[发明专利]一种基于无线传感网的水环境监测系统及信息融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测领域，具体为一种基于无线传感网的水环境监测系统及信息融合方法。

背景技术

随着工业化继续深入，人类生存依赖的水环境日益受到更多污染物的危害。因此，建立水环境监测系统，利用采集到的数据进行相应的分析预测，能够为治理工作提供有效科学的引导。当前，应用在水环境监测上面的主要方法是地面定点采样分析法和卫星遥感监测法。地面定点采样分析法需要在检测区域设定监测站点，耗费大量的人力物力，并且地面采样分析成本高，速度慢。遥感监测法更加侧重于“面状”监测，反映一定区域的整体情况，难以实现具体区域某些具体指标的监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线传感网的水环境监测系统及信息融合方法，本发明一种基于无线传感网的水环境监测系统，解决采用现有的地面采样分析存在难以全面监测且成本消耗大的不足以及卫星遥感监测难以实现具体区域某些具体指标监测的问题。本发明方法在各个网关收集数据的过程中，利用网关的计算和存储能力对数据进行融合，减少数据传输量，以提高数据的准确性和降低网关能量消耗。

本发明的技术方案如下

一种基于无线传感网的水环境监测系统由水环境参数采集节点、通信网关和远程监控系统组成。

水环境参数采集节点有一个长方形外壳，在水环境参数采集节点外壳上方设有1个采集节点ZigBee天线凹槽和1个传感器数据线输入凹槽。在水环境参数采集节点外壳内装有一块水环境采集电路板，该水环境采集电路板由主处理器电路、射频驱动电路、信号调理电路组成。该水环境采集电路板上的主处理器电路由无线传感器网络芯片CC2530及其外围电路组成，负责实现数据采集和ZigBee网络数据传输。该水环境采集电路板上的射频驱动电路由阻容器件组成，负责匹配ZigBee天线。该水环境采集电路板上的射频驱动电路上设有1个采集节点ZigBee天线接线端子，通过采集节点ZigBee高频线与采集节点ZigBee天线相连，该采集节点ZigBee天线接线端子位于水环境参数采集节点外壳上方的采集节点ZigBee天线凹槽处。该水环境采集电路板上的信号调理电路由阻容器件组成，负责对传感器信号进行调理。该水环境采集电路板上的信号调理电路上设有1个传感器数据线接线端子，通过传感器数据线与水环境采集传感器相连，该传感器数据线接线端子位于水环境参数采集节点外壳上方的传感器数据线输入凹槽处。

所述通信网关有一个长方形外壳，在通信网关外壳上方设有1个网关ZigBee天线凹槽和1个网关GPRS天线凹槽。在通信网关外壳内装有一块通信网关电路板，该通信网关电路板由微处理器电路、ZigBee通信电路和GPRS通信电路组成。该通信网关电路板上的微处理器电路由STM32F407ARM处理器及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和GPRS远程通信控制，将各个水环境采集节点的数据进行汇集，经过数据融合后将处理后的数据发送到远程监控系统。该通信网关电路板上的ZigBee通信电路由无线传感器网络芯片CC2530及其外围电路组成，负责与各个水环境采集节点进行通信。该ZigBee通信电路上设有1个网关ZigBee天线接线端子，通过网关ZigBee高频线与网关ZigBee天线相连，该网关ZigBee天线接线端子位于通信网关外壳上方的网关ZigBee天线凹槽处。该通信网关电路板上的GPRS通信电路由GPRS通信芯片SIM900A及其外围电路组成，负责与远程监控系统进行通信。该GPRS通信电路上设有1个GPRS天线接线端子，通过GPRS高频线与GPRS天线相连，该网关GPRS天线接线端子位于通信网关外壳上方的GPRS天线凹槽处。

所述远程监控系统由服务器及其上位机软件组成，通过GPRS网络接收各个通信网关发送来的监控区域的水环境水质情况，通过设定阈值，当某一项水环境指标超过阈值时进行报警，对监控区域水质进行实时监控的目的。同时，通过长时期的大数据统计，分析监控区域水域内的水质分布情况，为进一步治理水环境提供参考数据。

本发明所述监测信息融合方法如下：

由于同一子监控区域内相同类型传感器采集的数据量大，数据具有冗余性，因此，网关需要对同一类型的数据进行信息融合。本发明网关采用最优加权算法进行信息融合，融合的结果代表整个子区域的测量结果，以达到减少网络中的数据传输量的目的，进而降低通信功耗。

设一个子监控区域内相同传感器数据由N个节点组成，子监控区域内所有的这些节点都从不同的位置对目标参数进行检测，第个节点的输出方程为，其中为节点测量输出值。为所要估计的真值，为测量噪声，则输出方程满足