[发明专利]一种应用于智能厂房的移动式环境监测系统

权利要求书

1.一种应用于智能厂房的移动式环境监测系统，其特征在于，包括传感器网络，后台监测系统、控制系统以及现场报警设备，所述传感器网络包括位置已知的定传感器节点、移动传感器节点以及协调器；所述定传感器节点布置在待监测产品生产、运输以及储存的邻近区域内，所述移动传感器附着在产品上，跟随产品的生产、厂内运输以及储存的全过程；所述协调器用于接收移动传感器采集到的环境数据，并将传感器数据上传到后台监测系统；所述后台监测系统接收协调器发送过来的环境数据，并对环境数据进行监控，当监控到超过标准的环境数据，就产生报警信号，并同时通信控制系统；所述控制系统控制相关环境调节设备工作，使环境数据调节至标准值；所述现场报警设备用于接收报警信号在环境数据超过标准的移动节点所处位置进行报警；所述移动式环境监测系统还包括产品定位模块以及产品跟踪模块，用于对产品在厂房内的位置进行定位和跟踪；

所述产品定位模块包括邻近定传感器节点选取单元以及精确定位单元，所述邻近定传感器节点选取单元用于采取不需估距的初始定位算法确定与移动传感器节点最邻近的多个定传感器节点构成的集合；所述精确定位单元用于依据所述节点集合采用估距的算法对移动传感器节点进行定位；

所述确定最邻近的多个定传感器节点构成的集合的具体方式为：

(1)各定传感器节点向周围邻居定传感器节点广播数据包分组，分组中包括自身坐标信息以及跳数字段，其初始值为1；邻近区域内每个定传感器节点接收到的数据包分组来自不同定传感器节点的个数超过限定值M时，则不再记录来自新的定传感器节点的数据包分组；接收定传感器节点根据接收到的分组数据记录下到各个定传感器节点的最小跳数并忽略来自同一个定传感器节点较大跳数的分组，然后把跳数值转发给邻居定传感器节点，通过不断的传播，网络中的任一定传感器节点都能记录下到M个定传感器节点的最小跳数；

(2)依上述得到的各个定传感器节点到M个邻近定传感器节点的数据包分组，估计定传感器节点的平均每跳距离；

(3)任一定传感器节点把自身的平均每跳距离用带生存期字段的分组广播到网络中，移动节点记录接收到所有定传感器节点的平均每跳距离，通过随机平均计算其总平均每跳距离；然后将移动节点到各定传感器节点之间的跳数与总平均每跳距离相乘，得到移动节点到各定传感器节点的跳段距离；

(4)比较移动传感器节点到各定传感器节点的跳段距离的大小，从中选取跳段距离较小的N个定传感器节点，作为移动传感器节点的最邻近定传感器节点集；

所述采用估距的算法对移动传感器节点进行定位，具体包括：

(1)位置初定位单元：基于所述的最邻近定传感器节点集，计算移动传感器节点接收到最邻近定传感器节点发送过来的电磁波信号功率，依据该功率，计算出移动传感器节点到最邻近定传感器节点的距离；根据最邻近定传感器节点位置和所述距离，采用极大似然估计法来估计出移动传感器节点的估计位置；

(2)定位修正单元：建立位置修正模型：

其中，(m₀，n₀)为估计出移动传感器节点的坐标，(m_i，n_i)为第i个最邻近定传感器节点的位置，D_i为移动传感器节点到第i个最邻近定传感器节点的距离；对上述模型进行修正求解即可得到更为精确的移动传感器节点的坐标位置；

所述移动传感器节点到最邻近定传感器节点的距离的计算公式为：

式中，D_i表示移动传感器节点到位置已知的最邻近定传感器节点i的距离，Ps_i为最邻近定传感器节点i的无线信号的发射功率，Pr_i为移动传感器节点收到最邻近定传感器节点i的无线信号的接受功率，s为信号无线传播路径衰落系数，由周围环境和障碍物决定；δ_σ为遮蔽因子，代表多径环境中的阴影衰落效果，一般设置为均值为0、标准差为σ的正态随机变量；Z_S为发射天线的增益，Z_R为接收天线的增益，λ为波长，l为系统损耗因子。

2.根据权利要求1所述的一种应用于智能厂房的移动式环境监测系统，其特征在于，所述移动传感器采集到的环境数据包括：温度、湿度、细颗粒物含量和气体浓度。