遗址保护-技术路线

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1、基于无线传感器网络的安全监测系统及其在遗址保护中的应用石柯第11页2021-6-28微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据通信和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。由此可见，无线传感器网络是一种集成了传感器、微机电系统和网络三大技术而形成的全新的信息获取和处理技术。基于无线传感器网络的安全监测系统

2、将集成有传感器、数据处理单元和通信模块的传感器节点分布在特定监测区域中，通过自组织的方式构成网络，借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声、电磁和振动等信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强、压力、振动土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等环境特征，并进行相应的分析和处理，发现可能对监测区域安全产生危害的事件并向用户报警，同时提供详细的报警信息。例如配备了被动红外传感器的无线传感器网络能够探测到可疑人员的入侵，并可对可疑人员的具体位置进行实时跟踪。一、系统构成图1基于无线传感器网络的安全监测系统体系结构石柯第11页2

3、021-6-28基于无线传感器网络的安全监测系统的体系结构如图1所示。这是一个层次型的网络结构，最低层为部署在实际监测区域中的传感器节点，向上层依次为网关节点构成的无线网状网和管理中心。为获得准确的数据，传感器节点的部署密度可能很大，并且可能部署在若干个不相邻的监测区域内，从而形成多个传感器网络；传感器节点将感应到的数据传送到相应的网关节点，网关节点负责将传感器节点传来的数据发送到管理中心。网关节点构成一个无线网状网，以保证可靠的数据传输。管理中心将接收到的数据保存在本地数据库中，进行分析和处理，并以直观友好的方式提供给用户。传感器节点可以配备

4、温度、湿度、气压、加速度（振动）、被动红外、磁力、声学等多种传感器，探测监测区域内这些特征的实时变化。传感器节点具有一定的数据处理和通信能力，能够对获取的数据进行预处理，如判断采集的信号量是否超过特定的阀值，从而确定是否产生报警事件。典型传感器网络节点配备有主频4－33MHz的处理器，128KB－4MB的存储器，无线传输带宽可达20－250kbps，通信距离为10－100米。特定的监测传感应用程序及微型操作系统运行在节点上，能够接收管理中心发送的远程控制命令，根据命令通过修改配置、接收新的系统映象和接收新的应用程序可执行代码实现多种不同的功能和

5、任务。操作系统的协议栈支持多跳无线通信，自动发现传感器节点之间的路由，保证数据在传感器节点之间可靠的传输。此外，时间同步和定位应用运行在操作系统之上，每个传感器节点能够确定它们相应的位置并保证他们之间的时钟同步，从而确保能够准确地探测到相应事件发生的位置和时间。为了降低系统的能耗，传感器节点支持低功耗模式。同传感器节点相比，网关节点具有更强的处理能力、更充足的能源和更长的无线传输距离。网关节点可以配备WiFi、WiMax等无线局域网通信接口或GPRS等2.5或3G无线通信接口，构成无线网状网，为无线传感器节点和管理中心之间提供可靠的无线传输服务

6、，将传感器节点探测到的事件上报给管理中心，将管理中心的命令发送给传感器节点。与此同时，网关节点具有较强的处理能力，处理器主频可达200MHZ或更高，可以对传感器节点发送来的事件信息进行实时融和，这样可以减少数据的传输量，降低能耗。石柯第11页2021-6-28若是用于野外环境，网关节点还可集成相应的GPS元件，实时获取自身的位置信息，为无线传感器节点的定位提供可靠的参考点（锚点）。网关节点上运行功能更为丰富的嵌入式操作系统如嵌入式Linux或WindowsCE，其上运行的应用监控无线传感器节点工作是否正常，这种分层的体系结构减小了管理中心的负载

7、，提高了系统的可伸缩性，扩大了系统的监控区域。管理中心负责整个安全监测系统的管理和控制。运行在该层安全监测应用记录并存储所有无线传感器节点通过网关节点传送来的事件信息，并对其进行分析和实时显示，实现安全事件的分类、跟踪和可视化显示。应用对收集到的原始事件进行分析，确定事件的起因、位置和种类，如入侵者引起的被动红外传感器报警，若原始信息不完全，应用可以发送相应的控制命令到事件发生区域的无线传感器节点，让这些节点收集更多更详细的信息。应用通过对事件发生区域多个传感器节点探测信息的分析，找出其中空间和时间的相关性，实现对安全事件的实时跟踪。可视化显示

8、以图形化的形式将相应的信息呈现给用户，显示的信息种类可分为两类，分别是安全监测信息和传感器网络自身的运行状态。具体的可视化软件能够以地图的形式显示整个