專利名稱：一種熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)布置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)布置方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能道路照明系統(tǒng)中引入了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是利用分布式的多傳感器智能感知外界環(huán)境信息，并根據(jù)道路中行人和車輛的狀況，實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能管理和節(jié)能控制。熱釋電紅外傳感器可在一定距離內(nèi)被動(dòng)地感知人體和車輛輻射出的紅外線，被廣泛地應(yīng)用于智能道路照明系統(tǒng)中。而在應(yīng)用熱釋電紅外傳感器對道路中的行人和車輛進(jìn)行信息采集時(shí)，由于受傳感器的感知范圍、燈桿的實(shí)際高度和傳感器的擺放角度等諸因素的影響，如何科學(xué)的尋求它們的最佳組合，根據(jù)探測的任務(wù)來最大化、最優(yōu)化的覆蓋探測區(qū)域就 成為了實(shí)際應(yīng)用中必須解決的問題。而目前還沒有針對智能道路照明的熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)布置方法；本發(fā)明采取的技術(shù)方案本發(fā)明包括如下步驟步驟一根據(jù)熱釋電紅外傳感器的特性，建立熱釋電紅外傳感器在空間中的感知數(shù)學(xué)模型；步驟二 根據(jù)小區(qū)道路環(huán)境情況建立其模型圖，在模型圖的燈桿上布置熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)，分析影響熱釋電紅外傳感器感知區(qū)域的因素；步驟三隨著熱釋電紅外傳感器安裝在燈桿上的高度，安放角度的不同，其在地面對應(yīng)的感知區(qū)域?yàn)椴煌臋E圓，在其感知角度和最大感知距離的限制下，確定其安裝角度，使單個(gè)熱釋電紅外傳感器的感知區(qū)域最大；步驟四根據(jù)行人在道路中的行走習(xí)慣即當(dāng)人在夜間靠近路燈側(cè)行走和熱釋電紅外傳感器的特點(diǎn)，確定在小區(qū)道路對行人和車輛進(jìn)行檢測時(shí)所需要的傳感器數(shù)量及安放角度。本發(fā)明的原理本發(fā)明利用空間幾何原理、菲涅爾透鏡的幾何特性、道路模型，構(gòu)建傳感器感知覆蓋模型，在各種不同的工程現(xiàn)場情況下，都可以計(jì)算出傳感器的最佳安置方法。本發(fā)明的有益效果根據(jù)傳感器特性以及智能照明系統(tǒng)現(xiàn)有條件和所需的要求，保證熱釋電傳感器在一定高度下感應(yīng)符合人流或車輛的最大活動(dòng)區(qū)域，以此計(jì)算出所需的熱釋電的最佳安裝角度和最少數(shù)量，以此為智能照明提供穩(wěn)定的傳感信息來減少傳感器直接的干擾及感應(yīng)速度也快。


圖I :熱釋電紅外傳感器的安裝示意圖。圖2 :單個(gè)熱釋電紅外傳感器在小區(qū)道路中的感知區(qū)域示意圖。圖3 :熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)探測區(qū)域一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。步驟一根據(jù)熱釋電紅外傳感器的特性，建立熱釋電紅外傳感器在空間中的感知數(shù)學(xué)模型； 步驟二 根據(jù)小區(qū)道路環(huán)境情況建立其模型圖，在模型圖的燈桿上布置熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)，分析影響熱釋電紅外傳感器感知區(qū)域的因素；步驟三隨著熱釋電紅外傳感器安裝在燈桿上的高度及安放角度的不同，熱釋電紅外傳感器在地面對應(yīng)的感知區(qū)域?yàn)椴煌臋E圓，在熱釋電紅外傳感器感知角度和最大感知距離的限制下，確定熱釋電紅外傳感器安裝角度使單個(gè)熱釋電紅外傳感器的感知區(qū)域最大；步驟四根據(jù)行人在道路中的行走習(xí)慣和熱釋電紅外傳感器的特點(diǎn)，確定在小區(qū)道路對行人和車輛進(jìn)行檢測時(shí)，所需要的傳感器數(shù)量及安放角度。