本發(fā)明涉及環(huán)保技術領域，具體涉及用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器。

背景技術：

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。無人機按應用領域，可分為軍用與民用。無人機在民用領域用途廣泛，主要用于警用、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險救災、視頻拍攝等行業(yè)。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，探測模塊已經(jīng)廣泛應用到包括防火、交通、智能識別等領域當中。在環(huán)保領域中，探測模塊在某些場合下無法有效及時的做好監(jiān)測工作。因此有必要設計一種可以用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器。

本發(fā)明的目的采用以下技術方案來實現(xiàn)：

用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器，包括無人機本體、探測模塊、氣體監(jiān)測模塊、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊、中央控制系統(tǒng)；所述探測模塊設置于無人機本體下方，探測模塊包括用于采集彩色圖像信息的攝像頭和用于將彩色圖像信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)的通信單元；所述氣體監(jiān)測模塊用于通過傳感器監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果為：設置了探測模塊、氣體監(jiān)測模塊，可利用無人機進行特殊區(qū)域的大氣監(jiān)測，使用的時候，利用攝像頭將采集的圖像發(fā)送到中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)可以看到現(xiàn)場情況，利用氣體監(jiān)測模塊進行大氣監(jiān)測，由于無人機處于高位，對排放氣體監(jiān)測，有較大的優(yōu)勢，可以滿足用戶的使用需求，從而解決了上述的技術問題。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明結構連接示意圖；

圖2是本發(fā)明無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊的結構示意圖。

附圖標記：

無人機本體1、探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4、中央控制系統(tǒng)5、傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45、數(shù)據(jù)傳送單元46。

具體實施方式

結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。

應用場景1

參見圖1、圖2，本應用場景的一個實施例的用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器，包括無人機本體1、探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4、中央控制系統(tǒng)5；所述探測模塊2設置于無人機本體1下方，探測模塊2包括用于采集彩色圖像信息的攝像頭和用于將彩色圖像信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)5的通信單元；所述氣體監(jiān)測模塊3用于通過傳感器監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4發(fā)送至中央控制系統(tǒng)5。

優(yōu)選的，所述中央控制系統(tǒng)5包括遙控及遙測通訊設備、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報警觸發(fā)模塊。

本發(fā)明上述實施例設置了探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3，可利用無人機進行特殊區(qū)域的大氣監(jiān)測，使用的時候，利用攝像頭將采集的圖像發(fā)送到中央控制系統(tǒng)5，中央控制系統(tǒng)5可以看到現(xiàn)場情況，利用氣體監(jiān)測模塊3進行大氣監(jiān)測，由于無人機處于高位，對排放氣體監(jiān)測，有較大的優(yōu)勢，可以滿足用戶的使用需求，從而解決了上述的技術問題。

優(yōu)選的，所述無人機本體1包括自動控制模塊，所述自動控制模塊包括GPS導航系統(tǒng)、航姿控制系統(tǒng)、高度計。

本優(yōu)選實施例設置自動控制模塊，實現(xiàn)對無人機本體1運動的控制。

優(yōu)選的，所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實施例構建了無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對未知的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點通過接收GPS信號獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點，作為其他未知位置節(jié)點的定位基礎；

(2)求取四個已知位置節(jié)點相互間的距離和跳數(shù)，計算平均每跳的距離；

(3)對于未知位置節(jié)點X，使用其到四個已知位置節(jié)點的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點到四個已知位置節(jié)點的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個已知位置節(jié)點，對于每一組合，根據(jù)三邊測量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個計算結果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點最終位置。

本優(yōu)選實施例設置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對傳感器網(wǎng)絡路由算法進行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機生成無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構；

(2)設定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡，形成新的網(wǎng)絡拓撲結構；

(3)根據(jù)遺傳算法結果初始化蟻群算法信息素；

(4)設定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對最優(yōu)路徑進行搜索和更新。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡進行優(yōu)化，在保證整個無線傳感器網(wǎng)絡性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43用于通過由各傳感器構建的傳感器節(jié)點相互協(xié)作進行某區(qū)域的監(jiān)測，并輸出各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)進行壓縮處理，包括：

