海事监控传感网络下事件容错检测方法及火灾监控应用

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随着国家和社会对生命财产安全的日益重视,人们对水路运输安全保障提出了新的要求。保障海事安全的重要途径在于对相关要素实施实时有效监控。传统的海事监控手段,如雷达、AIS、VTS等,虽然能对大部分海事对象实施有效监控,但存在部署成本高、网络扩展性差、信息感知精度不足等缺陷。无线传感器网络具有自组织、抗毁性强、协作性好、成本低廉等特征,非常适合海事场景。基于无线传感器网络构建海事监控传感网络能够弥补传统海事监控手段的不足。海事监控传感网络是面向事件监测的网络,但海事场景动态性强、自然攻击多、水汽和金属环境对信号干扰性大,加之节点自身资源的有限性,节点在运行过程中容易产生虚警错误和漏警错误。针对此,本文引入雷达目标检测思想,提出了一种基于模式匹配的事件容错检测方法。方法的执行包括两个环节,第一个环节为节点自身检测环节,节点通过匹配采样值变化率与模式的关系初步判断事件是否发生;第二个环节为节点决策环节,节点将根据邻居状态、邻居可信度和自身状态做出事件决策,并根据决策结果调整自己的可信度。该方法充分利用了节点在时间和空间上的相关性,具有较高的故障识别率,而且节点在进行事件决策和可信度调整采用的是分布式的方法,可以很好的实现能量均衡,延长网络寿命。此外,由于引入了节点可信度模型,节点的决策结果更加可信,有效地减少了漏警率和误警率。为了对基于模式匹配的事件容错检测方法进行验证,本文基于ZigBee技术搭建了一套船舶舱室火灾监控系统。实验首先在正常情况下训练节点,获得了419个温度采样值并选取其中采样值变化率最大值作为阈值,然后在检测模式下匹配温度采样值与阈值的关系,并结合可燃气体浓度和火焰给出火灾预警等级。在实现过程中,基于低成本、可靠、易拓展的原则,实验详细设计了系统架构、软硬件设计以及船岸通信协议。试验结果表明,本系统能较可靠较准确地检测到火灾,能够为类似研究提供一定借鉴。
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