CN102096867A - 基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法 - Google Patents

基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法 Download PDF

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吴华锋
周长青
陈信强
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Shanghai Maritime University
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Abstract

本发明的目的在于公开一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法，所述***主要包括船载信息采集与显示平台、水环境采集分析单元、其他信息采集单元、网络基站、中间件***、当地航联网管理中心以及互联网管理中心。通过在内河船舶上、航道内的浮标或浮筒上、桥梁上、架空天线上以及内河水下或河床上部署大量的各种传感器，并通过Zigbee网络通信协议进行多跳自组网，来实现对内河船舶、航道以及水域进行全面、综合立体的监控，从而保障内河船舶的航行安全以及内河水域的环境清洁。

Description

基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法
技术领域
本发明涉及一种内河管理信息***设计方法，特别涉及到一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法。 
背景技术
内河航运利用天然河道和历史上形成的人工河道，不占地或少占地，并具有运量大、成本低、能耗小等优势，在煤、矿、油等大宗货物、重大件货物运输方面具有不可替代的优势。我国内河水资源丰富，自古以来内河运输就占有很大比重，加之如今南水北调工程的实施，南北内河网已经疏通，长航线多区域互联将成为未来内河运输的一种发展走向。但目前总体内河航道等级较低，通航能力还较差。主要表现为内河科技创新的应用明显低于远洋运输，监控手段也比较落后，比如航道内的船舶停航检查将导致通航速度降低、航道利用率下降以及环境不友好等。此外，内河航道在营运中还存在着一定程度的水污染情况。
综上所述，针对现有技术的不足，特别需要一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法，以解决现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计方法，通过将无线传感器网络技术运用于内河管理信息***的构建，使内河船舶、航道以及水域环境得以全面实时的监控和综合信息管理。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述***主要包括船载信息采集与显示平台、水环境采集分析单元、其他信息采集单元、网络基站、中间件***、区域航联网管理中心以及互联网管理中心；该***通过在内河船舶上、航道内的浮标或浮筒上、桥梁上、架空天线上以及内河水下或河床上部署传感器采集信息，并通过Zigbee网络通信协议进行多跳自组网，来实现对内河船舶、航道以及水域进行全面、综合立体的监控。
在本发明的一个实施例中，所述船舶上的传感器与船舶上其它电子设备的信息相连接，包括船载自动识别***以及全球定位***，数据传输方式采用RS-485通信方式。
在本发明的一个实施例中，所述中间件***包括基于云计算技术研发的电子标签设备中间件***和无线传感器网络中间件***。
在本发明的一个实施例中，航道两侧部署的传感器的间距为50-100米。
在本发明的一个实施例中，所述船舶上的传感器用于感知和转发船舶的航行信息及载货信息，航行信息包括船舶位置、航向、速度、吃水、出发地及目的地、船名、船号、船籍、船型和船舶自身及人员安全状态，载货信息包括所载货物的名称、危险等级、装载量、状态；航道内浮标或浮筒上的传感器用于感知和转发气象信息，包括风的方向和等级、水流的流速和流向、波浪情况、气象预报以及障碍物信息；桥梁以及架空天线上的传感器用于感知其安全状态信息，包括压力及形变状态；水下或河床上的传感器用于感知水环境的状态，包括水温、水深、含盐量以及污染状况。
在本发明的一个实施例中，所述航道两侧的传感器其功能除了具有感知船舶通行速度和流量以及监控船舶排污情况外，还将作为基站节点或汇聚节点，以汇集其所辖航道范围内各种传感器所发送来的信息，并将其通过有线或无线网络转发到区域航联网管理中心。
在本发明的一个实施例中，各个区域航联网管理中心的连接通过互联网Internet来实现，实现技术为云计算。
在本发明的一个实施例中，传感器所感知或转发的信息将由航联网管理中心有选择性的发布到互联网中去，并可为各种互联网用户设置访问权限，以保障数据的***及数据的安全性和隐私。
本发明通过对内河船舶实时监管以及内河船舶之间的相互识别，实现对内河航运的高效管理，另外本发明还结合传感器的环境监测功能，可实时监控水环境情况，减少因人员操作疏忽或者违规操作带来的环境污染。
附图说明
图1为本发明所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***的信息传输结构图；
图2为本发明所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***的实施例示意图；
图3为本发明所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***设计的实施例拓扑结构图；
图中：1、当地内河航联网管理中心；2、当地中心传感器节点；3、固定基站（汇聚节点）；4、装有AIS的船舶（海船）；5、水质采集分析单元；6、内河船舶；7、桥梁；8、其他信息采集单元。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1、图2和图3所示，本发明所述的一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述***主要包括船载信息采集与显示平台、水环境采集分析单元、其他信息采集单元、网络基站、中间件***、区域航联网管理中心以及互联网管理中心；该***通过在内河船舶上、航道内的浮标或浮筒上、桥梁上、架空天线上以及内河水下或河床上部署传感器采集信息，并通过Zigbee网络通信协议进行多跳自组网，来实现对内河船舶、航道以及水域进行全面、综合立体的监控。
其中，船舶上的传感器与船舶上其它电子设备的信息相连接，包括船载自动识别***以及全球定位***，用于感知和转发船舶的航行信息及载货信息，航行信息包括船舶位置、航向、速度、吃水、出发地及目的地、船名、船号、船籍、船型和船舶自身及人员安全状态，载货信息包括所载货物的名称、危险等级、装载量、状态；航道内浮标或浮筒上的传感器用于感知和转发气象信息，包括风的方向和等级、水流的流速和流向、波浪情况、气象预报以及障碍物信息；桥梁以及架空天线上的传感器用于感知其安全状态信息，包括压力及形变状态；水下或河床上的传感器用于感知水环境的状态，包括水温、水深、含盐量以及污染状况；航道两侧的传感器其功能除了具有感知船舶通行速度和流量以及监控船舶排污情况外，还将作为基站节点或汇聚节点，以汇集其所辖航道范围内各种传感器所发送来的信息，并将其通过有线或无线网络转发到区域航联网管理中心。本发明实施例拟采取云计算技术对***网络所收集到的信息进行处理，完成与互联网的信息传输。通过互联网，各地航联网管理中心及其它授权的普通用户可以浏览自己关心的数据，为实施各种调度和监控命令做准备。各网络中心节点之间及网络内各节点之间按最优路径传输，并在驾驶台设置网关连接传感器网络与远程通信终端，以实现远程监控，用以转换两者之间的协议。
此外，在长江口等海船进出的水域，当地航管中心还需安装AIS***及信息互通***，主要是将海船上的AIS信息传送到本***中去，使安装本***的船舶可以同时获取未安装本***的海船的信息。相应的，航行于国际水域的船舶也可通过这一信息共享功能获取内河船舶信息，减少危险发生几率。
本发明实施例所构建的中间件***包括RFID设备中间件***和WSN中间件***，主要实现底层硬件设备与应用***之间的数据传输、过滤、数据格式转换，一方面RFID中间件***将不兼容的异地船舶数据信息经过处理后转换为上位机***可识别的数据格式并将其导入到***管理数据库中，另一方面无线传感器模块搜集的各种数据信息，经过中间件提取、解密、过滤、格式转换、导入到管理信息***，并通过应用***反应在程序界面上，供船舶操作者和***管理人员浏览、选择、修改、查询。中间件技术降低了应用开发的难度，使开发者不需要直接面对底层架构，而通过中间件进行调用相关数据和传递相关命令。
本发明实施例所构建***提供的数据传输***由两部分通信协议设计组成：RS-485和ZigBee无线通信方式。当地航管中心节点与监测计算机之间的通信采用RS-485通信方式。为了避免多个中心在同一时间发送数据而导致竞争，所有的通信过程由监测计算机控制，采用上位机主导的命令/响应方式。RS-485总线通信距离可达到1200米，传感器节点与中心节点的通信采用无线通信方式，传感器节点与中心节点的距离可以达到200米。固定节点与传感器节点之间采用ZigBee无线通信的方式，一个中心节点可以与多个传感器节点进行通信，可避免多个传感器节点在同一时间发送数据而产生冲突。 
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                                
Figure 2011100378793100002DEST_PATH_IMAGE001
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Figure 910911DEST_PATH_IMAGE001
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。

