本發(fā)明涉及室內(nèi)環(huán)境領(lǐng)域，具體涉及一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展使居民居住條件有了巨大的提升，人們對住宅室內(nèi)環(huán)境的要求也在不斷提高，其中，人們關(guān)注的室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)，從原來簡單的室內(nèi)溫度，到如今已細化到室內(nèi)溫度、濕度、新風(fēng)量、有害物含量等多個綜合指標(biāo)。住宅室內(nèi)保持良好的環(huán)境品質(zhì)，保持健康的環(huán)境條件，有助于人身心健康，具有良好的生活狀態(tài)。

量子通信是量子信息學(xué)的一個重要分支，其理論是基于量子力學(xué)和經(jīng)典通信，即量子通信是量子力學(xué)和經(jīng)典通信相結(jié)合的產(chǎn)物。量子通信通過量子信道傳遞信息，并能夠確保所傳輸信息的絕對安全。將量子通信技術(shù)運用到環(huán)境監(jiān)測中，將大大提高生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括：

設(shè)置于室內(nèi)的、用于獲取室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端；

與所述監(jiān)測終端相連的、用于接收所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)并當(dāng)判斷所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警的監(jiān)測主機；

與所述監(jiān)測主機相連的、用于顯示所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示裝置。

本發(fā)明的有益效果為：其監(jiān)測功能齊全，能夠保障良好的室內(nèi)環(huán)境。

附圖說明

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

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明監(jiān)測方法的流程示意圖。

具體實施方式

結(jié)合以下應(yīng)用場景對本發(fā)明作進一步描述。

應(yīng)用場景1

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括：

設(shè)置于室內(nèi)的、用于獲取室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端；

與所述監(jiān)測終端相連的、用于接收所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)并當(dāng)判斷所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警的監(jiān)測主機；

與所述監(jiān)測主機相連的、用于顯示所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示裝置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)溫度。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)的濕度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)濕度。

本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點；

S3預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的設(shè)置閾值進行比較，若所述監(jiān)測數(shù)據(jù)超出與其對應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動管理終端。

本發(fā)明上述實施例構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境的監(jiān)測流程，實現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點的部署和傳感器節(jié)點的定位，所述傳感器節(jié)點的部署的方法包括：

(1)進行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點的監(jiān)測半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測區(qū)域劃分為重點監(jiān)測區(qū)域和一般監(jiān)測區(qū)域，重點監(jiān)測區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長一般監(jiān)測區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正六邊形中心，正六邊形邊長

(2)進行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強的功能節(jié)點，設(shè)功能節(jié)點的通信半徑為4r，在重點監(jiān)測區(qū)域和在一般監(jiān)測區(qū)域分別按照(1)中的方法對功能節(jié)點進行部署。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實現(xiàn)了監(jiān)測區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測，在重點區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測效果；增加功能節(jié)點，延長了整個傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點將收到的各個參考節(jié)點的接收信號的強度指示和參考節(jié)點坐標(biāo)發(fā)送到上位機；

2)上位機對接收到的接收信號的強度指示值進行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值，求取選取的接收信號的強度指示值的平均值作為最終的接收信號的強度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點收到的參考節(jié)點的接收信號的強度指示值滿足下述條件時，確定該強度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點收到每個參考節(jié)點第i次的接收信號的強度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計算未知傳感器節(jié)點距離參考節(jié)點的距離；

4)計算未知傳感器節(jié)點的坐標(biāo)，設(shè)k個參考節(jié)點的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),…,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點到參考節(jié)點的距離分別為d₁,d₂,…,d_k，未知傳感器節(jié)點X的坐標(biāo)計算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實施例設(shè)計了傳感器節(jié)點的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點的定位精度，從而相對提高了監(jiān)測的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對信道進行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機取0，每個單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時鐘信號。發(fā)送端對每個單光子脈沖的偏振態(tài)相位進行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測器接收到光單子脈沖，根據(jù)時鐘脈沖信號，對接收量子態(tài)進行測量，首先通過兩組不同基下的探測器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進行相位及偏振基比對；

(3)接收端篩選測量信息，拋棄錯誤偏振測量基得出的信息及錯誤相位測量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對對篩選后的測量基計數(shù)進行脈沖數(shù)比對，如果得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯誤選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時，存在竊聽。

