[发明专利]基于无线传感器和地理信息的环境监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络环境监测系统，具体是在现有的环境监测设备上加以改进，通过加入专业的传感器检测模块，构成终端传感器采集节点，并通过ZigBee协议和串口通信协议以及TCP/IP协议将采集到的环境数据实时发布到集控中心。集控中心完成数据的接收、存储与管理，发布GIS（地理信息系统）服务信息，组成无线环境监测系统。预警信息可通过集控中心后台管理程序自动发送至各个监控窗口。本系统可用于户外无线环境监测领域。

背景技术

环境污染问题已成为人类发展过程中最重要的问题，人类的健康与生存环境息息相关。传统的环境监测方法是人工采集污染源样品，将采集到的样品带回实验室进行分析，这种监测手段不容易监测到实时环境数据，并且在一些环境恶劣的地区，人工无法采集样品。随着微电子技术、计算机技术和无线通信技术等的发展，环境监测系统设计趋向于无线监测，无线传感器网络可以对监测区域全面、高效、经济的布置监测节点，获得环境参数，为人们监测环境提供了一个很好的方法。

在总体上，我国无线环境监测方面的研究起步较晚，与国际先进水平还有不小的差距。各种环境传感器功能仍比较单一、可以监测的污染物不多，可靠性不高；环境监测主要依靠现有通信系统实现，没有充分应用信息通信的诸多先进技术。

发明内容

本发明针对已有无线监测技术，提出一种融入地理信息系统的、基于ZigBee网络的基于无线传感器和地理信息的环境监测系统及方法。无线环境数据的采集通过ZigBee网络，采用多跳传输方式，对采集到的环境数据进行传输和发送。

本发明基于无线传感器和地理信息的环境监测系统，包括无线传感器网络系统和数据处理及集中监控系统，其中无线传感器网络系统包括由多个检测节点构成的现场传感器网络、由终端采集节点、Sink节点和多个中继节点构成的中继传输网络组成，数据处理及集中监控系统包括数据处理系统、集控分中心系统、GIS系统和集控中心；终端节点上的传感器模块对周边环境数据进行采集，在查询到通讯信道空闲后，终端节点将采集到的数据发送到中继节点；中继节点接收到终端节点传输来的数据，确认数据包完整，获取数据帧里的源地址信息和有效数据，选取空闲信道，将数据发送到现场采集工作站中的协调器即Sink节点；Sink节点把各个终端节点采集到的数据排队，按照RS232协议，将数据发送到集控分中心系统，集控分中心系统通过GUI人机界面实时监控终端节点所采集到的环境数据；集控分中心通过现有通讯链路或者环境专用通讯链路，将环境数据再发送到集控中心，由集控中心通过GIS系统发布地理信息GIS服务信息。

所述终端节点上的传感器模块包括气体传感器、温湿度传感器、光照传感器以及固体粉尘传感器。

所述终端节点上的传感器模块还包括GPS数据采集模块。

所述终端节点和中继节点的供电模块采用太阳能与蓄电池双电源工作。

本发明基于无线传感器和地理信息的环境监测系统的监测方法如下：采用终端节点上的传感器模块对周边环境数据进行采集，在查询到通讯信道空闲后，终端节点将采集到的数据发送到中继节点；采用中继节点接收到终端节点传输来的数据，确认数据包完整，获取数据帧里的源地址信息和有效数据，选取空闲信道，将数据发送到现场采集工作站中的协调器即Sink节点；采用Sink节点把各个终端节点采集到的数据排队，按照RS232协议，将数据发送到集控分中心系统，采用集控分中心系统通过GUI人机界面实时监控终端节点所采集到的环境数据；采用集控分中心通过现有通讯链路或者环境专用通讯链路，将环境数据再发送到集控中心；采用集控中心通过GIS系统发布地理信息GIS服务信息。

本发明基于无线传感器网络的数据解决方案，对采集到的野外环境数据进行及时的分析处理，传感器网络按照GIS系统的需要，获取特定地理位置的数据，将节点及其附近区域的环境参数以地图化的形象方式呈现在人机界面上，并对被监测区域发出预警信息，实现对户外某一区域环境的实时监测。在集控中心的上位机监控软件中，无线传感器网络中的各个终端采集节点，可以根据监测人员的需求，在GIS地理信息系统中通过GPS定位技术描绘出各个传感器节点的坐标，并且获取特定地理位置的数据，可以将各个节点及其附近区域的环境参数以地图化的方式呈现在人机界面上来，让监测人员实时掌握该区域中每个节点的工作状态，获取每个节点所采集到的最新环境参数，将同一区域不同节点所采集到的环境数据进行比较分析后，发出即时的预警信号，并将预警信号发送给相关监测人员，采取相应的保护措施，因而可以实现对户外某一区域环境的实时监测预警。

附图说明