專利名稱：基于wsn構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，即是以WSN為基礎(chǔ)衍化出的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；特別涉及基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在船舶朝電氣化、自動化、大型化的方向發(fā)展之時，船舶電氣設(shè)備尤其是駕駛臺各種電氣設(shè)備種類和功率也在不斷增加，由電氣設(shè)備帶來的火災(zāi)隱患也大大增加。而且船舶駕駛臺存放了船舶航行中所需的各種設(shè)備，如內(nèi)部通訊設(shè)備、甚高頻和中高頻組合電臺、 GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、雷達(dá)、計程儀、自動車鐘記錄儀、電子海圖、緊急無線電示位標(biāo)等等。這些電氣設(shè)備需要在恒壓、平穩(wěn)、干燥環(huán)境中工作，但它們卻長時間處于潮濕、震動的空間內(nèi)，這種惡劣的用電環(huán)境無形之中增大了船舶駕駛臺電氣設(shè)備引發(fā)的火災(zāi)隱患。此外船舶大型化使船舶駕駛臺高度隨之增加，意味著船舶駕駛臺火災(zāi)撲救難度越來越大。船舶的移動性使船舶在發(fā)生火災(zāi)的情況下，能依靠的主要力量只能是船載消防設(shè)備和船上工作人員。由于船舶內(nèi)部空間狹小，艙內(nèi)通道和樓梯比較狹窄，大多數(shù)船艙門和出入口僅能容得1人通過。而且船舶駕駛臺通常位于船舶高層，若在駕駛臺發(fā)生火災(zāi)，船上工作人員難以通過狹窄的艙內(nèi)通道和樓梯迅速抵達(dá)船舶高層的駕駛臺火災(zāi)現(xiàn)場，而艙內(nèi)通道和樓梯的寬度無形中還限制了船員通過艙內(nèi)通道、樓梯運送船載消防設(shè)備的速度，無形中降低了船載消防設(shè)備的滅火功效，船舶駕駛臺結(jié)構(gòu)的特殊性和功能的重要性也就意味著船舶駕駛臺的火災(zāi)給船舶帶來的災(zāi)難是毀滅性的。因此只有未雨綢繆，充分利用各種現(xiàn)代科技手段對船舶駕駛臺實施火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控，才能有效地保障船舶財產(chǎn)和船舶工作人員生命安全。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各個監(jiān)測節(jié)點是復(fù)合式傳感器節(jié)點，一個節(jié)點可同時監(jiān)測多種指標(biāo)信息。并且各個節(jié)點通過自組網(wǎng)方式自動組建無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，該監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個節(jié)點可以相互通信，所以即使某一節(jié)點失去工作能力，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他節(jié)點可立即重新自組網(wǎng)，這就保證了監(jiān)測區(qū)域不出現(xiàn)空白監(jiān)測區(qū)域，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的魯棒性能較好。此外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個傳感器節(jié)點都有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部唯一且各不相同的64位網(wǎng)絡(luò)地址，該網(wǎng)絡(luò)地址也是各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部ID號，因此上位機系統(tǒng)根據(jù)傳感器節(jié)點位置信息迅速確定相對應(yīng)的目標(biāo)區(qū)域位置。而且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點間可以相互通信，實現(xiàn)信息中繼。而且無線傳感器的低成本、低能耗、廣域監(jiān)控、實時性、定位精確、人工干預(yù)少等其他優(yōu)點也使其應(yīng)用范圍愈來愈廣闊。

實用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種通過分布在船舶駕駛臺各監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的無線傳感器節(jié)點實時監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的火警指標(biāo)信息，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)實時反饋給上位機監(jiān)控系統(tǒng)的基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括船舶上位機系統(tǒng)、 現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)、火警預(yù)警信息顯示終端、船載網(wǎng)關(guān)，所述火警信息顯示終端與所述船舶上位機系統(tǒng)相連接，所述船舶上位機系統(tǒng)與所述船載網(wǎng)關(guān)相連接，所述船載網(wǎng)關(guān)與所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)相連接；所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)包括通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)、海圖室監(jiān)測區(qū)；所述各監(jiān)測區(qū)上連接有與之相對應(yīng)的船載無線傳感器設(shè)備。