專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)河管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，特別涉及到一種基于無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)河航運(yùn)利用天然河道和歷史上形成的人工河道，不占地或少占地，并具有運(yùn)量 大、成本低、能耗小等優(yōu)勢，在煤、礦、油等大宗貨物、重大件貨物運(yùn)輸方面具有不可替代的 優(yōu)勢。我國內(nèi)河水資源豐富，自古以來內(nèi)河運(yùn)輸就占有很大比重，加之如今南水北調(diào)工程的 實(shí)施，南北內(nèi)河網(wǎng)已經(jīng)疏通，長航線多區(qū)域互聯(lián)將成為未來內(nèi)河運(yùn)輸?shù)囊环N發(fā)展走向。但目 前總體內(nèi)河航道等級(jí)較低，通航能力還較差。主要表現(xiàn)為內(nèi)河科技創(chuàng)新的應(yīng)用明顯低于遠(yuǎn) 洋運(yùn)輸，監(jiān)控手段也比較落后，比如航道內(nèi)的船舶停航檢查將導(dǎo)致通航速度降低、航道利用 率下降以及環(huán)境不友好等。此外，內(nèi)河航道在營運(yùn)中還存在著一定程度的水污染情況。綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，特別需要一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河 管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方 法，通過將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用于內(nèi)河管理信息系統(tǒng)的構(gòu)建，使內(nèi)河船舶、航道以及水 域環(huán)境得以全面實(shí)時(shí)的監(jiān)控和綜合信息管理。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)主要包括 船載信息采集與顯示平臺(tái)、水環(huán)境采集分析單元、其他信息采集單元、網(wǎng)絡(luò)基站、中間件系 統(tǒng)、區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心以及互聯(lián)網(wǎng)管理中心；該系統(tǒng)通過在內(nèi)河船舶上、航道內(nèi)的浮標(biāo)或 浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內(nèi)河水下或河床上部署傳感器采集信息，并通過Zigbee 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行多跳自組網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河船舶、航道以及水域進(jìn)行全面、綜合立體的監(jiān) 控。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述船舶上的傳感器與船舶上其它電子設(shè)備的信息相 連接，包括船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸方式采用RS-485通信方式。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述中間件系統(tǒng)包括基于云計(jì)算技術(shù)研發(fā)的電子標(biāo)簽 設(shè)備中間件系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，航道兩側(cè)部署的傳感器的間距為50-100米。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述船舶上的傳感器用于感知和轉(zhuǎn)發(fā)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(fā)地及目的地、船名、船號(hào)、船籍、 船型和船舶自身及人員安全狀態(tài)，載貨信息包括所載貨物的名稱、危險(xiǎn)等級(jí)、裝載量、狀態(tài); 航道內(nèi)浮標(biāo)或浮筒上的傳感器用于感知和轉(zhuǎn)發(fā)氣象信息，包括風(fēng)的方向和等級(jí)、水流的流 速和流向、波浪情況、氣象預(yù)報(bào)以及障礙物信息；橋梁以及架空天線上的傳感器用于感知其安全狀態(tài)信息，包括壓力及形變狀態(tài)；水下或河床上的傳感器用于感知水環(huán)境的狀態(tài)，包括 水溫、水深、含鹽量以及污染狀況。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述航道兩側(cè)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(jiān)控船舶排污情況外，還將作為基站節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)，以匯集其所轄航道 范圍內(nèi)各種傳感器所發(fā)送來的信息，并將其通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中 心。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心的連接通過互聯(lián)網(wǎng)hternet 來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)為云計(jì)算。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，傳感器所感知或轉(zhuǎn)發(fā)的信息將由航聯(lián)網(wǎng)管理中心有選 擇性的發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)中去，并可為各種互聯(lián)網(wǎng)用戶設(shè)置訪問權(quán)限，以保障數(shù)據(jù)的系統(tǒng)及數(shù) 據(jù)的安全性和隱私。本發(fā)明通過對(duì)內(nèi)河船舶實(shí)時(shí)監(jiān)管以及內(nèi)河船舶之間的相互識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河航運(yùn) 的高效管理，另外本發(fā)明還結(jié)合傳感器的環(huán)境監(jiān)測功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控水環(huán)境情況，減少因人 員操作疏忽或者違規(guī)操作帶來的環(huán)境污染。