設所述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時刻某個節(jié)點產(chǎn)生的監(jiān)測值，設定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個數(shù)據(jù)點[t₁，x(t₁)]開始，對數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點按序進行第一次掃描，當達到設定的掃描停止條件時，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個數(shù)據(jù)點開始進行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個單位時間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設定的掃描停止條件為：當掃描到一個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]，在這個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點時，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設所述數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時刻的真實值。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設定的掃描停止條件進行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對減少了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點進行構建，所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計算機進行處理和分析，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點在某單位時間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點i的對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設定的傳感器節(jié)點i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權值，N為傳感器節(jié)點的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實施例無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點能夠從重要的傳感器節(jié)點接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計算機控制端獲取監(jiān)測信息，當用戶外出時，切換子單元啟動遠距離通信子單元，向用戶手機控制端遠距離傳送監(jiān)測信息。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

在此應用場景中，誤差界限為ε取0.4，監(jiān)測速度相對提高了10％，監(jiān)測精度相對提高了12％。

應用場景2

參見圖1、圖2，本應用場景的一個實施例的用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器，包括無人機本體1、探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4、中央控制系統(tǒng)5；所述探測模塊2設置于無人機本體1下方，探測模塊2包括用于采集彩色圖像信息的攝像頭和用于將彩色圖像信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)5的通信單元；所述氣體監(jiān)測模塊3用于通過傳感器監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4發(fā)送至中央控制系統(tǒng)5。

優(yōu)選的，所述中央控制系統(tǒng)5包括遙控及遙測通訊設備、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報警觸發(fā)模塊。

本發(fā)明上述實施例設置了探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3，可利用無人機進行特殊區(qū)域的大氣監(jiān)測，使用的時候，利用攝像頭將采集的圖像發(fā)送到中央控制系統(tǒng)5，中央控制系統(tǒng)5可以看到現(xiàn)場情況，利用氣體監(jiān)測模塊3進行大氣監(jiān)測，由于無人機處于高位，對排放氣體監(jiān)測，有較大的優(yōu)勢，可以滿足用戶的使用需求，從而解決了上述的技術問題。

優(yōu)選的，所述無人機本體1包括自動控制模塊，所述自動控制模塊包括GPS導航系統(tǒng)、航姿控制系統(tǒng)、高度計。

本優(yōu)選實施例設置自動控制模塊，實現(xiàn)對無人機本體1運動的控制。

優(yōu)選的，所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實施例構建了無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對未知的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點通過接收GPS信號獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點，作為其他未知位置節(jié)點的定位基礎；

(2)求取四個已知位置節(jié)點相互間的距離和跳數(shù)，計算平均每跳的距離；

(3)對于未知位置節(jié)點X，使用其到四個已知位置節(jié)點的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點到四個已知位置節(jié)點的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個已知位置節(jié)點，對于每一組合，根據(jù)三邊測量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個計算結果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點最終位置。

本優(yōu)選實施例設置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對傳感器網(wǎng)絡路由算法進行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機生成無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構；

(2)設定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡，形成新的網(wǎng)絡拓撲結構；

(3)根據(jù)遺傳算法結果初始化蟻群算法信息素；

(4)設定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對最優(yōu)路徑進行搜索和更新。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡進行優(yōu)化，在保證整個無線傳感器網(wǎng)絡性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43用于通過由各傳感器構建的傳感器節(jié)點相互協(xié)作進行某區(qū)域的監(jiān)測，并輸出各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)進行壓縮處理，包括：

