[發明專利]基于無線網絡的水閘安全監控系統

無效

• 申請號: 201110211285.X
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102572387A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 梁桂蘭;周念東;徐衛亞;談小龍;王林偉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;E02B7/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于水運工程安全監控、嵌入式系統與無線通信技術相結合的交叉領域研究，具體涉及基于無線網絡的水閘安全監控系統。

背景技術

水閘作為重要的水利基礎設施，在航運、灌溉、供水、防洪、水力發電、調節河道流量和改善水環境等方面具有舉足輕重的作用，但目前水閘監控系統主要采用有線方式，有線分布式水閘監控系統通常采用以太網或現場總線網作為監控控制系統的網絡聯結方式，采用屏蔽網線、光線或電纜作為控制系統的有線通信介質。雖然個別工程采用無線方式，但也主要采用數傳電臺組網和微波作為系統的通信介質。這些有線和無線分布式水閘監控控制系統的網絡建設和維護不便，而且費用比較昂貴。

隨著傳感器技術、分布式信息處理技術、通信技術和圖像采集編碼技術的迅速發展，無線傳感器網絡應運而生。無線傳感器網絡使用簡單方便，極大地節約了測試中由于反復布設有線數據采集設備而消耗的人力和物力，只需將設備置于被測部位即可實現信息的采集，采集到的參數數據通過ZigBee網絡，視頻數據通過第三代無線通信WCDMA/3G網絡進行無線輸，消除了長電纜傳輸帶來的噪聲干擾，整個測量系統具有極高的測量精度和抗干擾能力，采集現場整個網絡具有較快的自組織和自修復能力，組網方便快捷、支持多種網絡拓撲、具有低復雜度、快速、可靠、安全的優點。并且功耗低，解決電源更換的問題。系統將ZigBee技術、第三代無線通信WCDMA/3G技術和視頻技術等很好的集成于一體，將采集的參數數據和視頻數據實時傳輸到遠程監控調度中心，從而實現對被測水閘的遠程實時監控。整個系統保證了水閘無線遠程實時監控系統魯棒性、系統穩定性和監控實時性，構成惡劣環境中水閘無線監測、無線傳輸的數字化無線網絡參數和視頻監控系統，實現對所關心環境變量和水閘開合度和工作狀況的在線高精度監測與傳輸，為確保整個水閘樞紐安全運行，建設了一套可靠的、能實現數據實時采集與傳輸的無線安全監控調度系統。

發明內容

本發明的目的是針對現有水閘安全監控系統的不足，提出了無線傳感器網絡視頻監控系統，克服現有有線分布式水閘監控系統勞動強度大、布線困難、成本高、監測范圍有限以及實效性差、不可視頻直觀顯示等弊端。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

基于無線網絡的水閘安全監控系統，主要由環境參數采集系統、圖像采集系統、無線傳輸系統、數據庫服務器系統和監控調度中心管理系統組成，系統主要包括傳感器組、參數采集節點、視頻節點、路由節點、協調器節點、無線傳輸結構和監控調度中心，主要應用了無線傳感器網絡采集傳輸技術、第三代無線通信技術、視頻監控技術和SMS技術，對閘門環境參數、結構參數和視頻數據進行采集、傳輸、處理、顯示和控制等操作，根據操作規程自動控制閘門啟閉，險情或必要時可以通過SMS及時發布預警短信。

所述傳感器組對水閘環境參數進行采集，傳感器組設置于參數采集節點上，參數采集節點通過路由節點和協調器節點通信，協調器節點通過數據傳輸層和遠程監控調度中心通信。

所述所述的參數采集節點是基于ZigBee無線傳感網絡的，由集成了微處理器和無線收發器的CC2430模塊、電源模塊、數/模轉換模塊、時鐘電路模塊、存儲電路模塊、驅動控制輸出模塊、通訊接口電路模塊共同組成。

所述的視頻節點主要由電源管理模塊、存儲模塊、FPGA模塊、視頻采集模塊、視頻編碼模塊、嵌入式外圍設備驅動模塊、以及通訊接口模塊組成，采集的視頻信息通過WCDMA/3G網絡傳送到遠程安全監控調度中心實時顯示。

所述的協調器節點采用ZigBee方式與路由節點連接，接收所有參數采集節點發送過來的數據，并通過第三代無線通信網絡WCDMA/3G傳到遠程安全監控調度中心，同時接受遠程監控調度中心發布的指令。

所述的遠程安全監控調度中心的主要任務是把底層發送過來的參數數據、視頻數據、節點ID號等進行存儲、挖掘分析和顯示，并對底層進行指令發布，同時進行遠程設備管理和網絡拓撲顯示，出現險情或必要時，能通過SMS及時進行短信報警。

所述采集信息主要包括水閘啟閉控制和環境信息采集，通過圖像視頻采集和傳感器參數采集，水閘啟閉控制包括水閘開合度及工況、啟閉電機狀態，環境信息采集分一般性監測和專門性監測。

所述一般性監測項目包括：閘上下游水位、河道流量、流速、雨量、水流形態、沖刷和淤積等；所述專門性監測主要根據水閘工程的具體情況而定，根據個別工程需要，進行水平位移、伸縮縫、裂縫、墻后土壓力、混凝土碳化、地基反力和結構應力等項目的監測。