圖1為本發(fā)明所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)的信息傳輸 結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖； 圖3為本發(fā)明所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)施例拓 撲結(jié)構(gòu)圖中1、當(dāng)?shù)貎?nèi)河航聯(lián)網(wǎng)管理中心；2、當(dāng)?shù)刂行膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)；3、固定基站(匯聚節(jié)點(diǎn))； 4、裝有AIS的船舶(海船)；5、水質(zhì)采集分析單元；6、內(nèi)河船舶；7、橋梁；8、其他信息采集單兀。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管 理信息系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)主要包括船載信息采集與顯示平臺(tái)、水環(huán)境采集分析單 元、其他信息采集單元、網(wǎng)絡(luò)基站、中間件系統(tǒng)、區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心以及互聯(lián)網(wǎng)管理中心； 該系統(tǒng)通過在內(nèi)河船舶上、航道內(nèi)的浮標(biāo)或浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內(nèi)河水下或河 床上部署傳感器采集信息，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行多跳自組網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河船 舶、航道以及水域進(jìn)行全面、綜合立體的監(jiān)控。其中，船舶上的傳感器與船舶上其它電子設(shè)備的信息相連接，包括船載自動(dòng)識(shí)別 系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)，用于感知和轉(zhuǎn)發(fā)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(fā)地及目的地、船名、船號(hào)、船籍、船型和船舶自身及人員安全狀 態(tài)，載貨信息包括所載貨物的名稱、危險(xiǎn)等級(jí)、裝載量、狀態(tài)；航道內(nèi)浮標(biāo)或浮筒上的傳感器 用于感知和轉(zhuǎn)發(fā)氣象信息，包括風(fēng)的方向和等級(jí)、水流的流速和流向、波浪情況、氣象預(yù)報(bào)以及障礙物信息；橋梁以及架空天線上的傳感器用于感知其安全狀態(tài)信息，包括壓力及形 變狀態(tài)；水下或河床上的傳感器用于感知水環(huán)境的狀態(tài)，包括水溫、水深、含鹽量以及污染 狀況；航道兩側(cè)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(jiān)控船舶排污情況 外，還將作為基站節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)，以匯集其所轄航道范圍內(nèi)各種傳感器所發(fā)送來的信息， 并將其通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心。本發(fā)明實(shí)施例擬采取云計(jì)算技術(shù) 對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所收集到的信息進(jìn)行處理，完成與互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸。通過互聯(lián)網(wǎng)，各地航聯(lián)網(wǎng) 管理中心及其它授權(quán)的普通用戶可以瀏覽自己關(guān)心的數(shù)據(jù)，為實(shí)施各種調(diào)度和監(jiān)控命令做 準(zhǔn)備。各網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)之間及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間按最優(yōu)路徑傳輸，并在駕駛臺(tái)設(shè)置網(wǎng)關(guān)連 接傳感器網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信終端，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，用以轉(zhuǎn)換兩者之間的協(xié)議。此外，在長江口等海船進(jìn)出的水域，當(dāng)?shù)睾焦苤行倪€需安裝AIS系統(tǒng)及信息互通 系統(tǒng)，主要是將海船上的AIS信息傳送到本系統(tǒng)中去，使安裝本系統(tǒng)的船舶可以同時(shí)獲取 未安裝本系統(tǒng)的海船的信息。相應(yīng)的，航行于國際水域的船舶也可通過這一信息共享功能 獲取內(nèi)河船舶信息，減少危險(xiǎn)發(fā)生幾率。本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)建的中間件系統(tǒng)包括RFID設(shè)備中間件系統(tǒng)和WSN中間件系 統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)底層硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，一方面RFID 中間件系統(tǒng)將不兼容的異地船舶數(shù)據(jù)信息經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)換為上位機(jī)系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)據(jù)格 式并將其導(dǎo)入到系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫中，另一方面無線傳感器模塊搜集的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過 中間件提取、解密、過濾、格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入到管理信息系統(tǒng)，并通過應(yīng)用系統(tǒng)反應(yīng)在程序界面 上，供船舶操作者和系統(tǒng)管理人員瀏覽、選擇、修改、查詢。中間件技術(shù)降低了應(yīng)用開發(fā)的難 度，使開發(fā)者不需要直接面對(duì)底層架構(gòu)，而通過中間件進(jìn)行調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)和傳遞相關(guān)命令。本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)建系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由兩部分通信協(xié)議設(shè)計(jì)組成 RS-485和ZigBee無線通信方式。當(dāng)?shù)睾焦苤行墓?jié)點(diǎn)與監(jiān)測計(jì)算機(jī)之間的通信采用RS-485 通信方式。為了避免多個(gè)中心在同一時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致競爭，所有的通信過程由監(jiān)測計(jì) 算機(jī)控制，采用上位機(jī)主導(dǎo)的命令/響應(yīng)方式。