集节点cl的邻居传感器节点时,则l(zj)=1,当候选节点zj不为车间环境数据采集节点cl的邻居传感器节点时,则l(zj)=+∞,β(zj)为候选节点zj的属性值,且
在集合z(ci,t)中选取使得中转节点选取函数f(cl,zj)值最小的候选节点zj为车间环境采集节点cl的中转节点。
本优选实施例用于选取车间环境数据采集节点的中转节点,当车间环境数据采集节点采集车间环境数据后,将获取的车间环境数据包传输至其对应的中转节点,由中转节点将所述车间环境数据包转发至簇头节点,从而减小了车间环境数据采集节点的数据传输能耗;在车间环境采集节点的邻居节点中选取其对应的中转节点,定义中转节点选取函数,在定义的中转节点选取函数中引入距离因素和能量因素,保证选取的中转节点距离车间环境采集节点和簇头节点都具有较短的距离,并且具有较高的能量值,在中转节点选取函数中引入中转节点的邻居车间环境数据采集点数和邻居中转节点数之和b(zj),b(zj)在一定程度上反应了中转节点传输数据的信道的竞争情况,因此,选取具有较小b(zj)值的候选节点在一定程度上提高了中转节点转发数据包的效率。
优选地,设候选节点zb为车间环境数据采集节点cl选取的中转节点,则车间环境数据采集节点cl将获取的车间环境数据包传输至中转节点zb,由中转节点zb将所述车间环境数据包传输至簇头节点chi,在一个监测周期t结束后,车间环境数据采集节点cl对中转节点zb的转发行为进行检测,定义中转节点zb转发车间环境数据采集节点cl的车间环境数据包的收益检测系数为ρ(cl,zb),则ρ(cl,zb)的表达式为:
式中,i(cl,zb)表示车间环境数据采集节点cl在[t,t+t]时间内传输至中转节点zb的车间环境数据包数,i(zb)表示中转节点zb在[t,t+t]时间内将车间环境数据采集节点cl传输过来的车间环境数据包成功转发的数量,e(zb,t)表示中转节点zb在t时刻的能量值,e(zb,t+t)表示中转节点zb在(t+t)时刻的能量值,n(cl,zb)表示车间环境数据采集节点cl和中转节点zb之间传输车间环境采集数据包消耗的能量值,b(zb)表示中转节点zb在[t,t+t]时间内的邻居车间环境数据采集节点数和中转节点数之和,k表示簇ci中的传感器节点总数;
车间环境数据采集节点cl将计算所得的收益检测系数ρ(cl,zb)进行存储,并将所述收益检测系数ρ(cl,zb)与给定的收益检测阈值ρ0进行比较,当收益检测系数ρ(cl,zb)<ρ0时,车间环境数据采集节点cl断定中转节点zb的转发行为的收益为负,并将该消息发送至簇头节点chi,由簇头节点chi对中转节点zb的转发行为进行二次检测,设x(zb)为簇ci中选取过中转节点zb为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点集合,且
式中,
当簇头节点chi对中转节点zb的收益评估系数满足
本优选实施例用于在一个监测周期结束后,车间环境数据采集节点对其对应的中转节点的转发行为进行检测,定义收益检测系数,通过监测中转节点将其传输的环境监测数据包成功转发的数量包数和能量消耗情况衡量中转节点的转发收益,传感器节点的邻居传感器节点数量在一定程度上反应了该传感器节点传输数据的信道的竞争情况,因此,在收益检测系数中通过中转节点在所述采集周期内包含的邻居车间环境数据采集节点数和邻居中转节点数之和对中转节点成功转发的数据包数进行一定程度的补偿,从而避免了因信道冲突造成的正常丢包而降低该中转节点的收益检测系数值的情况,从而避免了该中转节点转发行为的误判;当车间环境数据采集节点断定其中转节点的收益为负时,簇头节点命令所有选取过该中转节点为其对应的中转节点的车间环境数据采集节点对该中转节点的转发行为进行二次检测,并定义第一收益评估系数和第二收益评估系数根据车间环境数据采集节点的二次检测结果对该中转节点的转发收益进行评估,根据评估结果对该中转节点的属性值进行修正,当断定该中转节点为低收益中转节点时,即减小该中转节点的属性值,使得该中转节点在下一次选取时具有较低的概率被选取为中转节点,当断定该中转节点为低收益中转节点时,即增加该中转节点的属性值,使得该中转节点在下一次选取时具有较高的概率被选取为中转节点,当断定该中转节点的收益为负时,则令该中转节点的属性值为零。
优选地,车间环境数据包括车间温度、车间湿度、车间烟雾浓度和车间颗粒浓度。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。