[發明專利]基于無線傳感器網絡的建筑安全監測系統

有效

• 申請號: 201710331936.6
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107105394B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 侯松;潘麗萍
• 申請（專利權）人: 江蘇食品藥品職業技術學院
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/24;H04W40/32;H04W84/18;G08C17/02
• 代理公司: 北京華識知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強

1.基于無線傳感器網絡的建筑安全監測系統，其特征是，包括建筑安全監測數據采集模塊、建筑安全監測數據傳輸模塊和建筑安全監控中心；所述建筑安全監測數據采集模塊通過無線傳感器網絡進行數據采集，包括數據采集節點和簇頭節點，所述數據采集節點布置在被測部位，用于采集監測區域的建筑安全監測數據；所述簇頭節點用于收集數據采集節點采集的建筑安全監測數據，并對該建筑安全監測數據進行數據融合處理和數據壓縮處理；所述建筑安全監測數據傳輸模塊用于將簇頭節點的建筑安全監測數據傳送至基站；建筑安全監控中心用于通過移動通信網絡接收基站的建筑安全監測數據，對建筑安全監測數據進行分析和處理，并輸出監測結果；所述數據采集節點按照設定的數據采集策略采集監測區域的建筑安全監測數據：設置簇頭節點在其任期內始終處于活動狀態，數據采集節點在每一次采集建筑安全監測數據開始前以隨機概率進入活動狀態，定義隨機概率的計算公式為：

其中，

式中，Ω(S_i)表示數據采集節點S_i的隨機概率，D(S_i,S_i′)表示數據采集節點S_i與其所屬的分簇中的簇頭節點S_i′的感知數據間的曼哈頓距離，k為數據采集節點S_i所屬的分簇中所具有的數據采集節點的數目，ε為設定的誤差閾值；q為感知數據的維度數目，μ_l(S_i)表示數據采集節點S_i的第l維度的感知數據分量，μ_l(S_i′)表示簇頭節點S_i′的第l維度的感知數據分量；

所述簇頭節點從數據采集節點中選出，定義篩選機制為：

(1)各數據采集節點根據基站的分簇命令，通過調整發射功耗調整自身的通信距離為設定的通信距離閾值，并向通信距離范圍內的鄰居節點交換自身的剩余能量和最近的感知序列信息；

(2)每個數據采集節點接收通信距離范圍內鄰居節點交換的信息后，根據下列公式計算各數據采集節點的簇頭競爭能力：

式中，P(S_i)表示數據采集節點S_i的簇頭競爭能力值，E(S_i)表示數據采集節點S_i的剩余能量，E(S_j)表示數據采集節點S_i在通信距離范圍內的鄰居節點S_j剩余能量，m為數據采集節點S_i在通信距離范圍內的鄰居節點的數量，m′為數據采集節點S_i在通信距離范圍內的相似節點的數量，其中定義所述的相似節點為感知數據與數據采集節點S_i的感知數據的曼哈頓距離小于D′/2的節點，D′為設定的曼哈頓距離閾值，D(S_i,S_j)表示數據采集節點S_i在通信距離范圍內的鄰居節點S_j的感知數據與數據采集節點S_i的感知數據的曼哈頓距離，η為設定的權重因子，ξ為設定的調整因子，η和ξ的取值范圍均為[0,1]；

(3)將P(S_i)0的數據采集節點作為備選簇頭節點，形成備選簇頭節點集合，對備選簇頭節點集合中的備選簇頭節點按照自定義的過濾規則進行過濾處理，將過濾后的備選簇頭節點集合中的備選簇頭節點作為簇頭節點；

(4)對無線傳感器網絡內的每個數據采集節點，計算該數據采集節點與各簇頭節點之間的距離，選出距離最小值對應的簇頭節點，將該數據采集節點加入到該選出的簇頭節點所在的簇中。

2.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的建筑安全監測系統，其特征是，所述建筑安全監測數據包括建筑結構的應力數據、加速度數據、位移數據。

3.根據權利要求2所述的基于無線傳感器網絡的建筑安全監測系統，其特征是，所述建筑安全監控中心包括數據分析模塊和顯示模塊，該數據分析模塊將收到的建筑安全監測數據與對應設定的安全閾值進行比較，輸出比較結果，并由顯示模塊進行比較結果顯示。

4.根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的建筑安全監測系統，其特征是，所述自定義的過濾規則為：

若備選簇頭節點集合中存在兩備選簇頭節點S_i′、S_j′滿足下列公式，則比較兩者的簇頭競爭能力值，將簇頭競爭能力值較低的備選簇頭節點從備選簇頭節點集合中刪除，將備選簇頭節點集合中剩余的備選簇頭節點作為簇頭節點：

式中，D(S_i′,S_j′)表示兩備選簇頭節點S_i′、S_j′的感知數據間的曼哈頓距離，D′為所述設定的曼哈頓距離閾值，表示備選簇頭節點S_i′在通信距離為0.8d范圍內的相似節點集合，表示備選簇頭節點S_j′在通信距離為0.8d范圍內的相似節點集合，其中d為所述的設定的通信距離閾值，表示備選簇頭節點S_i′的相似節點集合與備選簇頭節點S_j′的相似節點集合中包含的共同的相似節點的數目，n′為備選簇頭節點S_i′與備選簇頭節點S_j′所具有的相似節點總數。