本優(yōu)選實施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會發(fā)生改變，通過建立實際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進行用戶的區(qū)分；對信道模型中安全門限進行了分析，推得了實際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點、終端節(jié)點，所述高能簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點由簇頭節(jié)點、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個監(jiān)測傳感器組成，所述簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實施例設(shè)置的簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，同時剔除錯誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對多個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測值，以自適應(yīng)的方式尋找各個傳感器對應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達到最優(yōu)。

本優(yōu)選實施例的預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測量的非線性誤差，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定T_L的值為0.4，傳感器節(jié)點定位的精度提高了8％，監(jiān)測精度提高了10％。

應(yīng)用場景2

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括：

設(shè)置于室內(nèi)的、用于獲取室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端；

與所述監(jiān)測終端相連的、用于接收所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)并當(dāng)判斷所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警的監(jiān)測主機；

與所述監(jiān)測主機相連的、用于顯示所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示裝置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)溫度。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)的濕度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)濕度。

本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點；

S3預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的設(shè)置閾值進行比較，若所述監(jiān)測數(shù)據(jù)超出與其對應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動管理終端。

本發(fā)明上述實施例構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境的監(jiān)測流程，實現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點的部署和傳感器節(jié)點的定位，所述傳感器節(jié)點的部署的方法包括：

(1)進行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點的監(jiān)測半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測區(qū)域劃分為重點監(jiān)測區(qū)域和一般監(jiān)測區(qū)域，重點監(jiān)測區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長一般監(jiān)測區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正六邊形中心，正六邊形邊長

(2)進行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強的功能節(jié)點，設(shè)功能節(jié)點的通信半徑為4r，在重點監(jiān)測區(qū)域和在一般監(jiān)測區(qū)域分別按照(1)中的方法對功能節(jié)點進行部署。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實現(xiàn)了監(jiān)測區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測，在重點區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測效果；增加功能節(jié)點，延長了整個傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點將收到的各個參考節(jié)點的接收信號的強度指示和參考節(jié)點坐標(biāo)發(fā)送到上位機；

2)上位機對接收到的接收信號的強度指示值進行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值，求取選取的接收信號的強度指示值的平均值作為最終的接收信號的強度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點收到的參考節(jié)點的接收信號的強度指示值滿足下述條件時，確定該強度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點收到每個參考節(jié)點第i次的接收信號的強度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計算未知傳感器節(jié)點距離參考節(jié)點的距離；

4)計算未知傳感器節(jié)點的坐標(biāo)，設(shè)k個參考節(jié)點的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),…,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點到參考節(jié)點的距離分別為d₁,d₂,…,d_k，未知傳感器節(jié)點X的坐標(biāo)計算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實施例設(shè)計了傳感器節(jié)點的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點的定位精度，從而相對提高了監(jiān)測的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對信道進行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機取0，每個單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時鐘信號。發(fā)送端對每個單光子脈沖的偏振態(tài)相位進行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測器接收到光單子脈沖，根據(jù)時鐘脈沖信號，對接收量子態(tài)進行測量，首先通過兩組不同基下的探測器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進行相位及偏振基比對；

(3)接收端篩選測量信息，拋棄錯誤偏振測量基得出的信息及錯誤相位測量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對對篩選后的測量基計數(shù)進行脈沖數(shù)比對，如果得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯誤選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時，存在竊聽。

本優(yōu)選實施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會發(fā)生改變，通過建立實際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進行用戶的區(qū)分；對信道模型中安全門限進行了分析，推得了實際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點、終端節(jié)點，所述高能簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點由簇頭節(jié)點、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個監(jiān)測傳感器組成，所述簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實施例設(shè)置的簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，同時剔除錯誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對多個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測值，以自適應(yīng)的方式尋找各個傳感器對應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達到最優(yōu)。

本優(yōu)選實施例的預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測量的非線性誤差，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定T_L的值為0.45，傳感器節(jié)點定位的精度提高了9％，監(jiān)測精度提高了11％。

應(yīng)用場景3

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括：

設(shè)置于室內(nèi)的、用于獲取室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端；

與所述監(jiān)測終端相連的、用于接收所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)并當(dāng)判斷所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警的監(jiān)測主機；