優(yōu)選的，所述各無線傳感器設(shè)備包括無線傳感器節(jié)點A、無線傳感器節(jié)點B和無線傳感器節(jié)點N。優(yōu)選的，所述通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)和海圖室監(jiān)測區(qū)為不同的通信簇，所述各個通信簇由節(jié)點通信簇頭、簇內(nèi)節(jié)點A、簇內(nèi)節(jié)點B和簇內(nèi)節(jié)點N組成。通過上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是本實用新型主要是利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測船舶駕駛臺火災(zāi)預(yù)警信息，以幫助船舶值班人員實時獲取船舶駕駛臺火警隱患信息并及時處理相關(guān)的隱患，以保證船舶的安全航行。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型工作結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(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)一步闡述本實用新型。參見圖1和圖2所示，本實用新型基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)包括船舶上位機系統(tǒng)10、現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)20、火警預(yù)警信息顯示終端30、船載網(wǎng)關(guān)40，所述火警信息顯示終端30與所述船舶上位機系統(tǒng)10相連接，所述船舶上位機系統(tǒng)10與所述船載網(wǎng)關(guān)40相連接，所述船載網(wǎng)關(guān)40與所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)20相連接；所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)20 包括通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)21、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)22、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)23、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)24、 海圖室監(jiān)測區(qū)25 ；所述各監(jiān)測區(qū)上連接有與之相對應(yīng)的船載無線傳感器設(shè)備50。所述各無線傳感器設(shè)備50包括無線傳感器節(jié)點A、無線傳感器節(jié)點B和無線傳感器節(jié)點N。所述通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)21、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)22、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)23、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)M和海圖室監(jiān)測區(qū)25為不同的通信簇，所述各個通信簇由節(jié)點通信簇頭61 (匯聚節(jié)點)、簇內(nèi)節(jié)點A、簇內(nèi)節(jié)點B和簇內(nèi)節(jié)點N組成。所述無線傳感器節(jié)點A設(shè)置在所述簇內(nèi)節(jié)點A內(nèi)，所述無線傳感器節(jié)點B設(shè)置在所述簇內(nèi)節(jié)點B內(nèi)，所述無線傳感器節(jié)點N設(shè)置在所述簇內(nèi)節(jié)點N內(nèi)。首先由布設(shè)在船舶駕駛臺的各監(jiān)測區(qū)域內(nèi)無線傳感器節(jié)點采集目標(biāo)區(qū)域的火警指標(biāo)信息，如溫度狀態(tài)、可燃性氣體濃度、煙霧濃度或其他由船舶電氣設(shè)備燃燒產(chǎn)生的氣體濃度等等。這些數(shù)據(jù)信息將周期性地發(fā)送到節(jié)點通信簇頭61 (匯聚節(jié)點)，由節(jié)點通信簇頭 61初步進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選后，再將其發(fā)送到上位機系統(tǒng)10，然后經(jīng)過上位機系統(tǒng)10對這些數(shù)據(jù)的深加工，所有的數(shù)據(jù)信息再通過上位機系統(tǒng)10實時發(fā)送到船載的各顯示終端，如船舶駕駛臺的上位機系統(tǒng)顯示終端，船長房間火警顯示終端、大副房間火警顯示終端、輪機長房間火警顯示終端、機艙火警顯示終端等等。船舶相關(guān)值班人員通過火警顯示終端30獲取可能發(fā)生火災(zāi)區(qū)域的信息并及時排除隱患，以保證船舶的航行安全。本實用新型所構(gòu)建的上位機監(jiān)控系統(tǒng)10是整個應(yīng)用的核心；無線傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)信息會周期性地通過無線鏈路發(fā)送到上位機監(jiān)控系統(tǒng)10，上位機系統(tǒng)10首先對接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行清洗、過濾、去毛刺等處理后，再將這些數(shù)據(jù)實時顯示在船舶火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的各個顯示終端，以方便船舶值班員和船舶高級船員隨時掌握駕駛臺各監(jiān)測區(qū)域的火警指標(biāo)信息，隨時掌握船舶駕駛臺的火警預(yù)警信息。