設所述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時刻某個節(jié)點產(chǎn)生的監(jiān)測值，設定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個數(shù)據(jù)點[t₁，x(t₁)]開始，對數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點按序進行第一次掃描，當達到設定的掃描停止條件時，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個數(shù)據(jù)點開始進行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個單位時間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設定的掃描停止條件為：當掃描到一個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]，在這個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點時，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設所述數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時刻的真實值。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設定的掃描停止條件進行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對減少了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點進行構建，所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計算機進行處理和分析，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點在某單位時間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點i的對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設定的傳感器節(jié)點i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權值，N為傳感器節(jié)點的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實施例無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點能夠從重要的傳感器節(jié)點接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計算機控制端獲取監(jiān)測信息，當用戶外出時，切換子單元啟動遠距離通信子單元，向用戶手機控制端遠距離傳送監(jiān)測信息。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

在此應用場景中，誤差界限為ε取0.5，監(jiān)測速度相對提高了11％，監(jiān)測精度相對提高了11％。

應用場景3

參見圖1、圖2，本應用場景的一個實施例的用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器，包括無人機本體1、探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4、中央控制系統(tǒng)5；所述探測模塊2設置于無人機本體1下方，探測模塊2包括用于采集彩色圖像信息的攝像頭和用于將彩色圖像信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)5的通信單元；所述氣體監(jiān)測模塊3用于通過傳感器監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4發(fā)送至中央控制系統(tǒng)5。

優(yōu)選的，所述中央控制系統(tǒng)5包括遙控及遙測通訊設備、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報警觸發(fā)模塊。

本發(fā)明上述實施例設置了探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3，可利用無人機進行特殊區(qū)域的大氣監(jiān)測，使用的時候，利用攝像頭將采集的圖像發(fā)送到中央控制系統(tǒng)5，中央控制系統(tǒng)5可以看到現(xiàn)場情況，利用氣體監(jiān)測模塊3進行大氣監(jiān)測，由于無人機處于高位，對排放氣體監(jiān)測，有較大的優(yōu)勢，可以滿足用戶的使用需求，從而解決了上述的技術問題。

優(yōu)選的，所述無人機本體1包括自動控制模塊，所述自動控制模塊包括GPS導航系統(tǒng)、航姿控制系統(tǒng)、高度計。

本優(yōu)選實施例設置自動控制模塊，實現(xiàn)對無人機本體1運動的控制。

優(yōu)選的，所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實施例構建了無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對未知的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點通過接收GPS信號獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點，作為其他未知位置節(jié)點的定位基礎；

(2)求取四個已知位置節(jié)點相互間的距離和跳數(shù)，計算平均每跳的距離；

(3)對于未知位置節(jié)點X，使用其到四個已知位置節(jié)點的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點到四個已知位置節(jié)點的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個已知位置節(jié)點，對于每一組合，根據(jù)三邊測量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個計算結果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點最終位置。

本優(yōu)選實施例設置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對傳感器網(wǎng)絡路由算法進行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機生成無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構；

(2)設定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡，形成新的網(wǎng)絡拓撲結構；

(3)根據(jù)遺傳算法結果初始化蟻群算法信息素；

(4)設定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對最優(yōu)路徑進行搜索和更新。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡進行優(yōu)化，在保證整個無線傳感器網(wǎng)絡性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43用于通過由各傳感器構建的傳感器節(jié)點相互協(xié)作進行某區(qū)域的監(jiān)測，并輸出各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)進行壓縮處理，包括：

設所述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時刻某個節(jié)點產(chǎn)生的監(jiān)測值，設定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個數(shù)據(jù)點[t₁，x(t₁)]開始，對數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點按序進行第一次掃描，當達到設定的掃描停止條件時，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個數(shù)據(jù)點開始進行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個單位時間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設定的掃描停止條件為：當掃描到一個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]，在這個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點時，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設所述數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時刻的真實值。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設定的掃描停止條件進行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對減少了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點進行構建，所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計算機進行處理和分析，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點在某單位時間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點i的對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設定的傳感器節(jié)點i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權值，N為傳感器節(jié)點的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實施例無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點能夠從重要的傳感器節(jié)點接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計算機控制端獲取監(jiān)測信息，當用戶外出時，切換子單元啟動遠距離通信子單元，向用戶手機控制端遠距離傳送監(jiān)測信息。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

