專利名稱：一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著水環(huán)境問題的日益增多，人們對(duì)水環(huán)境的保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，水環(huán)境中污染源的探測(cè)與定位技術(shù)也隨之凸顯關(guān)注。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)探測(cè)與定位技術(shù)有利于節(jié)約大量人力成本和保護(hù)水資源，而且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)與定位已經(jīng)成為水環(huán)境市場(chǎng)的迫切需求，同時(shí)也是相關(guān)部門極其重視的技術(shù)領(lǐng)域。無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為一種新型網(wǎng)絡(luò)，在智能家居、智能建筑、醫(yī)療護(hù)理和環(huán)境監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型節(jié)能傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線自組織方式形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)同地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，接收命令并與控制中心交換有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界的信息?，F(xiàn)有污染源的探測(cè)與定位的方法主要有以下三類
第一類是遙感技術(shù)，該技術(shù)主要利用水體中的物質(zhì)，特別是能進(jìn)行光合作用的飄浮有機(jī)物質(zhì)(如浮游植物)、無機(jī)顆粒物與入射光相互作用而產(chǎn)生水色變化進(jìn)行工作。由于浮游植物中的葉綠素對(duì)藍(lán)光、紅光有較強(qiáng)的吸收作用，可用來推算水體中的葉綠素分布情況。此外，有機(jī)、無機(jī)顆粒物質(zhì)可吸收入射光，影響水體的透明度等，可通過收集到的信息對(duì)其進(jìn)行識(shí)別、分析和判斷，從而達(dá)到探測(cè)與定位的目的。但這些方法只能觀測(cè)到水面的污染情況而觀測(cè)不到水下的情況，另外由于污染對(duì)水中的植物的影響需要一定的時(shí)間，這使得探測(cè)與定位的時(shí)效性不強(qiáng)。第二類是水下機(jī)器人的定位技術(shù)，該技術(shù)是系統(tǒng)利用超聲波傳感器獲取距離信息，同時(shí)采用三點(diǎn)定位法計(jì)算出位置坐標(biāo)。利用單片機(jī)存儲(chǔ)時(shí)間信息和溫度信息，并將這些信息實(shí)時(shí)傳送到工控機(jī)程序完成定位，然后通過實(shí)驗(yàn)獲取超聲波的定位數(shù)據(jù)，并采用非線性優(yōu)化的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與定位。但這種方法的缺點(diǎn)是傳感器太少或者本身性能不夠，不能很好的感知外界物體狀態(tài)，另外現(xiàn)有一些工業(yè)機(jī)器人還是會(huì)出現(xiàn)故障且造價(jià)昂貴， 可操作性不強(qiáng)。第三類是人工檢測(cè)定位技術(shù)，該技術(shù)主要是由人工采集水質(zhì)樣本，再經(jīng)過樣品實(shí)驗(yàn)室分析和對(duì)比數(shù)據(jù)，逐層排除，最后找到污染源。這種方法比較原始，屬于傳統(tǒng)的定位方法，其缺點(diǎn)是周期長(zhǎng)、采樣時(shí)間受水域地形和天氣等諸多因素影響，計(jì)算也很復(fù)雜。總體上說，現(xiàn)有的技術(shù)都受到了諸多因素的影響，使水污染源的探測(cè)與定位缺乏準(zhǔn)確性與可行性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種成本低廉、操作性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高和短時(shí)高效的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 第一步、部署無線傳感網(wǎng)絡(luò)
在待測(cè)水環(huán)境區(qū)域內(nèi)均勻地設(shè)有η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)為 Piixi^iJ (i=l, 2，3-,/7 ;n > 3)，傳感器節(jié)點(diǎn)均分別以無線多跳的方式與1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)連接，匯聚節(jié)點(diǎn)與1個(gè)網(wǎng)關(guān)無線連接，網(wǎng)關(guān)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)管理中心連接；在數(shù)據(jù)管理中心裝有管理軟件，管理軟件包括水環(huán)境污染源的探測(cè)模塊和水環(huán)境污染源的定位模塊。第二步、水環(huán)境污染源的探測(cè)
設(shè)定水環(huán)境中的離子背景濃度為Q和溫差導(dǎo)致離子濃度波動(dòng)的允許值為ik，若η個(gè)
傳感器節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)必■)采集的離子濃度超過水環(huán)境中離子背景濃
度&與所述允許值之和時(shí)，則傳感器節(jié)點(diǎn)采集的離子濃度為數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)管理中心
發(fā)出報(bào)警信號(hào)，表明探測(cè)到水環(huán)境污染源在該傳感器節(jié)點(diǎn)巧( ，A)附近； 第三步、水環(huán)境污染源的定位
(1)在 =0時(shí)，若數(shù)據(jù)異常的傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)探測(cè)到的水環(huán)境污染物在待測(cè)的水環(huán)境區(qū)域內(nèi)的位置為(Λ.Λ),即為污染源，水環(huán)境污染源在擴(kuò)散時(shí)為各向同性，則污染物在χ、y軸方向上的擴(kuò)散系數(shù)^ = 1 '=I),傳感器節(jié)點(diǎn)巧在4時(shí)刻采集的濃度值方程為
權(quán)利要求