同時上位機系統(tǒng)10也是船舶值班員與現(xiàn)場無線傳感器節(jié)點命令交互窗口。如果船舶值班人員需要實時查閱某目標(biāo)區(qū)域當(dāng)前的火警指標(biāo)信息，他只能通過上位機系統(tǒng)10輸入查詢命令，上位機系統(tǒng)10接受到船舶值班的查詢命令后，將其轉(zhuǎn)換為無線傳感器節(jié)點可識別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，并將其發(fā)送到目的節(jié)點，而目的節(jié)點接受到相關(guān)命令后，立即將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息流傳送回上位機系統(tǒng)10，再由上位機系統(tǒng)10將接收到的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為船舶值班員可以識別的數(shù)據(jù)信息和圖表信息并輸出到船舶駕駛臺上位機系統(tǒng)10的顯示終端。而且監(jiān)控系統(tǒng)用戶(船舶值班人員)通過上位機系統(tǒng) 10將各火警指標(biāo)報警閾值燒到各個傳感器監(jiān)測節(jié)點，如果監(jiān)測節(jié)點監(jiān)測到的數(shù)據(jù)值大于閾值，則在將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給上位機的同時，也發(fā)出報警聲，以提醒過往船舶工作人員相關(guān)區(qū)域可能存在火災(zāi)隱患，需要采取措施消除隱患。本實用新型所構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)20是船舶駕駛臺現(xiàn)場火警指標(biāo)信息的采集與初步處理子系統(tǒng)；各個通信簇的節(jié)點通信簇頭61 —般由距上位機監(jiān)控系統(tǒng)20最近的節(jié)點擔(dān)任，各簇內(nèi)節(jié)點內(nèi)部可相互通信，簇內(nèi)節(jié)點若要與其他簇的節(jié)點通信只能通過節(jié)點通信簇頭61，而不能直接與他簇內(nèi)節(jié)點通信，而且節(jié)點通信簇頭擔(dān)任將該簇內(nèi)所有節(jié)點采集到無線傳感器節(jié)點信息傳送給上位機、并將上位機的命令轉(zhuǎn)發(fā)給簇內(nèi)節(jié)點及各節(jié)點通信簇頭 61之間的通信和數(shù)據(jù)傳遞等任務(wù)，這對節(jié)點通信簇頭61而言是巨大的能量消耗，因此通常情況下現(xiàn)場監(jiān)控模塊系統(tǒng)20的節(jié)點通信簇頭并不主動執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)，若有必要，只有通過上位機被動開啟簇頭火災(zāi)預(yù)警指標(biāo)的監(jiān)控。各通信簇內(nèi)的節(jié)點周期性地將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送到節(jié)點通信簇頭61，由節(jié)點通信簇頭61進(jìn)行初步數(shù)據(jù)篩選后將相關(guān)的數(shù)據(jù)經(jīng)過船載網(wǎng)關(guān)40傳送到上位機系統(tǒng)10。同時各個傳感器節(jié)點監(jiān)測到的火警指標(biāo)信息大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值，則發(fā)出報警以提醒船舶值班人員及時采取措施消除相關(guān)的火災(zāi)隱患。本實用新型所提供的船載無線傳感器設(shè)備50是具體實現(xiàn)船舶駕駛臺火災(zāi)預(yù)警現(xiàn)場監(jiān)控的設(shè)備。船舶無線傳感器設(shè)備50主要由無線傳感器節(jié)點組成。它們主要布設(shè)在船舶駕駛臺的關(guān)鍵區(qū)域和各種助航設(shè)施附近，如甚高頻和中高頻組合電臺、衛(wèi)星站(A，B，C或
5F站)接受端、AIS(自動識別系統(tǒng))、雷達(dá)、電子海圖、車鐘、自動車鐘記錄儀、自動舵、船舶組合氣象儀、緊急無線電示位標(biāo)、搜救雷達(dá)應(yīng)答器和駕駛臺天花板；實時監(jiān)測各目標(biāo)區(qū)域火災(zāi)預(yù)警指標(biāo)信息，如溫度信息、煙霧、一氧化碳(或由電氣設(shè)備塑膠絕緣層燃燒產(chǎn)生等多種有害氣體信息)，并周期性地將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到上位機系統(tǒng)10。傳感器節(jié)點布設(shè)在各個目標(biāo)區(qū)域后，各個節(jié)點通過自組網(wǎng)方式自動組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信簇，將離網(wǎng)關(guān)最近的節(jié)點選為節(jié)點通信簇頭61 (匯聚節(jié)點)，各通信簇間自組網(wǎng)形成樹形通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點通信簇頭 61可相互通信，簇間通信則由節(jié)點通信簇頭61相互通信完成，傳感器節(jié)點之間、傳感器節(jié)點與節(jié)點通信簇頭61間采用ZIGBEE無線通信的方式。如果某傳感器節(jié)點失效，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他節(jié)點可立即重新自組網(wǎng)，以確保監(jiān)測區(qū)域不出現(xiàn)空白監(jiān)測區(qū)域。