在此應用場景中，誤差界限為ε取0.4，監(jiān)測速度相對提高了10％，監(jiān)測精度相對提高了12％。

應用場景4

參見圖1、圖2，本應用場景的一個實施例的用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器，包括無人機本體1、探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4、中央控制系統(tǒng)5；所述探測模塊2設置于無人機本體1下方，探測模塊2包括用于采集彩色圖像信息的攝像頭和用于將彩色圖像信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)5的通信單元；所述氣體監(jiān)測模塊3用于通過傳感器監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4發(fā)送至中央控制系統(tǒng)5。

優(yōu)選的，所述中央控制系統(tǒng)5包括遙控及遙測通訊設備、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報警觸發(fā)模塊。

本發(fā)明上述實施例設置了探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3，可利用無人機進行特殊區(qū)域的大氣監(jiān)測，使用的時候，利用攝像頭將采集的圖像發(fā)送到中央控制系統(tǒng)5，中央控制系統(tǒng)5可以看到現(xiàn)場情況，利用氣體監(jiān)測模塊3進行大氣監(jiān)測，由于無人機處于高位，對排放氣體監(jiān)測，有較大的優(yōu)勢，可以滿足用戶的使用需求，從而解決了上述的技術問題。

優(yōu)選的，所述無人機本體1包括自動控制模塊，所述自動控制模塊包括GPS導航系統(tǒng)、航姿控制系統(tǒng)、高度計。

本優(yōu)選實施例設置自動控制模塊，實現(xiàn)對無人機本體1運動的控制。

優(yōu)選的，所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實施例構建了無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對未知的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點通過接收GPS信號獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點，作為其他未知位置節(jié)點的定位基礎；

(2)求取四個已知位置節(jié)點相互間的距離和跳數(shù)，計算平均每跳的距離；

(3)對于未知位置節(jié)點X，使用其到四個已知位置節(jié)點的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點到四個已知位置節(jié)點的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個已知位置節(jié)點，對于每一組合，根據(jù)三邊測量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個計算結果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點最終位置。

本優(yōu)選實施例設置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對傳感器網(wǎng)絡路由算法進行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機生成無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構；

(2)設定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡，形成新的網(wǎng)絡拓撲結構；

(3)根據(jù)遺傳算法結果初始化蟻群算法信息素；

(4)設定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對最優(yōu)路徑進行搜索和更新。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡進行優(yōu)化，在保證整個無線傳感器網(wǎng)絡性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43用于通過由各傳感器構建的傳感器節(jié)點相互協(xié)作進行某區(qū)域的監(jiān)測，并輸出各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)進行壓縮處理，包括：

設所述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列為X＝｛x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時刻某個節(jié)點產(chǎn)生的監(jiān)測值，設定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個數(shù)據(jù)點[t₁，x(t₁)]開始，對數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點按序進行第一次掃描，當達到設定的掃描停止條件時，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個數(shù)據(jù)點開始進行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個單位時間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設定的掃描停止條件為：當掃描到一個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]，在這個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點時，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設所述數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時刻的真實值。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設定的掃描停止條件進行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對減少了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點進行構建，所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計算機進行處理和分析，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點在某單位時間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點i的對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設定的傳感器節(jié)點i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權值，N為傳感器節(jié)點的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實施例無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點能夠從重要的傳感器節(jié)點接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計算機控制端獲取監(jiān)測信息，當用戶外出時，切換子單元啟動遠距離通信子單元，向用戶手機控制端遠距離傳送監(jiān)測信息。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

在此應用場景中，誤差界限為ε取0.4，監(jiān)測速度相對提高了10％，監(jiān)測精度相對提高了12％。

應用場景5

參見圖1、圖2，本應用場景的一個實施例的用于環(huán)保監(jiān)測的飛行器，包括無人機本體1、探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3、無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4、中央控制系統(tǒng)5；所述探測模塊2設置于無人機本體1下方，探測模塊2包括用于采集彩色圖像信息的攝像頭和用于將彩色圖像信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)5的通信單元；所述氣體監(jiān)測模塊3用于通過傳感器監(jiān)測特定區(qū)域內(nèi)的大氣狀況，監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4發(fā)送至中央控制系統(tǒng)5。