與所述監(jiān)測主機相連的、用于顯示所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示裝置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)溫度。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)的濕度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)濕度。

本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點；

S3預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的設(shè)置閾值進行比較，若所述監(jiān)測數(shù)據(jù)超出與其對應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動管理終端。

本發(fā)明上述實施例構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境的監(jiān)測流程，實現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點的部署和傳感器節(jié)點的定位，所述傳感器節(jié)點的部署的方法包括：

(1)進行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點的監(jiān)測半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測區(qū)域劃分為重點監(jiān)測區(qū)域和一般監(jiān)測區(qū)域，重點監(jiān)測區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長一般監(jiān)測區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正六邊形中心，正六邊形邊長

(2)進行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強的功能節(jié)點，設(shè)功能節(jié)點的通信半徑為4r，在重點監(jiān)測區(qū)域和在一般監(jiān)測區(qū)域分別按照(1)中的方法對功能節(jié)點進行部署。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實現(xiàn)了監(jiān)測區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測，在重點區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測效果；增加功能節(jié)點，延長了整個傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點將收到的各個參考節(jié)點的接收信號的強度指示和參考節(jié)點坐標(biāo)發(fā)送到上位機；

2)上位機對接收到的接收信號的強度指示值進行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值，求取選取的接收信號的強度指示值的平均值作為最終的接收信號的強度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點收到的參考節(jié)點的接收信號的強度指示值滿足下述條件時，確定該強度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點收到每個參考節(jié)點第i次的接收信號的強度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計算未知傳感器節(jié)點距離參考節(jié)點的距離；

4)計算未知傳感器節(jié)點的坐標(biāo)，設(shè)k個參考節(jié)點的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),…,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點到參考節(jié)點的距離分別為d₁,d₂,…,d_k，未知傳感器節(jié)點X的坐標(biāo)計算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實施例設(shè)計了傳感器節(jié)點的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點的定位精度，從而相對提高了監(jiān)測的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對信道進行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機取0，每個單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時鐘信號。發(fā)送端對每個單光子脈沖的偏振態(tài)相位進行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測器接收到光單子脈沖，根據(jù)時鐘脈沖信號，對接收量子態(tài)進行測量，首先通過兩組不同基下的探測器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進行相位及偏振基比對；

(3)接收端篩選測量信息，拋棄錯誤偏振測量基得出的信息及錯誤相位測量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對對篩選后的測量基計數(shù)進行脈沖數(shù)比對，如果得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯誤選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時，存在竊聽。

本優(yōu)選實施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會發(fā)生改變，通過建立實際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進行用戶的區(qū)分；對信道模型中安全門限進行了分析，推得了實際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點、終端節(jié)點，所述高能簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點由簇頭節(jié)點、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個監(jiān)測傳感器組成，所述簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實施例設(shè)置的簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，同時剔除錯誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對多個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測值，以自適應(yīng)的方式尋找各個傳感器對應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達到最優(yōu)。

本優(yōu)選實施例的預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測量的非線性誤差，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定T_L的值為0.5，傳感器節(jié)點定位的精度提高了10％，監(jiān)測精度提高了12％。

應(yīng)用場景4

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括：

設(shè)置于室內(nèi)的、用于獲取室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端；

與所述監(jiān)測終端相連的、用于接收所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)并當(dāng)判斷所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警的監(jiān)測主機；

與所述監(jiān)測主機相連的、用于顯示所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示裝置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)溫度。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)的濕度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)濕度。

本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點；

S3預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的設(shè)置閾值進行比較，若所述監(jiān)測數(shù)據(jù)超出與其對應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動管理終端。

本發(fā)明上述實施例構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境的監(jiān)測流程，實現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點的部署和傳感器節(jié)點的定位，所述傳感器節(jié)點的部署的方法包括：

(1)進行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點的監(jiān)測半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測區(qū)域劃分為重點監(jiān)測區(qū)域和一般監(jiān)測區(qū)域，重點監(jiān)測區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長一般監(jiān)測區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正六邊形中心，正六邊形邊長