RS-485總線通信距離可達(dá)到1200米，傳感 器節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)的通信采用無線通信方式，傳感器節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)的距離可以達(dá)到200 米。固定節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用ZigBee無線通信的方式，一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)可以與多個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，可避免多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)而產(chǎn)生沖突。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)主要包 括船載信息采集與顯示平臺(tái)、水環(huán)境采集分析單元、其他信息采集單元、網(wǎng)絡(luò)基站、中間件 系統(tǒng)、區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心以及互聯(lián)網(wǎng)管理中心；該系統(tǒng)通過在內(nèi)河船舶上、航道內(nèi)的浮標(biāo) 或浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內(nèi)河水下或河床上部署傳感器采集信息，并通過Zigbee 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行多跳自組網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河船舶、航道以及水域進(jìn)行全面、綜合立體的監(jiān) 控。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 所述船舶上的傳感器與船舶上其它電子設(shè)備的信息相連接，包括船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)以及全 球定位系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸方式采用RS-485通信方式。
3.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 所述中間件系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽設(shè)備中間件系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 航道兩側(cè)部署的傳感器的間距為50-100米。
5.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 所述船舶上的傳感器用于感知和轉(zhuǎn)發(fā)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(fā)地及目的地、船名、船號(hào)、船籍、船型和船舶自身及人員安全狀態(tài)， 載貨信息包括所載貨物的名稱、危險(xiǎn)等級(jí)、裝載量、狀態(tài)；航道內(nèi)浮標(biāo)或浮筒上的傳感器用 于感知和轉(zhuǎn)發(fā)氣象信息，包括風(fēng)的方向和等級(jí)、水流的流速和流向、波浪情況、氣象預(yù)報(bào)以 及障礙物信息；橋梁以及架空天線上的傳感器用于感知其安全狀態(tài)信息，包括壓力及形變 狀態(tài)；水下或河床上的傳感器用于感知水環(huán)境的狀態(tài)，包括水溫、水深、含鹽量以及污染狀 況。
6.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 所述航道兩側(cè)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(jiān)控船舶排污情況 外，還將作為基站節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)，以匯集其所轄航道范圍內(nèi)各種傳感器所發(fā)送來的信息， 并將其通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心。
7.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 各個(gè)區(qū)域航聯(lián)網(wǎng)管理中心的連接通過互聯(lián)網(wǎng)hternet來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)為云計(jì)算。
8.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)，其特征在于， 傳感器所感知或轉(zhuǎn)發(fā)的信息將由航聯(lián)網(wǎng)管理中心有選擇性的發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)中去，并可為各 種互聯(lián)網(wǎng)用戶設(shè)置訪問權(quán)限，以保障數(shù)據(jù)的系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全性和隱私。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于公開一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)河管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，所述系統(tǒng)主要包括船載信息采集與顯示平臺(tái)、水環(huán)境采集分析單元、其他信息采集單元、網(wǎng)絡(luò)基站、中間件系統(tǒng)、當(dāng)?shù)睾铰?lián)網(wǎng)管理中心以及互聯(lián)網(wǎng)管理中心。通過在內(nèi)河船舶上、航道內(nèi)的浮標(biāo)或浮筒上、橋梁上、架空天線上以及內(nèi)河水下或河床上部署大量的各種傳感器，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行多跳自組網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河船舶、航道以及水域進(jìn)行全面、綜合立體的監(jiān)控，從而保障內(nèi)河船舶的航行安全以及內(nèi)河水域的環(huán)境清潔。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK102096867SQ201110037879
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者吳華鋒, 周長青, 陳信強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)