本實用新型所提供的火災(zāi)預(yù)警信息顯示終端30是具體負(fù)責(zé)將現(xiàn)場傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為圖表信息功能的設(shè)備終端，火災(zāi)預(yù)警信息顯示終端30分布在船舶駕駛臺、機艙、船長房間、大副房間、輪機長房間、一般船員房間等區(qū)域。顯示終端的布設(shè)可以根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)和實際監(jiān)控需要增加或減少。上位機系統(tǒng)10對由節(jié)點通信簇頭61發(fā)送的現(xiàn)場火警指標(biāo)數(shù)據(jù)信息流進(jìn)行清洗、過濾等相關(guān)處理并將其發(fā)送到火災(zāi)預(yù)警信息顯示終端30后，顯示終端負(fù)責(zé)將具體的數(shù)據(jù)流以圖表的形式顯示在終端界面上，而且如果某監(jiān)測區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)隱患，即某一個或幾個火警指標(biāo)信息值超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值，顯示終端的顯示界面上該傳感器節(jié)點傳送過來的數(shù)據(jù)流表現(xiàn)形式與普通的、無火災(zāi)隱患的火警信息流表現(xiàn)形式不同，監(jiān)測到火災(zāi)隱患節(jié)點的數(shù)據(jù)流將以醒目、閃爍的紅色線條表示，以提醒船舶值班人員根據(jù)該節(jié)點監(jiān)測到區(qū)域存在火災(zāi)隱患，需要采取措施，加以防范。本實用新型所提供的船載網(wǎng)關(guān)40是整個系統(tǒng)無線和有線的數(shù)據(jù)信息流中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它通過USB 2. 0數(shù)據(jù)線接口與上位機系統(tǒng)10相連；由傳感器的節(jié)點通信簇頭61發(fā)送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過船載網(wǎng)關(guān)40才能到達(dá)上位機系統(tǒng)10，而上位機系統(tǒng)10對現(xiàn)場傳感器節(jié)點發(fā)送的各種控制命令也需經(jīng)過船載網(wǎng)關(guān)40轉(zhuǎn)發(fā)才能被現(xiàn)場的傳感器節(jié)點設(shè)備接收。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括船舶上位機系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)、火警預(yù)警信息顯示終端、船載網(wǎng)關(guān)，所述火警信息顯示終端與所述船舶上位機系統(tǒng)相連接，所述船舶上位機系統(tǒng)與所述船載網(wǎng)關(guān)相連接，所述船載網(wǎng)關(guān)與所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)相連接；所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)包括通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)、海圖室監(jiān)測區(qū)；所述各監(jiān)測區(qū)上連接有與之相對應(yīng)的船載無線傳感器設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述各無線傳感器設(shè)備包括無線傳感器節(jié)點A、無線傳感器節(jié)點B和無線傳感器節(jié)點N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)和海圖室監(jiān)測區(qū)為不同的通信簇，所述各個通信簇由節(jié)點通信簇頭、簇內(nèi)節(jié)點A、簇內(nèi)節(jié)點B和簇內(nèi)節(jié)點N 組成。
專利摘要本實用新型公開了基于WSN構(gòu)建的船舶駕駛臺火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括船舶上位機系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)、火警預(yù)警信息顯示終端、船載網(wǎng)關(guān)，所述火警信息顯示終端與所述船舶上位機系統(tǒng)相連接，所述船舶上位機系統(tǒng)與所述船載網(wǎng)關(guān)相連接，所述船載網(wǎng)關(guān)與所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)相連接；所述現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)包括通訊設(shè)備監(jiān)測區(qū)、導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)測區(qū)、氣象設(shè)備監(jiān)測區(qū)、遇險報警設(shè)備監(jiān)測區(qū)、海圖室監(jiān)測區(qū)；所述各監(jiān)測區(qū)上連接有與之相對應(yīng)的船載無線傳感器設(shè)備。本實用新型利用無線傳感器節(jié)點實時監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的溫度、煙霧和駕駛臺設(shè)備燃燒產(chǎn)生的氣體等火警指標(biāo)信息，并周期性地將監(jiān)測數(shù)據(jù)打包發(fā)送給上位機監(jiān)控系統(tǒng)，保證船舶的航行安全。
文檔編號H04W84/18GK202210340SQ20112034797
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者吳華鋒, 肖英杰, 陳信強 申請人:上海海事大學(xué)