(2)進行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強的功能節(jié)點，設(shè)功能節(jié)點的通信半徑為4r，在重點監(jiān)測區(qū)域和在一般監(jiān)測區(qū)域分別按照(1)中的方法對功能節(jié)點進行部署。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實現(xiàn)了監(jiān)測區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測，在重點區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測效果；增加功能節(jié)點，延長了整個傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點將收到的各個參考節(jié)點的接收信號的強度指示和參考節(jié)點坐標(biāo)發(fā)送到上位機；

2)上位機對接收到的接收信號的強度指示值進行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值，求取選取的接收信號的強度指示值的平均值作為最終的接收信號的強度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點收到的參考節(jié)點的接收信號的強度指示值滿足下述條件時，確定該強度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點收到每個參考節(jié)點第i次的接收信號的強度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計算未知傳感器節(jié)點距離參考節(jié)點的距離；

4)計算未知傳感器節(jié)點的坐標(biāo)，設(shè)k個參考節(jié)點的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),…,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點到參考節(jié)點的距離分別為d₁,d₂,…,d_k，未知傳感器節(jié)點X的坐標(biāo)計算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實施例設(shè)計了傳感器節(jié)點的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點的定位精度，從而相對提高了監(jiān)測的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對信道進行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機取0，每個單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時鐘信號。發(fā)送端對每個單光子脈沖的偏振態(tài)相位進行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測器接收到光單子脈沖，根據(jù)時鐘脈沖信號，對接收量子態(tài)進行測量，首先通過兩組不同基下的探測器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進行相位及偏振基比對；

(3)接收端篩選測量信息，拋棄錯誤偏振測量基得出的信息及錯誤相位測量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對對篩選后的測量基計數(shù)進行脈沖數(shù)比對，如果得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯誤選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時，存在竊聽。

本優(yōu)選實施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會發(fā)生改變，通過建立實際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進行用戶的區(qū)分；對信道模型中安全門限進行了分析，推得了實際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點、終端節(jié)點，所述高能簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點由簇頭節(jié)點、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個監(jiān)測傳感器組成，所述簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實施例設(shè)置的簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，同時剔除錯誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對多個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測值，以自適應(yīng)的方式尋找各個傳感器對應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達到最優(yōu)。

本優(yōu)選實施例的預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測量的非線性誤差，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定T_L的值為0.55，傳感器節(jié)點定位的精度提高了8.5％，監(jiān)測精度提高了8％。

應(yīng)用場景5

參見圖1、圖2，本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括：

設(shè)置于室內(nèi)的、用于獲取室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端；

與所述監(jiān)測終端相連的、用于接收所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)并當(dāng)判斷所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警的監(jiān)測主機；

與所述監(jiān)測主機相連的、用于顯示所述環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示裝置。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)溫度。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測終端包括：用于獲取室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)的濕度傳感器。

本優(yōu)選實施例能夠監(jiān)測室內(nèi)濕度。

本應(yīng)用場景的一個實施例的一種室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1構(gòu)建用于監(jiān)測的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以及用于監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

S2利用無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測并采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至預(yù)處理節(jié)點；

S3預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，預(yù)處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)中心；

S4云服務(wù)中心將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的與該監(jiān)測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的設(shè)置閾值進行比較，若所述監(jiān)測數(shù)據(jù)超出與其對應(yīng)的設(shè)置閾值，則將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)及比較的結(jié)果發(fā)送至預(yù)設(shè)的移動管理終端。

本發(fā)明上述實施例構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)的模塊架構(gòu)以及環(huán)境的監(jiān)測流程，實現(xiàn)了環(huán)境的監(jiān)測。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括傳感器節(jié)點的部署和傳感器節(jié)點的定位，所述傳感器節(jié)點的部署的方法包括：

(1)進行網(wǎng)絡(luò)第一次部署，設(shè)傳感器節(jié)點的監(jiān)測半徑和通信半徑均為r，將監(jiān)測區(qū)域劃分為重點監(jiān)測區(qū)域和一般監(jiān)測區(qū)域，重點監(jiān)測區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正方形網(wǎng)格中心，正方形網(wǎng)格邊長一般監(jiān)測區(qū)域劃分為正六邊形網(wǎng)格，傳感器節(jié)點部署于正六邊形中心，正六邊形邊長

