基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統的製作方法

2023-12-06 16:18:01

專利名稱：基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種內河管理信息系統，特別涉及到一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統。
背景技術：
內河航運利用天然河道和歷史上形成的人工河道，不佔地或少佔地，並具有運量大、成本低、能耗小等優勢，在煤、礦、油等大宗貨物、重大件貨物運輸方面具有不可替代的優勢。我國內河水資源豐富，自古以來內河運輸就佔有很大比重，加之如今南水北調工程的實施，南北內河網已經疏通，長航線多區域互聯將成為未來內河運輸的一種發展走向。但目前總體內河航道等級較低，通航能力還較差。主要表現為內河科技創新的應用明顯低於遠洋運輸，監控手段也比較落後，比如航道內的船舶停航檢查將導致通航速度降低、航道利用率下降以及環境不友好等。此外，內河航道在營運中還存在著一定程度的水汙染情況。綜上所述，針對現有技術的不足，特別需要一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，以解決現有技術的缺陷。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，通過將無線傳感器網絡技術運用於內河管理信息系統的構建，使內河船舶、航道以及水域環境得以全面實時的監控和綜合信息管理。本實用新型所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於，所述系統主要包括船載信息採集與顯示平臺、水環境採集分析單元、其他信息採集單元、網絡基站、中間件系統、區域航聯網管理中心以及網際網路管理中心；該系統通過在內河船舶上、航道內的浮標或浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內河水下或河床上部署傳感器採集信息，並通過 Zigbee網絡通信協議進行多跳自組網，來實現對內河船舶、航道以及水域進行全面、綜合立體的監控。在本實用新型的一個實施例中，所述船舶上的傳感器與船舶上其它電子設備的信息相連接，包括船載自動識別系統以及全球定位系統，數據傳輸方式採用RS-485通信方式。在本實用新型的一個實施例中，所述中間件系統包括基於雲計算技術研發的電子標籤設備中間件系統和無線傳感器網絡中間件系統。在本實用新型的一個實施例中，航道兩側部署的傳感器的間距為50-100米。在本實用新型的一個實施例中，所述船舶上的傳感器用於感知和轉發船舶的航行信息及載貨信息，航行信息包括船舶位置、航向、速度、吃水、出發地及目的地、船名、船號、 船籍、船型和船舶自身及人員安全狀態，載貨信息包括所載貨物的名稱、危險等級、裝載量、 狀態；航道內浮標或浮筒上的傳感器用於感知和轉發氣象信息，包括風的方向和等級、水流 3的流速和流向、波浪情況、氣象預報以及障礙物信息；橋梁以及架空天線上的傳感器用於感知其安全狀態信息，包括壓力及形變狀態；水下或河床上的傳感器用於感知水環境的狀態， 包括水溫、水深、含鹽量以及汙染狀況。在本實用新型的一個實施例中，所述航道兩側的傳感器其功能除了具有感知船舶通行速度和流量以及監控船舶排汙情況外，還將作為基站節點或匯聚節點，以匯集其所轄航道範圍內各種傳感器所發送來的信息，並將其通過有線或無線網絡轉發到區域航聯網管理中心。在本實用新型的一個實施例中，各個區域航聯網管理中心的連接通過網際網路 Internet來實現，實現技術為雲計算。在本實用新型的一個實施例中，傳感器所感知或轉發的信息將由航聯網管理中心有選擇性的發布到網際網路中去，並可為各種網際網路用戶設置訪問權限，以保障數據的系統及數據的安全性和隱私。本實用新型通過對內河船舶實時監管以及內河船舶之間的相互識別，實現對內河航運的高效管理，另外本實用新型還結合傳感器的環境監測功能，可實時監控水環境情況， 減少因人員操作疏忽或者違規操作帶來的環境汙染。

