[发明专利]基于WSAN的复杂管网分布式数据采集系统及传输优化方法

说明书

本发明提供一种基于WSAN的复杂管网分布式数据采集系统及传输优化方法，涉及无线传感网络领域。该系统包括感知、执行器、网络和监控4个单元；该方法包括：建立网络并初始化网络中各节点参数；在监测区域均匀分布执行器节点；确定传感器节点组的初始组头和组员并实时更新各节点的所在组；根据压力和流量信号计算回归系数向量并构建回归系数矩阵；根据信号强度确定组头对应执行器；实时更新分布式网络模型的参数，同时组头接收数据构建回归系数矩阵并将其发给执行器；监控单元存储、处理和分析数据，实时监控复杂管网工况。本方法解决了风功率的不确定性，降低由于风电随机性导致的上报预测误差，提高风功率预测的准确性，使电力系统更平稳经济调度。

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，具体涉及一种基于WSAN的复杂管网分布式数据采集系统及传输优化方法。

背景技术

城市复杂结构管网是运行控制均为多目标的网状系统，其具有规模巨大、结构错综复杂、随机性强的特点。近年来，随着城市复杂管网规模的不断扩大，管网系统的复杂性和多变性更为突出，管网正常运行的安全性和可靠性也尤为重要。如何有效的应对自然变化和社会发展，复杂管网作为社会建设的重要组成部分，面临着管理和调度的严峻考验。使用现代化的管理手段，在管网系统中实现网络化监测，是势在必行的。

目前国内外基于无线传感网络检测技术的应用也有很多，主要是应用到了环境监测和野外设备监控方面。通常的无线传感器网络需要依靠电池供电，在各种干扰环境下长时间工作，并且在各种操作中，节点的数据传输是很消耗能量的，从而严重影响了整个无线传感网络的生命周期，另外网络覆盖率，数据冗余度都是影响网络生命周期的重要因素。因此如何提升网络的生命周期，成为现如今的重要研究方向。目前的管网监测和管理侧重于泄漏、爆管等事故发生后的维修和补救，尚没有形成动态实时监测和预测性诊断集成系统，不具备管网的灾害预警功能。目前鲜有基于WSAN的管网监测系统，因此亟待将WSN技术应用在复杂管网中，设计相应的监控系统，实现实时监测管网工况，降低维护成本，对提高管网的运行安全性具有重大意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于WSAN的复杂管网分布式数据采集系统及传输优化方法，对复杂管网工况进行实时监测并在监控中心显示，其建设成本低，可适应复杂管网的各种工况环境，并实时对传感器节点进行控制，执行器模块根据收集的监测信息做出决策并执行相关的操作，通过合理的控制传感器节点的工作状态和数据传输机制，实现节能，并保证较高的覆盖率，网络生命周期更长。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种基于WSAN的复杂管网分布式数据采集系统，包括感知单元、执行器单元、网络单元和监控单元；

所述感知单元，由多个传感器节点组组成，用于将监测到的信息数据通过执行器单元和网络单元传送给监控单元进行处理并分析，实时监测复杂管网的各种工况；

所述执行器单元，由与传感器节点组个数相同的执行器节点组成，用于将接收的数据进行存储并分析，生成操作命令并执行后，确定各个节点组的组头和各个节点的工作状态，同时将数据和操作行为发送给网络单元；

所述网络单元，即汇聚节点，用于接收执行器单元的数据，再将接收到的数据存储起来并发送给监控单元；

所述监控单元，包括服务器和上位机，用于接收并存储网络单元发送的数据信号，再将数据信号进行分析与处理，达到实时监测复杂管网现场工况的目的。

进一步地，所述传感器节点组由有限个传感器节点组成，每个传感器节点包括压力传感器、流量传感器、数据采集模块、第一电源模块、第一无线收发模块、GPS模块和第一处理器模块；

所述压力和流量传感器，用于采集复杂管网的压力、流量信号；

所述数据采集模块，包括信号调理电路、模数转换器，用于接收压力和流量传感器采集到的压力、流量信号，并对信号的放大、滤波和模数转换功能；