(2)進行網(wǎng)絡(luò)第二次部署，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一部分通信能力強的功能節(jié)點，設(shè)功能節(jié)點的通信半徑為4r，在重點監(jiān)測區(qū)域和在一般監(jiān)測區(qū)域分別按照(1)中的方法對功能節(jié)點進行部署。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實現(xiàn)了監(jiān)測區(qū)域的無縫覆蓋，保證了全面監(jiān)測，在重點區(qū)域采用正方形網(wǎng)格部署，在一般檢測區(qū)域采用正六邊形網(wǎng)格部署，既節(jié)約了傳感器數(shù)量，又保證了監(jiān)測效果；增加功能節(jié)點，延長了整個傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命，避免了傳感器節(jié)點過早衰竭。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點的定位的方法包括：

1)未知傳感器節(jié)點將收到的各個參考節(jié)點的接收信號的強度指示和參考節(jié)點坐標(biāo)發(fā)送到上位機；

2)上位機對接收到的接收信號的強度指示值進行預(yù)處理，包括：通過自定義的選取規(guī)則選取高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值，求取選取的接收信號的強度指示值的平均值作為最終的接收信號的強度指示值；所述自定義的選取規(guī)則為：

當(dāng)未知傳感器節(jié)點收到的參考節(jié)點的接收信號的強度指示值滿足下述條件時，確定該強度指示值為高概率發(fā)生區(qū)的接收信號的強度指示值：

其中

式中，RSSI_i為未知傳感器節(jié)點收到每個參考節(jié)點第i次的接收信號的強度指示值，i∈[1,N]，T_L為設(shè)定的臨界值，T_L的取值范圍為[0.4,0.6]；

3)計算未知傳感器節(jié)點距離參考節(jié)點的距離；

4)計算未知傳感器節(jié)點的坐標(biāo)，設(shè)k個參考節(jié)點的坐標(biāo)分別為(x₁,y₁),(x₂,y₂),…,(x_k,y_k),未知傳感器節(jié)點到參考節(jié)點的距離分別為d₁,d₂,…,d_k，未知傳感器節(jié)點X的坐標(biāo)計算公式為：

X＝(α^Tα)^-1α^Tβ

其中

本優(yōu)選實施例設(shè)計了傳感器節(jié)點的定位的方法，提高了傳感器節(jié)點的定位精度，從而相對提高了監(jiān)測的精度。

優(yōu)選的，所述量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包括建立量子信道、確定量子密鑰分發(fā)方案；所述建立量子信道，包括以下步驟：

(1)建立量子信道的表述模型，定義輸入量子比特有限集合為I＝{|i₁>,|i₂>,…,|i_N>}，輸出量子比特的有限集合為O＝{|o₁>,|o>,…,|o_N>}的量子信道C為：將|i>∈I送入信道，信道的輸出是由密度算子ρ(|i>)完全決定的量子信息源的輸出；

(2)量子態(tài)在量子信道的傳輸過程中，與信道發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在接收端全部或部分發(fā)生改變，成為新的態(tài)，信道中與量子態(tài)發(fā)生關(guān)聯(lián)的有非理想設(shè)備和噪聲，需對信道進行優(yōu)化，包括：

令信道矩陣為X，噪聲為Z，則接受態(tài)J_k為：

J_k＝(X+Z)T_k，(k＝1,2,…,n)

式中，T_k表示同一測量基下的態(tài)矩陣，每列元素表示一個發(fā)送態(tài)；

用相關(guān)系數(shù)R₁、R₂分別表示非理想設(shè)備和噪聲與量子態(tài)的相關(guān)情況，通過波動方程理論及熱力學(xué)公式建模，得出滿足不同信道情況的具體信道模型；

所述量子密鑰分發(fā)方案基于BB84的協(xié)議確定，包括以下步驟：

(1)經(jīng)過激光器、光混合器、衰減器和相位調(diào)制器，發(fā)送端生成單光子脈沖，以量子偏振態(tài)偏振角度作為信息傳輸?shù)牡刂反a，發(fā)送端偏振態(tài)角度隨機取0，每個單光子脈沖發(fā)送前，發(fā)送端向接收端發(fā)送時鐘信號。發(fā)送端對每個單光子脈沖的偏振態(tài)相位進行編碼，發(fā)送端相位取0和π組成一組正交歸一基，接收端相位取0與其匹配，發(fā)送端相位取和組成另一組正交歸一基，接收端相位取與其匹配；

