[发明专利]一种用于水位监测的WSN信息感知系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Networks)的水位监测方法，尤其是可以用于例如城市隧道、地下铁等城市低洼地区的水位监测系统，通过获得的水位信息，结合其他相关气象信息，决定何时发布警示信息以及当前水位信号，实现城市暴雨水位监测和雨情预警。

背景技术

近年来，发生在城市的极端强降水事件增多，由于城市规模日益扩大、人口增多，短时强降水对城市安全的危害也越来越大，经常出现区域短时集中降雨量远大于城市工程有限排水能力的情况，造成降水向城市的立交桥下、隧道、地下商场、地铁等地势低洼地区汇聚形成积涝，极易对人民生命财产安全造成极大危害。

目前各种城市暴雨积涝预警系统虽然可以在暴雨发生前进行预测哪些地点可能发生积涝，但其结果的瞬时精确度不高，不利于在暴雨过程中实时掌握内涝灾害信息，因而也难以提前对具体的某处城市低洼地带是否会形成灾害作出预判，且当情况危急时，无法获得准确的实时水位信息，并根据当前水位信息将警示信息发布出去。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种用于水位监测的WSN信息感知系统，以解决当前现有技术存在的部分问题。

技术方案：一种用于水位监测的WSN信息感知系统，包括：

水位采集节点，安装在隧道内壁高于1.5米处，用于协同组网和转发其他节点的水位信号；水位采集节点通过分簇算法确定簇头，当水位信号超过阈值时，将采集到的水位信号发送至簇头。

簇头节点，安装在隧道天花板上，由隧道内的照明装置供电，用于协同组网和处理簇内的水位信号；同时采用一种find_and_search机制，找到自身的下一跳节点，并将水位信号多跳转发至汇聚节点；

汇聚节点，安装在靠近隧道口的地方，有隧道内的供电设施供电，用于对水位采集节点和簇头的数据进行处理，作为水位采集节点和簇头节点的根节点，负责接收水位采集节点和簇头节点自组网传来的信号，并将处理后的数据通过中继节点发送至基站；

中继节点，由附近的公共设施供电，接收汇聚节点的信号并负责转发网关和基站之间的数据包；

基站，设置在监控室内，通过串口与监控室内的本地监控终端连接，作为WSN网络和本地监控终端的连接点；基站通过无线通信模块收到中继节点传来的水位信号，并将其通过串口发往本地监控终端；如果采集的水位值高于危险阈值，则通过移动互联接口模块经移动通信网将当前水位和警示信息发送到移动监控终端。

进一步地，本发明还提供了一种基于上述的信息感知系统的、用于水位监测的WSN信息感知方法，包括如下步骤：

1.1.水位采集节点、簇头节点、汇聚节点、中继节点和基站上电初始化；

1.1.1.基站发出系统预启动数据包给所述中继节点；

1.1.2.repeater定时器T1定时时间到，水位采集节点采集一次水位信号，若水位信号(h)小于阈值(H_THRESHOLD)，转至1.2；若水位信号(h)大于(H_THRESHOLD)，转至1.15；

1.2.开始分簇算法的第一阶段，水位采集节点开启分簇定时器T2，广播组网消息包；

1.3.簇头节点侦听无线信道，如果接收到某个组网消息包，则返回一个应答包给该节点；

1.4.水位采集节点接收到应答包后，若该水位采集节点是第一次接收此类数据包，将其簇头节点号和下一跳节点号变为应答包中的节点号；否则，不处理；

1.5.水位采集节点将确认该簇头节点的确认数据包发送给其存储的簇头节点；

1.6.簇头节点接收到确认数据包后，若其簇头标志位为0，则将其簇头标志位置1；

1.7定时器T2定时时间到，开启定时器T3，进行分簇算法的第二阶段：

1.7.1.若水位采集节点的簇头节点并非有效值，说明其不在任何一个簇头节点的通信范围内，则该节点再次广播组网信息，转至1.8；

1.7.2.若接收到find_and_search数据包，则返回find_and_search数据应答包；

1.8已确定簇头节点的水位采集节点接收到组网消息包后，给该节点发送应答包，转至1.9；

1.9未确定簇头的水位采集节点将最先收到的数据包节点号储存为其下一跳节点，将其簇头节点号储存为自身的簇头节点号；

1.10.T3定时时间到：

1.10.1若定时器T1定时时间未到，水位采集节点进入休眠状态；

1.10.2若定时器T1时间到，水位采集节点唤醒，回归初始化状态，转至1.1.2；