優(yōu)選的，所述中央控制系統(tǒng)5包括遙控及遙測通訊設備、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報警觸發(fā)模塊。

本發(fā)明上述實施例設置了探測模塊2、氣體監(jiān)測模塊3，可利用無人機進行特殊區(qū)域的大氣監(jiān)測，使用的時候，利用攝像頭將采集的圖像發(fā)送到中央控制系統(tǒng)5，中央控制系統(tǒng)5可以看到現(xiàn)場情況，利用氣體監(jiān)測模塊3進行大氣監(jiān)測，由于無人機處于高位，對排放氣體監(jiān)測，有較大的優(yōu)勢，可以滿足用戶的使用需求，從而解決了上述的技術問題。

優(yōu)選的，所述無人機本體1包括自動控制模塊，所述自動控制模塊包括GPS導航系統(tǒng)、航姿控制系統(tǒng)、高度計。

本優(yōu)選實施例設置自動控制模塊，實現(xiàn)對無人機本體1運動的控制。

優(yōu)選的，所述無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4包括傳感器定位單元41、傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42、數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43、數(shù)據(jù)處理單元44、數(shù)據(jù)接收單元45和數(shù)據(jù)傳送單元46。

本優(yōu)選實施例構建了無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊4的框架。

優(yōu)選的，所述傳感器定位單元41用于對未知的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進行定位，定位方法如下：

(1)在少數(shù)傳感器節(jié)點上集成GPS定位芯片，這些傳感器節(jié)點通過接收GPS信號獲取自身位置而成為已知位置節(jié)點，作為其他未知位置節(jié)點的定位基礎；

(2)求取四個已知位置節(jié)點相互間的距離和跳數(shù)，計算平均每跳的距離；

(3)對于未知位置節(jié)點X，使用其到四個已知位置節(jié)點的跳數(shù)與(2)中平均每跳的距離相乘得到未知位置節(jié)點到四個已知位置節(jié)點的距離；

(4)通過任意組合的方式選取其中三個已知位置節(jié)點，對于每一組合，根據(jù)三邊測量法獲取其位置，則產(chǎn)生四個計算結果，求取平均位置作為未知位置節(jié)點最終位置。

本優(yōu)選實施例設置傳感器定位單元41，便于獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的位置來源，采用GPS定位芯片和三邊定位結合的方法，既節(jié)約了成本，又能取得良好的定位效果。

優(yōu)選的，所述傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化單元42采用遺傳-蟻群優(yōu)化算法對傳感器網(wǎng)絡路由算法進行優(yōu)化，具體方法如下：

(1)隨機生成無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構；

(2)設定遺傳算法的參數(shù)，采用遺傳算法精簡傳感器網(wǎng)絡，形成新的網(wǎng)絡拓撲結構；

(3)根據(jù)遺傳算法結果初始化蟻群算法信息素；

(4)設定蟻群算法參數(shù)，采用蟻群算法對最優(yōu)路徑進行搜索和更新。

本優(yōu)選實施例對傳感器網(wǎng)絡進行優(yōu)化，在保證整個無線傳感器網(wǎng)絡性能下降有限的情況下，提升了網(wǎng)絡節(jié)能效果，延長了網(wǎng)絡的壽命。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測單元43用于通過由各傳感器構建的傳感器節(jié)點相互協(xié)作進行某區(qū)域的監(jiān)測，并輸出各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理單元44用于對各傳感器節(jié)點監(jiān)測的感知數(shù)據(jù)進行壓縮處理，包括：

