[發明專利]一種基于無線傳感器網絡的壓裂裂縫監測系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201710019109.3
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106851564A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王建忠;孫雨豪;于欣暢;劉熙遠;王浩瑄;孫致學;劉均榮
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W84/18;G08C17/02;G01L5/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 葉亞林

技術領域

本發明涉及一種基于無線傳感器網絡的壓裂裂縫監測系統及其工作方法，屬于壓裂裂縫監測的技術領域。

背景技術

壓裂檢測的主要目的是通過采集壓裂施工過程中的一些參數資料來分析地下壓裂的施工進展情況和所壓開裂縫的幾何參數。目前，公知的壓裂裂縫監測方法有地面微地震法、地面電位法、井下微地震法、地面傾斜儀法。這一些方法具有精度差、易受干擾、無法確定裂縫尺寸等局限性。

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是一種分布式傳感網絡，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網絡設置靈活，設備位置可以隨時更改，還可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。

無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。

隨著無線傳感器網絡的不斷發展，傳感器網絡在定位、測量、信息傳輸等方面可以做到十分精準。但由于技術等方面的制約，WSN的大規模商用還有待時日。但隨著微處理器體積的縮小和性能的提升，已經有中小規模的WSN在工業市場上開始投入商用。其應用主要集中在以下領域：環境檢測、醫療護理、軍事領域和目標跟蹤等。但是在壓裂裂縫監測領域還沒有應用。

中國專利CN205561791U公開了一種基于位移和壓力傳感器檢測危巖體崩塌的裝置，其利用危巖體的力學變化監測和運動趨勢監測，實現危巖體的臨時保護并建立了數據的無線傳感器網絡。該裝置實現的功能是對檢測危巖體崩塌情況進行檢測。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于無線傳感器網絡的壓裂裂縫監測系統。

本發明還提供一種上述監測系統的工作方法。

發明概述：

本發明設計了一種基于無線傳感器網絡的壓裂裂縫監測系統。此系統包括無線傳感器節點、路由節點、匯聚節點、本地監測中心四個部分，將無線傳感器節點與攜砂液混合，注入至壓裂裂縫中，所設計的無線傳感器節點中內置定位傳感器，使用定位傳感器感應無線傳感器節點的位置及運動軌跡信息，通過匯聚節點的數據傳輸，從而可以在地面的控制中心直接獲取裂縫的形狀、尺寸等信息。

術語說明：

多跳網絡：“多跳網絡”是由節點構造的，網絡中的設備全都用無線連接到彼此，然后互相可以通過網絡轉發數據。數據從一個節點跳到另一個節點，直到抵達目的地。除非所有的節點都發生故障，否則數據總是可用的，如此使得這種網絡拓撲結構可靠且可擴展。

本發明的技術方案為：

一種基于無線傳感器網絡的壓裂裂縫監測系統，包括本地監測中心、匯聚節點和多個無線傳感器節點；無線傳感器節點部署在監測區域內構成自組織網絡；無線傳感器節點與匯聚節點通過多跳網絡無線連接；匯聚節點通過外部網絡與本地監測中心連接。所述監測區域即進行壓裂監測的區域，包括壓裂裂縫。

自組織網絡是一種沒有預定基礎設施支撐的自組織可重構的多跳無線網絡。在該網絡中，網絡的拓撲、信道的環境、業務的模式是隨節點的移動而動態改變的。該網絡可以快速地為民用和軍事應用建立通信平臺。

無線傳感器節點用于記錄自身的運動軌跡、位置信息，并將記錄信息傳輸給本地監測中心。傳感器節點部署在監測區域內，以自組織的方式構成網絡，將采集到的數據以多跳的網絡方式傳送到匯聚節點，匯聚節點負責接收和處理網絡中所有節點的信息，并通過串口將數據傳輸到本地監測中心，監測中心軟件對接收的數據進行分析、處理、存儲，圖形化顯示。

優選的，所述匯聚節點是連接無線傳感器節點構成的自組織網絡與外部網絡的網關。匯聚節點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，實現兩種網絡協議間的轉換，同時向無線傳感器節點發布來自本地監測中心的監測任務，并把無線傳感器節點收集到的數據轉發到外部網絡上。

優選的，所述外部網絡為Internet。

優選的，所述本地監測中心為計算機。