(2)接收端經(jīng)過相位調(diào)制器、偏振控制器、光分束器、半波片、偏振分束器和單光子探測器接收到光單子脈沖，根據(jù)時鐘脈沖信號，對接收量子態(tài)進行測量，首先通過兩組不同基下的探測器讀數(shù)得出地址碼值，再推出相位信息，之后通過經(jīng)典信道與發(fā)送端進行相位及偏振基比對；

(3)接收端篩選測量信息，拋棄錯誤偏振測量基得出的信息及錯誤相位測量基得出的信息，分別得出初始密鑰。

(4)接收端對對篩選后的測量基計數(shù)進行脈沖數(shù)比對，如果得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)小于安全脈沖數(shù)門限值，則表明存在竊聽，此時，放棄本次密鑰協(xié)商，重新進行步驟(1)到(4)，如果接收端得到的正確結(jié)果的測量基脈沖數(shù)大于等于門限值，發(fā)送端和接收端通過經(jīng)典信道進行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和密性放大，從而獲得最終密鑰；

其中，安全脈沖門限值采用如下方法確定，

無竊聽時，接收端得到量子比特的正確率

式中，P_r表示正確選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率，P_w表示錯誤選擇測量基時準(zhǔn)確接收量子態(tài)的概率；

存在竊聽時，安全通信門限根據(jù)信道情況確定安全門限，當(dāng)接收端得到正確量子比特概率低于P_m時，存在竊聽。

本優(yōu)選實施例由于通信設(shè)備的非理想性，以及信道中存在噪聲，量子信息在傳輸?shù)倪^程中會發(fā)生改變，通過建立實際信道使得接收端判別通信過程是否安全的標(biāo)準(zhǔn)更為準(zhǔn)確；量子偏振態(tài)具有相對穩(wěn)定的固有特性和可區(qū)分性，可以在多用戶量子通信中有效地進行用戶的區(qū)分；對信道模型中安全門限進行了分析，推得了實際量子通信中判別竊聽的安全門限公式。

優(yōu)選的，所述無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、高能簇頭節(jié)點、終端節(jié)點，所述高能簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效采集，所述網(wǎng)關(guān)將采集到信息存儲到嵌入式數(shù)據(jù)庫中，在需要時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過量子通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)中心；所述高能簇頭節(jié)點由簇頭節(jié)點、太陽能電池板、蓄電池、功率放大器和多個監(jiān)測傳感器組成，所述簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供。

本優(yōu)選實施例設(shè)置的簇頭節(jié)點的能量由太陽能電池板和蓄電池結(jié)合提供，能夠保證簇頭節(jié)點的能量提供，節(jié)省用電消耗，降低監(jiān)測成本。

優(yōu)選的，所述根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，包括：

(1)將每個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，同時剔除錯誤的數(shù)據(jù)，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；所述通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行校準(zhǔn)，包括：

1)構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以傳感器的監(jiān)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層；

2)進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體為：將傳感器的監(jiān)測值從輸入層經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層傳向輸出層，如果在輸出層沒有得到期望的輸出值，則沿原通路將誤差返回，并根據(jù)誤差函數(shù)，采用梯度下降法修正各層神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，從而使誤差最小，最終達到期望效果，所述誤差函數(shù)定義為：

式中，w_ij為前一輸出層至隱含層的連接權(quán)值，x_i為前一輸出層的輸出值，T_i為隱含層的閾值，w_mj為隱含層至后一輸出層的連接權(quán)值，T_m為后一輸出層的閾值；

(2)通過自適應(yīng)加權(quán)融合算法對多個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合，具體為：根據(jù)各傳感器的監(jiān)測值，以自適應(yīng)的方式尋找各個傳感器對應(yīng)的最優(yōu)加權(quán)因子，在滿足總均方誤差最小的情況下，使得融合后的結(jié)果達到最優(yōu)。

本優(yōu)選實施例的預(yù)處理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及融合預(yù)處理，解決了一般傳感器測量的非線性誤差，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠。

在此應(yīng)用場景中，設(shè)定T_L的值為0.6，傳感器節(jié)點定位的精度提高了9.5％，監(jiān)測精度提高了10.5％。

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