[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于WSAN的复杂管网分布式数据采集系统，其特征在于，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；所述第一电源模块，采用独立电源，用于为传感器节点供电；所述第一无线收发模块，采用ZigBee协议通信，完成无线网络的组建，用于接收执行器单元的指令和向传感器节点组组头发送采集到的数据和位置、时间信息；所述GPS模块，用于对传感器节点进行定位和校时；所述第一处理器模块，用于控制整个传感器节点的工作；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；所述执行器节点包括第二无线收发模块、第二电源模块和中央控制模块；所述第二无线收发模块，用于接收传感器节点组组头的数据信息，并将中央控制模块生成的数据和操作行为发送给网络单元；所述第二电源模块，采用独立电源，用于为执行器单元供电；所述中央控制模块，包括命令执行单元、数模转换器、第二处理器和控制器，用于将执行器单元接收到的数据进行存储并分析，然后由控制器做出决策，生成相应的操作命令，控制命令执行单元进行相应操作完成初始化和数据计算，最后将生成的数据和操作行为传递给第二无线收发模块；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；所述网络单元包括ZigBee协调器、微控制器、存储模块、第三电源模块以及GPRS和Intemet模块；所述ZigBee协调器，通过串口连接微控制器，用于接收执行器单元发送的数据和操作行为，并通过微控制器存储到存储模块；所述存储模块，用于存储接收到的执行器单元发送的数据和操作行为；所述第三电源模块，采用不间断电源，用于为网络单元供电；所述GPRS和Internet模块，用于将网络单元接收到的数据信息通过无线或有线的方式发送给监控单元；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；所述服务器，用于接收并存储网络单元发送的数据信号，并将数据存储到数据库；所述上位机，用于对服务器接收到的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，包括压力与流量数据存储模块，数据处理模块、管道工况监测模块；所述压力与流量数据存储模块，用于接收并解析网络单元传送的压力及流量数据，将各个传感器节点的压力、流量数据、时间和位置坐标数据以4维矩阵形式按照GPS时间顺序进行存储；所述数据处理模块，用于从压力与流量数据存储模块中获取数据并进行处理与计算；所述管道工况监测模块，用于利用压力及流量的实时数据，根据压力与流量数据存储模块和数据处理模块的数据处理与计算结果判断管道的实际工作情况。