[发明专利]一种基于信息物理系统的传感器网络节点震后部署方法

说明书

技术领域

本发明为基于分布式多媒体传感器网络(Distributed Multimedia Sensor Network)， 信息物理系统（Cyber Physical Systems）的方案，该方案主要用来解决在地震，海啸等灾后救援过程中存在的一些问题，对缩短救援时间，保障人民生命财产安全有着十分重要的意义，该项目属于CPS和物联网技术领域。

背景技术

    自然灾害是人类文明发展中的巨大威胁。近年来的几次大的地震，例如2008年5月的汶川地震（8级），2011年智利康塞普西翁地震（6.8级），2011年青海玉树地震（7.1级），2011年日本大地震（9级）都对人类生命安全和财产安全造成了巨大灾难。而灾后救援工作是应对自然灾害的一个重要项目，其中最突出的挑战是救灾的时效和广度。但由于救灾人力资源有限、部分地区地形恶劣或者由于地表在灾后挤压变形等诸多原因，给救援造成了巨大的困难。综合最近若干年的灾后救援情况，经过调研发现主要存在以下几个重要障碍：

（1）以汶川地震为例，据报道，震后当日，成都军区向灾区各个方向派出的救援人员已达 6100人，虽然震后救灾人员第一时间赶赴灾区，但由于地形险峻，救援人员只能在原地待命，难以开展深入救援工作。 

（2）震后救灾的第一要务是救人，而由于大地震后往往会引发山体滑坡，泥石流（汶川，玉树）和海啸（智利，日本），并伴随强度不一的余震，救灾人员自身的生命安全受到巨大的考验。

（3）由于大地震震区范围广，搜救广度深，要在救援黄金72小时内解救被埋被困人员的压力较大。很多时候虽然采用地毯式搜救，但缺少目的性而造成时间的浪费。

（4）大地震会造成地球磁极偏转，对通讯设施破坏很大，大部分常规通信无法再第一时间正常运行，可能导致飞机无法飞行，受灾人员无法与外界取得联系。

（5）在救援过程中，由于灾民可能会受困于倒塌的房屋建筑之内，钢筋混凝土工程的搬运费时费力，工作量很大，而且会给受困人员带来安全风险，如何随时感知被困人员的生命体征是一个考验。

（6）由于公路，铁路的破坏，且震区会出现极寒气候，部分地区伴随有难以预知的海啸发生，震区人员的疏散问题收到考验。

（7）基于日本地震引发的核震，在救核问题上，人类会面临辐射威胁，因此震区的数据采集，例如核辐射时对空气中气溶胶、气碘样品、湿沉降物等样品的需要连续采集、测量、分析，而人类进入辐射区域进行测量危险极大。

（8）尽管预测地震何时发生难度很大，几乎不可预知，但是在震时或临震前数秒还是可以得到部分数据，这些数据对于获取地震信息非常重要，对于震后的研究意义重大。

不失一般性，以上的问题在今后地震救灾时可能会发生，因此解决以上问题对提高救援水平而言具有十分重要的意义。本发明拟采用基于CPS技术的DMSN方案解决以上问题。CPS技术，中文译为信息物理系统，它是计算进程和物理进程的一个统一体，通过3C技术——计算（Computation）、通信（Communication）和控制（Control）达到人机交互接口实现和物理进程的交互，并使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。CPS技术实现了计算、通信与物理系统的一体化设计，可以使系统更加的可靠、高效并且可以实时协同，从而具有重要而广泛的应用前景。它囊括了移动通信网络技术、传感器网络技术和射频识别技术 (Radio Frequency Identification)技术。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。DMSN，中文译为分布式多媒体传感网，具有典型无线传感器网络(WSNs)的以数据为中心，合作处理，指定应用，大量散播，分布式等特点；同时，多媒体传感器的应用使得DMSN可以传输更高带宽的音频，视频信息，DMSN可以与其他预先分布的硬件进行交互通信而扩展其性能。在DMSN的节点中嵌入自由空间光学(Free-Space Optical)技术，可以提供全双工的千兆以太网的吞吐量，并且不需要RF频谱许可和无需软件升级的特性也可以改善射频识别在通信中的瓶颈，更适合于救灾应用。

发明内容