火灾风险无处不在.严重影响人类的出产、日子和生命交全,在对环境的风险程度不知道的状况下,消防人员直接进入火灾现场进行侦查和救活作业,是非常风险的。由具有感知才能、核算才能和通讯才能的微型传感器组成的无线传感器网络,可以替代消防人员在风险的火灾环境中进行侦查作业,在火灾产生时,微型传感器实时感知现场环境信息,并将环境信息传送到后方,人们就可以不需进入现场而知道具体的火灾状况。
1、用于消防体系的无线传感器网络
无线传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc办法构成的无线网络,其意图是协作地感知、收集和处理网络覆盖地舆区域中感知目标的信息。用于消防体系无线传感器网络中的传感器接点应该具有耐热特性,并且对温度具有灵敏的感知才能,经过网络覆盖区域内传感器温度的改变状况及其方位信息,完结对火情的实时监控。此体系示意图如图1所示。这些接点完结一般的数据收集、核算以及互联功用,它们经过传感器网络将信息传送给网关,网关对这些数据做出呼应,并经过本地传输网络送到远端基站,基站经过互联将数据传送给数据库服务器,最终数据经过终端界面传送给消防人员。
因为布置于火灾现场的传感器网络本钱问题和节点能量非常有限,并且节点无法弥补,因而不适宜每个节点都配备高本钱、高能耗的GPS设备,实践上,无线传感器网络中常常选用分布式的节点定位算法。定位算法依据是否丈量间隔,可分为间隔有关的和间隔无关的2种。间隔有关的经过丈量间隔视点等信息进行定位,对硬件要求较高且本钱较高。受无线传感器网络硬件设备约束,相关于花费较高的依据间隔的办法,间隔无关机制被认为是性价比较高的挑选。
2、DV—hop定位算法
DV—hop算法是一种间隔无关的定位算法,由NICULESCU D等在Navigate项目中提出,适用于Ad—Hoc网络,并且在密布网络中得到了大约射程规模的1/3的精确度。在一个异构网络中,包含传感器节点和锚节点。锚节点不只可进行单级播送,并且可把其方位信息播送给整个网络的一切节点。节点依据接纳到的锚节点方位、锚节点的跳数和每一跳的均匀间隔核算出自己的方位。该算法的完结大致分为如下3个阶段。
(1)间隔矢量交流阶段。在该阶段中,DV—hop算法选用类似于经典的间隔矢量路由算法的机制,使得网络中的一切节点都知晓其与各参阅节点的跳数。为此,每个节点都维护着一个表{xi,yi,hi},其间,xi,yi为参阅节点i的坐标,hi为该节点到参阅节点i的跳数。在初始时,参阅节点向邻接节点播送一个信标(数据包),其间包含它的坐标以及跳数,其初始值为1。街坊节点接纳到信标后,将跳数加1后持续向它的街坊播送(除了来历方向),如此经过洪泛的办法向整个网络传达。假如某节点接纳到来自相同参阅节点的多个信标,则标明它到该参阅节点有多条途径。此刻,节点将保存含有最小跳数值的信标,而疏忽其他信标,这就保证了所得到的跳数值是它到参阅节点的最短路径。经过这个进程,只需整个网络是连通图,网络中的一切节点(包含参阅节点)都能得到各参阅节点的坐标,以及它到各参阅节点的最短间隔,也便是跳数。图2中以单个参阅节点为例,表明跳数在网络中的传达进程,其间圆形表明节点的通讯半径。
(2)校正值核算与播送阶段。该阶段中,每个参阅节点在取得其他参阅节点方位和相隔跳数后,核算网络均匀每跳间隔,然后将其作为一个校正值播送至网络中,参阅节点i的均匀每跳间隔,也便是校正值。其核算办法如下:
式(1)中,(xi,yi),(xi,yi)别离是参阅节点i与j的坐标;hij表明参阅节点i到参阅节点j的跳数。
接下来,各参阅节点进行第一次播送,将其校正值以洪泛的办法在网络中传达。相同,当一个节点接纳到了第一个校正值后,便丢掉一切后来者,这个战略保证了绝大多数节点从最近的参阅节点接纳校正值。这就意味着该校正值可以比较真实地反映出该节点周围的均匀每跳间隔。
不知道节点接纳到校正值后,便用校正值与跳数的乘积来近似替代它到各个参阅节点的间隔,最终进入第三阶段的坐标核算,即:
(3)坐标核算阶段。不知道节点运用第二阶段记载得到各个信标节点的跳段间隔,运用三边丈量法或极大似然估量法核算本身坐标。若不知道节点u接纳到n个参阅节点的方位信息(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn),并且在上述阶段核算中到各参阅节点的近似间隔为d21,d22,…,d2n,则经过下列方程组得出不知道节点u的坐标从第一个方程开端别离减去最终一个方程,得:运用规范的最小均方差估量办法,可以得到节点u的坐标为:
从第一个方程开端别离减去最终一个方程,得:
式(4)的线性方程可表明为:
运用规范的最小均方差估量办法,可以得到节点u的坐标为:
只需ATA非奇特,节点u的坐标X就有专一解。
3、火灾现场定位原理
在火灾现场,火势从火源开端向四周呈不规则的散射状延伸,在这个进程中,传感器节点所在方位的可燃物阅历了点燃、阴燃、明火焚烧、轰然、燃尽等焚烧进程,可按温度改变划分为焚烧前、焚烧中和焚烧后3个阶段,温度改变示意图如图3所示。从传感器监测到的温度改变状况,可以判别节点所在方位的火情:火势是否正在迫临;是否开端焚烧;是否现已焚烧结束。在火势延伸区域,运用DV—hop算法取得传感器节点的方位信息,结合节点的温度改变状况,就可以实时画出火势延伸图(见图4),得知火场态势。
4 、结 语
在此将无线传感器网络技能使用于消防体系,提出经过对传感器节点的定位,结合节点处温度改变状况,完结对火场环境的实时监控。DV—hop算法只需要较少的锚节点,核算和通讯开支适中,不需要节点具有测距才能,是一个可扩展的算法。关于密布网络,均匀每跳间隔接近于实践间隔,可以得到合理的均匀每跳间隔,然后可以到达较高定位精度。并且,跟着感温探测器技能的开展,开发作业环境温度为一40~+900℃的传感器节点已成为或许。因而,该技能在有用定位与盯梢火源、火情上具有很好的可完结性和很高的使用价值。
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