Claims (8)

1.一种基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述***主要包括船载信息采集与显示平台、水环境采集分析单元、其他信息采集单元、网络基站、中间件***、区域航联网管理中心以及互联网管理中心；该***通过在内河船舶上、航道内的浮标或浮筒上、桥梁上、架空天线上以及内河水下或河床上部署传感器采集信息，并通过Zigbee网络通信协议进行多跳自组网，来实现对内河船舶、航道以及水域进行全面、综合立体的监控。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述船舶上的传感器与船舶上其它电子设备的信息相连接，包括船载自动识别***以及全球定位***，数据传输方式采用RS-485通信方式。
3.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述中间件***包括电子标签设备中间件***和无线传感器网络中间件***。
4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，航道两侧部署的传感器的间距为50-100米。
5.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述船舶上的传感器用于感知和转发船舶的航行信息及载货信息，航行信息包括船舶位置、航向、速度、吃水、出发地及目的地、船名、船号、船籍、船型和船舶自身及人员安全状态，载货信息包括所载货物的名称、危险等级、装载量、状态；航道内浮标或浮筒上的传感器用于感知和转发气象信息，包括风的方向和等级、水流的流速和流向、波浪情况、气象预报以及障碍物信息；桥梁以及架空天线上的传感器用于感知其安全状态信息，包括压力及形变状态；水下或河床上的传感器用于感知水环境的状态，包括水温、水深、含盐量以及污染状况。
6.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，所述航道两侧的传感器其功能除了具有感知船舶通行速度和流量以及监控船舶排污情况外，还将作为基站节点或汇聚节点，以汇集其所辖航道范围内各种传感器所发送来的信息，并将其通过有线或无线网络转发到区域航联网管理中心。
7.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，各个区域航联网管理中心的连接通过互联网Internet来实现，实现技术为云计算。
8.如权利要求1所述的基于无线传感器网络技术的内河管理信息***，其特征在于，传感器所感知或转发的信息将由航联网管理中心有选择性的发布到互联网中去，并可为各种互联网用户设置访问权限，以保障数据的***及数据的安全性和隐私。
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