1. 一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法，其特征在于所述探測(cè)方法是 第一步、部署無線傳感網(wǎng)絡(luò)在待測(cè)水環(huán)境區(qū)域內(nèi)均勻地設(shè)有η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)為 Am (i=l，2，3…，/7 ’ η 二 3),傳感器節(jié)點(diǎn)均分別以無線多跳的方式與1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)連接，匯聚節(jié)點(diǎn)與1個(gè)網(wǎng)關(guān)無線連接，網(wǎng)關(guān)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)管理中心連接；在數(shù)據(jù)管理中心裝有管理軟件，管理軟件包括水環(huán)境污染源的探測(cè)模塊和水環(huán)境污染源的定位模塊； 第二步、水環(huán)境污染源的探測(cè)設(shè)定水環(huán)境中的離子背景濃度為Cc和溫差導(dǎo)致離子濃度波動(dòng)的允許值為u 若η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，為·)采集的離子濃度超過水環(huán)境中離子背景濃度&與所述允許值之和時(shí)，則傳感器節(jié)點(diǎn)采集的離子濃度為數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)管理中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)，表明探測(cè)到水環(huán)境污染源在該傳感器節(jié)點(diǎn)巧( 必)附近； 第三步、水環(huán)境污染源的定位(1)在 =0時(shí)，若數(shù)據(jù)異常的傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)23，探測(cè)到的水環(huán)境污染物在待測(cè)的水環(huán)境區(qū)域內(nèi)的位置為Oi，7,),即為污染源，水環(huán)境污染源在擴(kuò)散時(shí)為各向同性，則污染物在χ、y軸方向上的擴(kuò)散系數(shù)= % ,傳感器節(jié)點(diǎn)巧在&時(shí)刻采集的濃度值方程為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法，其特征在于所述管理軟件的主流程是S-101、初始化；S-102、接收數(shù)據(jù)；S-101、一輪數(shù)據(jù)是否接收完畢？S-104、若接收完畢，則執(zhí)行S-105 ；若未接收完畢，則執(zhí)行S-102 ； S-105、調(diào)用水環(huán)境污染源的探測(cè)模塊； S-106、警報(bào)信號(hào)的值是否為真值？S-107、若是真值，則執(zhí)行S-108 ；若不是真值，則執(zhí)行S-102 ；S-108、發(fā)出警報(bào)信號(hào)；S-109、提取數(shù)據(jù)異常的傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；S-110、判斷數(shù)據(jù)異常的傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)是否23 ？S-111、若是，則執(zhí)行S-112 ；若不是，則執(zhí)行S-102 ；S-112、調(diào)用水環(huán)境污染源的定位模塊；S-113、顯示污染源位置；S-114、執(zhí)行 S-302。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法，其特征在于所述污染源的探測(cè)模塊的主流程是S-201初始化；S-202是否有新的數(shù)據(jù)接收？S-203若是，則執(zhí)行S-104 ；若不是，則執(zhí)行S-102 ；S-204檢測(cè)數(shù)據(jù)管理中心所接收的數(shù)據(jù)； S-205 計(jì)算 α-Cc Sk ？S-206若是，則執(zhí)行S-107 ；若不是，則執(zhí)行S-102 ；S-207將δ和(《，》值記入數(shù)據(jù)異常的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)表中；S-208置警報(bào)標(biāo)志值為真值； S-209結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法，其特征在于所述污染源的定位模塊的主流程是S--301初始化；S--302提取有數(shù)據(jù)異常的傳感器節(jié)點(diǎn)信息S--303計(jì)算出』值；S--304計(jì)算出向量A值和向量b值；S--305計(jì)算水環(huán)境污染源坐標(biāo)；S--306結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境污染源的探測(cè)方法。其技術(shù)方案是首先在待測(cè)水環(huán)境區(qū)域內(nèi)均勻地部署n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)均分別以無線多跳的方式與匯聚節(jié)點(diǎn)連接，匯集節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)無線連接，網(wǎng)關(guān)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)管理中心連接；在數(shù)據(jù)管理中心裝有管理軟件，管理軟件包括水環(huán)境污染源的探測(cè)模塊和定位模塊；最后，數(shù)據(jù)管理中心的管理軟件把收集到的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)代入水環(huán)境污染源的探測(cè)模塊和定位模塊即可探測(cè)到污染源并計(jì)算出污染源位置坐標(biāo)。因此，本發(fā)明具有簡(jiǎn)便易行、準(zhǔn)確度高、操作性強(qiáng)、成本低廉和短時(shí)高效等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)際的水環(huán)境污染源的探測(cè)與定位應(yīng)用提供了一種更加先進(jìn)的方法。
文檔編號(hào)G01N33/18GK102495187SQ20111035928
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者楊君, 柴利, 欒凡, 陳睿瑤 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)