[发明专利]基于混杂式传感器网络的核监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测和移动机器人控制领域，特别涉及一种基于混杂式传感器网络的 核监测系统及方法。

背景技术

核和辐射监测系统主要包括两类：一类是定点监测，主要针对核电站和核辐射设施安 装核监测装备；另一类是应急监测，比如战时核袭击或恐怖分子核袭击活动后，实施核监 测，根据监测结果估算、预测核和辐射袭击的毁伤结果，从而决策下一步行动方案并付诸 实施。

核监测是以核辐射为对象的，核监测系统主要是测定核辐射现场的各个参数，如剂量 率、地点、时间和气象等，测量结果通过通信系统送至监控端。

我国核和辐射监测系统目前存在的主要问题：系统智能化水平还比较低，现有通信系 统大都以有线接入为主，设施扩建更新困难；一旦发生灾害事故、意外切断线路或者连接 不良而造成线路中断，导致通信线路失效，破坏系统中的数据交换，而排查故障往往需要 花费大量的时间；并且，传统的核监测系统有一个薄弱环节，即线路本身会有一些金属接 头生锈、渗水、布线材料容易受到腐蚀，同时受到光辐射的损伤及冲击波造成的机械性破 坏也时有发生。传统的针对核电站和核辐射设施进行测量或监测时，都需要人员对仪器实 时看护，这样不可避免的会造成对人的辐射和吸入性的内照射，对身体健康造成很大的危 害。

而在针对核和辐射突发事故现场的应急监测方面，目前主要有两种方法：一是派人驾 驶核侦检车进行监测；二是由核救援队员身穿防护服，背负自供氧气设备，并且携带核和 辐射检测装置进入事故现场，一边测量一边前进。前者不能适应某些受到地形和空间限制、 人和大型设备难以接近或进入的场合信息检测的要求；后者劳动强度大，并且，在对一些 情况不明的场所或可疑物品进行监测时，也无法将人从危险、恶劣的工作环境中解放出来。

发明内容

本发明将无线传感器网络技术和移动机器人系统进行有效结合，目的在于提供了一整 套面向核和辐射监测的基于混杂式传感器网络的核监测系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：通过在核和辐射监测现场部署一定数量 的小型化传感器节点，传感器节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统， 从而实现网络覆盖区域内核和辐射信息的采集量化、处理融合和传输应用。同时，利用移 动节点代替工作人员进入一些突发、情况不明或者人难以进入的场合去查明现场情况、取 回样本数据。

基于混杂式传感器网络的核监测系统，具有四级结构的基于混杂式传感器网络的核监 测系统，分别是工作于核和辐射监测现场的传感器节点(包括普通节点和移动节点)，节 点之间通过支持网状联网的ZigBee多跳路由协议进行通信，向上为数据汇总的本地基站， 本地监测中心通过本地基站接收ZigBee网络传输的数据信息，远程监测中心通过访问本 地监测中心的计算机或者本地基站建立与核和辐射监测现场的混杂式传感器网络的通信 连接。

基于混杂式传感器网络的核监测系统，后台监测中心的监视平台设有包括实时数据的 采集和数据库存储、图形显示和人机对话，结合基于数字地图的导航监控，由传感器节点 返回的地理位置信息，在地图上获得相对应的节点图标，并不断对移动节点的位置信息进 行刷新，一方面是可以根据监测结果确定监测区域核辐射分布情况，通过定义不同颜色对 不同地点的不同辐射强度进行区别显示，进而可以对核辐射的运动状态进行跟踪；另一方 面，普通节点和移动节点通过获得的各自地理位置信息建立传感器节点网络分布拓扑图， 可以限制移动节点网络中搜索目标区域的范围，从而提高移动节点的部署能力。

基于混杂式传感器网络的核监测系统，所有的传感器节点都设有连续和定时两种监测 模式，并且可以随时切换工作模式，从而可以满足不同监测场合对于监测等级的不同需求。 在接收到后台监测中心通过本地基站发来的监测指令后，由普通节点或移动节点上的32 位MCU控制核辐射器模块高、低压电源的通断。定时测量采取的是n(n≥1)次连续测量， 外加一段时间的延时，测量次数和延时时间可以任意设置，通过让传感器节点进行间歇性 工作以节省能量，从而不仅可以降低系统的成本，进而可以延长整个网络的生命周期。

后台监测中心(包括本地监测中心或远程监测中心)通过本地基站接收由ZigBee网 络传递的传感器节点(包括普通节点和移动节点)返回的数据，同时可以将后台监测中心 的控制及查询指令通过ZigBee网络发送至监测现场的传感器节点。