火情檢測監(jiān)控系統(tǒng)中無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點淺析

周紅波 (九江學院信息科學與技術學院,江西九江332005)

目前對林地的煙氣、火光監(jiān)測主要基于 “3S(遙感RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS)”技術,其數(shù)據(jù)精度欠缺,衛(wèi)星遙感實時性不好,無法對同一地區(qū)全時段監(jiān)測,易受氣象條件影響。另外,地面設備投資大,而且多為有線連接,對于人跡難至處則無法部署監(jiān)測點。因此,開發(fā)不受地形限制、實時性好、效費比高的林地煙氣、火光監(jiān)測技術是應該加以關注的一個重要課題。

隨著微電子機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信以及低功耗嵌入式技術的快速發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡技術隨之產(chǎn)生。無線傳感器網(wǎng)絡技術結(jié)合嵌入式視頻圖像技術,將傳感器節(jié)點獲取的信息通過無線方式發(fā)送,并以自組多跳的網(wǎng)絡方式傳送到用戶終端,以動態(tài)的圖像方式展現(xiàn)在監(jiān)測者面前。因而在無人值守的環(huán)境監(jiān)測、災害撲救等特殊領域,具有傳統(tǒng)技術無可比擬的優(yōu)勢,應用前景廣闊。

無線傳感器網(wǎng)絡由以太網(wǎng)部分、網(wǎng)關部分、路由節(jié)點部分和傳感器節(jié)點部分組成,其中以太網(wǎng)部分主要負責網(wǎng)關數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送;網(wǎng)關部分主要負責路由節(jié)點和傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,這些數(shù)據(jù)是由上一層的指令發(fā)出的,數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng);路由節(jié)點的主要功能是作為一種中介,用來實現(xiàn)網(wǎng)關節(jié)點和傳感器節(jié)點之間的通信,當然傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)信息也可以直接傳送至網(wǎng)關;傳感器節(jié)點完成數(shù)據(jù)的采集,針對森林煙氣、火光檢測監(jiān)控系統(tǒng)來說,它主要負責對煙氣、火光信息數(shù)據(jù)的采集。無線傳感器網(wǎng)絡的突出特點就是低功耗、低成本、易于部署、分布式和自組織。因此,在林地煙氣、火光數(shù)字視頻檢測監(jiān)控系統(tǒng)中應用無線傳感網(wǎng)絡技術能實時在線地監(jiān)測林地環(huán)境并進行安全評估。由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡中具有非常重要的作用,因此筆者對其加以簡析。

1 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的功能和特性

無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在火情檢測監(jiān)控系統(tǒng)中的功能包括如下方面:①通過無線傳感器獲取林地環(huán)境中監(jiān)控中心所需要的數(shù)據(jù)——煙氣和火光的信息;②將收集到的林地環(huán)境中典型模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號,傳給處理器進行數(shù)據(jù)處理;③將采集到得林地環(huán)境中的信息與無線通信模塊的信息融合,并計算節(jié)點的定位,達到能源消耗和無線傳感網(wǎng)的覆蓋區(qū)域最優(yōu)化。

無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點有自組網(wǎng)、自動管理和高度協(xié)作性、以數(shù)據(jù)為中心的特性[1]。

2 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計

2.1 設計原則

1)穩(wěn)定性 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點一般可適用于人跡難至處,這就要求該設備要有較高的穩(wěn)定性。不能經(jīng)常更換節(jié)點,以確保硬件的可靠性;在軟件設計上也應注重穩(wěn)定性。

2)實時性 數(shù)據(jù)流傳輸?shù)膶崟r性保證了信息的及時準確的傳送,這樣監(jiān)控中心的人員能根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出及時準確的判斷。因而要求芯片編碼速度快,同時在軟件編程方面,要采用合理的通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)的傳送,從而達到整體最優(yōu)。

3)低功耗 因為無線傳感網(wǎng)節(jié)點通常所處位置的環(huán)境比較惡劣,不能經(jīng)常對其充電,因此無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的功耗應設計的越低越好,盡可能的延長其使用壽命[2]。

2.2 設計內(nèi)容

將無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分散在森林旅游資源區(qū)域或者火災易發(fā)區(qū)域,節(jié)點通過自組織快速形成一個無線局域網(wǎng)絡。隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點借助于內(nèi)置的傳感器測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外等信號,從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強等信息。在無線傳感器網(wǎng)絡中,節(jié)點既是信息的采集和發(fā)出者,也充當信息的路由者,采集的數(shù)據(jù)通過多跳路由到達網(wǎng)關。這些傳感器相互連接的方式類似于無線筆記本電腦、臺式機和PDA與互聯(lián)網(wǎng)連接的方式,其只需極少功率。無線傳感器節(jié)點遍撒指定區(qū)域,可在林地煙氣、火光監(jiān)視和信息收集過程中發(fā)揮重要作用,以預防火災。

無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點由嵌入式微處理器、環(huán)境參數(shù)采集模塊、數(shù)據(jù)無線收發(fā)模塊、電源管理模塊組成,并以自組織方式構(gòu)成多跳中繼網(wǎng)絡,實現(xiàn)林地環(huán)境典型變量監(jiān)測以及數(shù)據(jù)無線收發(fā)。

無線傳感器數(shù)據(jù)處理包括3個模塊,即數(shù)據(jù)獲取單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元,其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點,各節(jié)點通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡,其將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線傳感器節(jié)點自組成的無線傳感網(wǎng)傳輸給信息處理中心。

3 結(jié) 語

將無線傳感器網(wǎng)絡技術和嵌入式視頻圖像技術結(jié)合并應用在林地煙氣、火光監(jiān)測對森林旅游資源區(qū)域或者火災易發(fā)區(qū)域的環(huán)境保護非常重要,無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點作為其中的重要組成部分,對其進行相關研究顯得尤為必要,從而使無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計更加完善,讓火情檢測監(jiān)控系統(tǒng)在森林旅游資源區(qū)域或者火災易發(fā)區(qū)域的煙氣、火光監(jiān)測中發(fā)揮更大作用。

[1]曹江中,戴青云,譚志標.機遇視頻檢測的高速公路交通信息采集系統(tǒng)設計 [J].電子技術用,2007,17(6):115～117.

[2]袁非牛,廖光煊,張永明.計算機視覺火災探測中的特征提取[J].中國科學技術大學學報,2006,36(1):39～43.