以下所涉及到的熱釋電紅外傳感器的最大感知角度Θ的取值范圍在O到135度，熱釋電紅外傳感器的最大感知距離R的取值范圍是不大于12米的正數(shù)。所述步驟一的具體實(shí)施方式
如下熱釋電紅外傳感器以它的熱釋電元件為中心，通過菲涅爾透鏡的放大效應(yīng)，感知時(shí)具有一個(gè)最大感知角度Θ，如果把熱釋電紅外傳感器固定在空間中的某個(gè)位置，那么它的感知區(qū)域就可以看成是以該點(diǎn)為頂點(diǎn)，以熱釋電紅外傳感器最大感知角度Θ為頂角的圓錐體，為了方便計(jì)算，將這個(gè)圓錐體的頂點(diǎn)設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，得其數(shù)學(xué)模型為^Jx2 +y2 +Z2 cos(·^) = (xcosa+ycosfi+zcosy),所述cosa、cos@和cos Y分別為熱釋電紅外傳感器感知區(qū)域所形成的圓錐體中心軸線與X、y和z軸正方向形成的夾角的余弦值,并且滿足cos2 a +cos2 β +cos2 Y = I。所述步驟二的具體實(shí)施方式
按如下步驟進(jìn)行(A)小區(qū)道路模型圖I所示在小區(qū)中設(shè)機(jī)動(dòng)車道寬度為D，人行道寬度為d，將熱釋電紅外傳感器固定在距離地面h高度為H的燈桿上。(B)影響熱釋電紅外傳感器感知區(qū)域的因素根據(jù)熱釋電紅外傳感器自身的特性和小區(qū)道路的環(huán)境可以得出影響其感知空間的因素，這些因素包括以下4點(diǎn)(I)熱釋電紅外傳感器的最大感知距離R。(2)熱釋電紅外傳感器最大感知角度Θ。(3)熱釋電紅外傳感器擺放在燈桿上的高度h。(4)熱釋電紅外傳感器在空間中的擺放角度。用其在空間中形成的感知圓錐體中軸線與各坐標(biāo)軸正方向形成的夾角α、β和Y表示熱釋電紅外傳感器在空間中的擺放角度。所述步驟三的具體實(shí)施方式
如下在對道路上的行人和車輛進(jìn)行探測時(shí)，為了使熱釋電紅外傳感器不漏檢目標(biāo)，應(yīng)使其探測區(qū)域覆蓋到地面，同時(shí)當(dāng)其探知的最遠(yuǎn)距離等于最大感知距離R時(shí)，其形成的感知區(qū)域最大。圖2所示假設(shè)此時(shí)將熱釋電紅外傳感器向下固定在高度為H的燈桿上某一點(diǎn)處0，O距離地面高度為h，為了計(jì)算需要，以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，平行道路的方向?yàn)閄軸，垂直道路的方向?yàn)閥軸，燈桿的方向?yàn)閦軸，建立空間直角坐標(biāo)系，則熱釋電紅外傳感器所形成的感知區(qū)域?qū)⑹且粋€(gè)以O(shè)為頂點(diǎn)，中軸線OC分別與X、y和z軸正方向成α、β和Y角的圓錐體，如圖2所示，設(shè)OA為熱釋電紅外傳感器探知的最遠(yuǎn)距離，最遠(yuǎn)距離值等于最大感知距離R，這時(shí)可以求出熱釋電紅外傳感器在空間擺放角λ的表達(dá)式 「 3 f f f h)外λ = arccos -cos arccos ——— ,
VV\R/ 2并且滿足cos2 a + cos2 β = I-Cos2 arccos(A/i )—昏。所述步驟四的具體實(shí)施方式
