[发明专利]管理地下设施的无线通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及管理地下设施的无线通信系统，更具体地，涉及管理下述地下设施的无线通信系统：所述地下设施能够在恶劣的地下环境下为无线通信提供其经过精确测量的状态信息。

背景技术

磁场通信是利用区域内的磁场的无线通信系统，该区域由距天线的距离λ/2π限定，在该距离处，电磁场与天线分离，并以电磁波的形式传播到自由空间中。磁场通信在包含金属、水、土壤或倒塌的建筑物残骸的恶劣环境下可靠地工作。

图1是示出了用于磁场通信的磁场区域的产生的示意图。当在偶极子天线的馈电点之间施加AC电压时，产生的电场导致在天线中形成AC电流，并由此产生了磁场。电磁场在距离d处与天线分离并发射到自由空间中，其中d等于λ/2π。此时，发送单元通过利用诸如ASK或BPSK之类的方法调制的磁场发送数据信号，接收单元接收来自发送单元通过磁场发送的数据信号，并且利用ASK或BPSK方法解调数据信号以获得原始数据。

磁场通信在靠近水、土壤或金属的环境中实现了可靠的无线通信；磁场通信被广泛地认为是一种重要的突破RFID/USN技术的限制的无线通信技术。

由于在靠近水、土壤或金属的恶劣环境中的强烈干扰，传统RFID/USN技术遇到了通信困难。表1示出了磁场通信和其他短距离通信的对比。

表1

诸如供水线路、地下水道系统、输电线、输气管道、通信线路、油管、热管的生命线是主要的地下设施，出于保护和美观的目的，这些设施通常被埋设在地下。

但是由于其建设在地下，很难准确地确定这些地下设施的状态。经常地检查这些设施的状况是十分重要的，这是因为一旦上述生命线之一发生故障，影响将是巨大的。

出于这个原因，人们正在研究使用多个传感器在地面上采集地下设施的状态信息的方法，其中，这些传感器是附属于地下设施上的能够感知其状况的传感器。然而，由传感器探测到的感知信号不能够使用利用RFID/USN技术的传统通信方法发送到地面。

发明内容

技术问题

本发明被提出以解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种管理地下设施的无线通信系统，该地下设施能够在恶劣环境下通过附属于埋在地下的设施的传感器节点和位于地面上的信息采集设备之间的磁场通信来采集地下设施的状态信息。

本发明的另一个目的是提供一种管理地下设施的无线通信系统，该系统能够半永久性地运行而不需要替换电池，因为可以利用从信息采集设备发送的磁场通信信号为传感器节点的驱动电源充电。

本发明的另一个目的是提供一种管理地下设施的无线通信系统，该系统能够利用信息采集设备和传感器节点之间的距离信息和信息采集设备的GPS位置信息实现对地下设施的基于位置的监测。

技术方案

根据本发明的一种示例性实施方式的管理地下设施的无线通信系统包括：多个附属于地下设施的传感器节点，所述传感器节点在根据包括唤醒信号的驱动信号探测地下设施的状态信息后，通过磁场通信发送感知信号；以及信息采集设备，所述信息采集设备将驱动信号发送给传感器节点，采集从传感器节点发送的感知信号，并将采集到的信息通过短距离无线通信发送给监测系统。

根据本发明的具体特征的驱动信号由传感器节点的唤醒信号和充电信号组成，并且每个信号具有预定的期间。当接收到唤醒信号时，传感器节点退出空闲模式并探测地下设施的状况，还将状态数据发送给信息采集设备。在状态数据的发送完成之后，传感器节点很快再次进入空闲模式以降低能耗。在空闲模式期间，充电单元利用在驱动信号的充电信号期间接收到的充电信号为传感器节点中的电池充电，该电池被作为驱动电源。

传感器节点由下述设备组成：输出通过探测地下设施状况而得到的感知信号的传感器，所述探测响应于包括在驱动信号中的唤醒信号；通信单元，该通信单元通过磁场通信与信息采集设备之间进行数据的发送和接收；充电单元，用于在充电信号期间为电池充电，所述充电信号期间包括在从信息采集设备发送的驱动信号中；以及控制单元，用于将由传感器在驱动信号的唤醒信号期间探测到的感知信号发送到信息采集设备，并在充电信号期间发送控制信号以通过充电单元为电池充电。