設所述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列為X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)},其中t_i(1≤i≤n)表示時間戳，x(t_i)表示在t_i(1≤i≤n)時刻某個節(jié)點產(chǎn)生的監(jiān)測值，設定誤差界限為ε，誤差界限為ε的取值范圍為[0.4,0.8]，從第一個數(shù)據(jù)點[t₁，x(t₁)]開始，對數(shù)據(jù)序列X＝{x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)}中的數(shù)據(jù)點按序進行第一次掃描，當達到設定的掃描停止條件時，停止第一次的掃描，將第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列用一條線段來近似，從第一次掃描的數(shù)據(jù)子序列后的第一個數(shù)據(jù)點開始進行類似的第二次的掃描，直至掃描完整個單位時間段的數(shù)據(jù)序列；將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出；

其中，所述設定的掃描停止條件為：當掃描到一個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]，在這個數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的所有數(shù)據(jù)點能被一條線段來近似描述，且滿足誤差精度要求，而加上數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之后，不存在一條線段能近似描述當前所有未被近似描述的數(shù)據(jù)點時，停止掃描；

所述誤差精度要求為：

$|x\left(t_j\right)-\[x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)+\frac{x\left(t_{k-1}\right)-x\left(t_{\mathrm{\α}}\right)}{t_{k-1}-t_{\mathrm{\α}}}(t_j-t_{\mathrm{\α}})\]|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，設所述數(shù)據(jù)點[t_k，x(t_k)]之前的子序列為X＝{x(t_α),x(t_α+1),…,x(t_k-1)}，式中x(t_j)為在t_j(α≤j≤k-1)時刻的真實值。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)處理單元44，通過設定的掃描停止條件進行數(shù)據(jù)掃描，能夠在線性時間內(nèi)，使用最少數(shù)目的線段數(shù)來近似描述感知數(shù)據(jù)的一個單位時間段的數(shù)據(jù)序列且保證誤差精度要求，然后將第一條線段的起始時間、之后每條線段的結束時間和每條線段的斜率與截距作為單位時間段的數(shù)據(jù)序列對應的壓縮數(shù)據(jù)并輸出，從而減少了需要傳送的數(shù)據(jù)量，降低了數(shù)據(jù)傳送的能量消耗，從而相對減少了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信開銷；提出誤差精度要求的公式，保證了數(shù)據(jù)壓縮的精度，且提高了數(shù)據(jù)掃描的速度。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)接收單元45由無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點進行構建，所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，并將接收的傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)傳送到高性能計算機進行處理和分析，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的采集；

其中，所述保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

所述無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點在某單位時間段[0,t]接收來自傳感器節(jié)點i的對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)的數(shù)量S_i,t需滿足以下公平性度量條件：

$\frac{{({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_{i,t}/w_i)}^2}{{\mathrm{N\Σ}}_{i=1}^N{(S_{i,t}/w_i)}^2}\≥1-{(10\mathrm{\γ}/9)}^2$

式中，w_i為設定的傳感器節(jié)點i的表征其數(shù)據(jù)重要程度的權值，N為傳感器節(jié)點的總數(shù)，γ為常數(shù)，其取值范圍為(0,0.2)。

本優(yōu)選實施例無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點基于保證加權公平性的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接收各傳感器節(jié)點對應的壓縮后的感知數(shù)據(jù)，使無線傳感器網(wǎng)絡匯聚節(jié)點能夠從重要的傳感器節(jié)點接收較多的感知數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实耐瑫r，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓叫浴?/p>

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳送單元46通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給用戶，包括近距離傳送子單元、遠距離通信子單元和切換子單元，所述近距離通信子單元采用zigbee協(xié)議通信，所述遠距離通信子單元采用無線網(wǎng)絡通信，正常情況下，用戶通過近距離通信子模塊從計算機控制端獲取監(jiān)測信息，當用戶外出時，切換子單元啟動遠距離通信子單元，向用戶手機控制端遠距離傳送監(jiān)測信息。

本優(yōu)選實施例設置數(shù)據(jù)傳送單元46，能夠根據(jù)用戶距離選擇通信方式，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

在此應用場景中，誤差界限為ε取0.8，監(jiān)測速度相對提高了14％，監(jiān)測精度相對提高了8％。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質(zhì)和范圍。