如下(A)對人行道的探測如圖2所示當(dāng)布置熱釋電紅外傳感器對人行道進(jìn)行探測時(shí)，其β值可取的范圍為90° < β < 270°。行人在夜間有靠近路燈側(cè)行走的習(xí)慣即當(dāng)人在夜間靠近路燈側(cè)行走時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況，第一種情況是行人沿著X軸正方向靠近路燈及第二種情況行人沿著X軸負(fù)方向靠近路燈；為了使熱釋電紅外傳感器在地面形成的橢圓形感知區(qū)域最大化的覆蓋行人前來的方向就需要用兩個(gè)熱釋電紅外傳感器，在這種條件下的β值第一種情況取90°和第二種情況取270°，這樣就得到用兩個(gè)熱釋電紅外傳感器感知小區(qū)人行道的傳感器擺放角度
「ΓΤθ))cl = arccos Jl- cos' arccos ———，
[i t UJ 2 jj^ = 90°，
「 f f fk) θλ)χη = arccos —cos arccos ——— ，
VVzJJ和
「 4 fh)Ot1 - arccos -Jl-cos arccos —--，
I i I UJ 2jjβ 2 = 270°，
「 f f fh) θ))% 二 arccos -cos arccos ———。
I I UJ 2jJ(B)對機(jī)動(dòng)車道的探測熱釋電紅外傳感器可以探測運(yùn)動(dòng)的人體和行進(jìn)的車輛，但由于其自身的特點(diǎn)，目前主要應(yīng)用其對人員進(jìn)行探測，對機(jī)動(dòng)車進(jìn)行探測并不是其感知的重點(diǎn)，因此，在對機(jī)動(dòng)車道進(jìn)行探測時(shí)，為了不漏檢車輛需選取熱釋電紅外傳感器覆蓋整個(gè)機(jī)動(dòng)車道。如圖2所示只有α取90°時(shí)傳感器所形成的感知區(qū)域才能在橫向最大化覆蓋機(jī)動(dòng)車道，這時(shí)熱釋電紅外傳感器的擺放角度為α3 = 90。，

權(quán)利要求
1.一種熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)布置方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一根據(jù)熱釋電紅外傳感器的特性，建立熱釋電紅外傳感器在空間中的感知數(shù)學(xué)模型，其方法如下； 熱釋電紅外傳感器以它的熱釋電元件為中心，通過菲涅爾透鏡的放大效應(yīng)，感知時(shí)具有一個(gè)最大感知角度Θ，如果把熱釋電紅外傳感器固定在空間中的某個(gè)位置，那么它的感知區(qū)域就可以看成是以該點(diǎn)為頂點(diǎn)，以熱釋電紅外傳感器最大感知角度Θ為頂角的圓錐體，為了方便計(jì)算，將這個(gè)圓錐體的頂點(diǎn)設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，得其感知數(shù)學(xué)模型為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)布置方法，其特征在于所述熱釋電紅外傳感器的最大感知角度Θ的取值范圍在O到135度，熱釋電紅外傳感器的最大感知距離R的取值范圍是不大于12米的正數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)布置方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用空間幾何原理、菲涅爾透鏡的幾何特性、道路模型，構(gòu)建傳感器感知覆蓋模型，在各種不同的工程現(xiàn)場情況下都可以計(jì)算出傳感器的最佳安置方法。本發(fā)明根據(jù)傳感器特性以及智能照明系統(tǒng)現(xiàn)有條件和所需的要求，保證熱釋電傳感器在一定高度下感應(yīng)符合人流或車輛的最大活動(dòng)區(qū)域，以此計(jì)算出所需的熱釋電的最佳安裝角度和最少數(shù)量，以此為智能照明提供穩(wěn)定的傳感信息減少傳感器直接的干擾及感應(yīng)速度也快。
文檔編號(hào)F21V23/04GK102913872SQ201210418939
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者王智森, 金基宇, 蒙會(huì)民, 高英明, 張新順 申請人:大連工業(yè)大學(xué)