圖1為本實用新型所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統的信息傳輸結構圖；圖2為本實用新型所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統的實施例示意圖；圖3為本實用新型所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統的實施例拓撲結構圖；圖中1、當地內河航聯網管理中心；2、當地中心傳感器節點；3、固定基站(匯聚節點)；4、裝有AIS的船舶(海船)；5、水質採集分析單元；6、內河船舶；7、橋梁；8、其他信息採集單元
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明自了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型所述的一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於，所述系統主要包括船載信息採集與顯示平臺、水環境採集分析單元、其他信息採集單元、網絡基站、中間件系統、區域航聯網管理中心以及網際網路管理中心；該系統通過在內河船舶上、航道內的浮標或浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內河水下或河床上部署傳感器採集信息，並通過Zigbee網絡通信協議進行多跳自組網，來實現對內河船舶、航道以及水域進行全面、綜合立體的監控。其中，船舶上的傳感器與船舶上其它電子設備的信息相連接，包括船載自動識別系統以及全球定位系統，用於感知和轉發船舶的航行信息及載貨信息，航行信息包括船舶位置、航向、速度、吃水、出發地及目的地、船名、船號、船籍、船型和船舶自身及人員安全狀
4態，載貨信息包括所載貨物的名稱、危險等級、裝載量、狀態；航道內浮標或浮筒上的傳感器用於感知和轉發氣象信息，包括風的方向和等級、水流的流速和流向、波浪情況、氣象預報以及障礙物信息；橋梁以及架空天線上的傳感器用於感知其安全狀態信息，包括壓力及形變狀態；水下或河床上的傳感器用於感知水環境的狀態，包括水溫、水深、含鹽量以及汙染狀況；航道兩側的傳感器其功能除了具有感知船舶通行速度和流量以及監控船舶排汙情況外，還將作為基站節點或匯聚節點，以匯集其所轄航道範圍內各種傳感器所發送來的信息， 並將其通過有線或無線網絡轉發到區域航聯網管理中心。本實用新型實施例擬採取雲計算技術對系統網絡所收集到的信息進行處理，完成與網際網路的信息傳輸。通過網際網路，各地航聯網管理中心及其它授權的普通用戶可以瀏覽自己關心的數據，為實施各種調度和監控命令做準備。各網絡中心節點之間及網絡內各節點之間按最優路徑傳輸，並在駕駛臺設置網關連接傳感器網絡與遠程通信終端，以實現遠程監控，用以轉換兩者之間的協議。此外，在長江口等海船進出的水域，當地航管中心還需安裝AIS系統及信息互通系統，主要是將海船上的AIS信息傳送到本系統中去，使安裝本系統的船舶可以同時獲取未安裝本系統的海船的信息。相應的，航行於國際水域的船舶也可通過這一信息共享功能獲取內河船舶信息，減少危險發生機率。本實用新型實施例所構建的中間件系統包括RFID設備中間件系統和WSN中間件系統，主要實現底層硬體設備與應用系統之間的數據傳輸、過濾、數據格式轉換，一方面 RFID中間件系統將不兼容的異地船舶數據信息經過處理後轉換為上位機系統可識別的數據格式並將其導入到系統管理資料庫中，另一方面無線傳感器模塊搜集的各種數據信息， 經過中間件提取、解密、過濾、格式轉換、導入到管理信息系統，並通過應用系統反應在程序界面上，供船舶操作者和系統管理人員瀏覽、選擇、修改、查詢。中間件技術降低了應用開發的難度，使開發者不需要直接面對底層架構，而通過中間件進行調用相關數據和傳遞相關命令。本實用新型實施例所構建系統提供的數據傳輸系統由兩部分通信協議組成 RS-485和ZigBee無線通信方式。當地航管中心節點與監測計算機之間的通信採用RS-485 通信方式。為了避免多個中心在同一時間發送數據而導致競爭，所有的通信過程由監測計算機控制，採用上位機主導的命令/響應方式。RS-485總線通信距離可達到1200米，傳感器節點與中心節點的通信採用無線通信方式，傳感器節點與中心節點的距離可以達到200 米。固定節點與傳感器節點之間採用ZigBee無線通信的方式，一個中心節點可以與多個傳感器節點進行通信，可避免多個傳感器節點在同一時間發送數據而產生衝突。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內，本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於，所述系統主要包括船載信息採集與顯示平臺、水環境採集分析單元、其他信息採集單元、網絡基站、中間件系統、區域航聯網管理中心以及網際網路管理中心。
2.如權利要求1所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於， 所述船舶上的傳感器與船舶上其它電子設備的信息相連接，包括船載自動識別系統以及全球定位系統，數據傳輸方式採用RS-485通信方式。
3.如權利要求1所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於， 所述中間件系統包括電子標籤設備中間件系統和無線傳感器網絡中間件系統。
4.如權利要求1所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於， 航道兩側部署的傳感器的間距為50-100米。
5.如權利要求1所述的基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，其特徵在於， 各個區域航聯網管理中心的連接通過網際網路Internet來實現，實現技術為雲計算。
專利摘要本實用新型的目的在於公開一種基於無線傳感器網絡技術的內河管理信息系統，所述系統主要包括船載信息採集與顯示平臺、水環境採集分析單元、其他信息採集單元、網絡基站、中間件系統、當地航聯網管理中心以及網際網路管理中心。通過在內河船舶上、航道內的浮標或浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內河水下或河床上部署大量的各種傳感器，並通過Zigbee網絡通信協議進行多跳自組網，來實現對內河船舶、航道以及水域進行全面、綜合立體的監控，從而保障內河船舶的航行安全以及內河水域的環境清潔。
文檔編號H04W84/18GK202013587SQ20112003838
公開日2011年10月19日 申請日期2011年2月15日 優先權日2011年2月15日
發明者吳華鋒, 周長青, 陳信強 申請人:上海海事大學