聶增麗 重慶工程學院電子與物聯網學院

引言：近些年來，傳感器技術獲得了迅速發(fā)展，各種多傳感器信息系統(tǒng)大量涌現，在一個系統(tǒng)中裝配的傳感器在數量上和種類上也越來越多。管理信息具有實時采集、數據龐大，現有數據處理和共享交換在功能、性能、可靠性方面已經不能提供足夠的支撐。

1.多傳感器數據融合概述

隨著電子技術的飛速發(fā)展，傳感器技術日益成熟。多傳感器網絡可以有效過濾掉測量中的誤差擾動，以獲得比單傳感器更加精確的測量數據。由于健康管理涉及城市管理的水、電、氣、熱等眾多方面，對象復雜不好進行數據融合研究，將選取健康管理中最具代表性的氣體監(jiān)測項目中的業(yè)務情況、傳感設備、數據類型等內容為數據融合研究的對象。

2.氣體監(jiān)測的多傳感器系統(tǒng)特點和控制結構

健康管理擬解決以下幾個關鍵技術：（1）設計研究一個普遍適用于具有地點分布廣、數量種類繁多、數量巨大、采樣頻繁特點的傳感設備數據傳輸無線傳感網，該網絡具有可承載傳輸數據大，安全性要求高能力。（2）根據健康管理特點研究一個高效實用的多傳感器數據融合算法；解決現場網關設備數據融合問題。（3）設計開發(fā)一組普適便捷的物聯網應用中間件架構及數據處理層壓縮算法，可實現各種標簽和傳感器等感知元件與應用系統(tǒng)之間數據傳輸、過濾、數據格式轉換，具有統(tǒng)一的傳感信息接入標準。

3.氣體監(jiān)測的現場自動控制系統(tǒng)

3.1 現場自動控制系統(tǒng)

氣體監(jiān)測的現場自動控制系統(tǒng)架構氣體監(jiān)測系統(tǒng)借助監(jiān)控終端進行日常監(jiān)控，有效抑制安全隱患事故的發(fā)生，從而提高燃氣行業(yè)安全管理水平。當發(fā)生燃氣泄漏時，系統(tǒng)能夠把相關報警信息通過短信發(fā)送給相關人員。如用戶聯系人及相關單位負責人；同時豐臺區(qū)監(jiān)測管理系統(tǒng)將報警信息上傳給市級監(jiān)測平臺。應急管理需要覆蓋城市全部轄區(qū)面積，實現跨部門、跨區(qū)域的統(tǒng)一指揮協(xié)調，進行統(tǒng)一應急、聯合行動。

現場自動控制系統(tǒng)主要由可燃氣體報警控制器、可燃氣體濃度探測器、濕度傳感器、緊急事故自動切斷閥、防爆軸流風機、二氧化碳濃度傳感器、粉塵濃度傳感器組成，形成一套獨立的燃氣報警控制系統(tǒng)。由于氣體的泄漏會造成室內某個可燃氣體傳感器數值的異常。因此在實際現場，將各類傳感器分散布于屋內，對每個可燃氣體傳感器數值進行監(jiān)測，出現異常立刻報警。而其他傳感器用于對室內環(huán)境的一個評估，為了減少上傳的數據量，系統(tǒng)中采用數據融合的方法對其他種類傳感器數值進行估算。

3.2 氣體監(jiān)測的多傳感器系統(tǒng)特點

氣體監(jiān)測的現場傳感器網絡是將大量的具有通信計算能力的微小傳感路節(jié)點，通過人工部署方式設置在廚房、氣瓶間等需要監(jiān)測的監(jiān)控區(qū)域，并自組形成獨立的智能自治測控網絡系統(tǒng)，能夠監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境信息或監(jiān)測對象的信息。

因傳感器節(jié)點數量多，節(jié)點設備部署一般采用規(guī)范方式進行安裝，傳感器節(jié)點的位置需預先設計確定；在任意時刻，節(jié)點間都可通過無線信道連接，形成自組織網絡拓撲結構；

傳感器節(jié)點間具有很強的協(xié)同能力，通過局部的數據采集、預處理以及數據交互來完成全局任務。傳感器網絡是一種平等的無中心節(jié)點全分布系統(tǒng)。因為大量傳感器節(jié)點是密集布設的，傳感器節(jié)點間的距離很短，所以多跳而對等通信方式比傳統(tǒng)的單跳而主從通信方式更適合在本網絡中使用，由于每跳的距離較短，收發(fā)器可以在較低的能量級別上工作。

3.3 氣體監(jiān)測現場傳感器部署

在氣體監(jiān)測系統(tǒng)中，通常需要獲得試點環(huán)境的整體預估，以此來評判試點的危險程度。因此需要不同種類傳感器實時監(jiān)測試點內的多種變量，此外，在試點當中測量同種變量時，可能會出現數值的偏差。導致偏差的原因有很多種，（如可燃氣體傳感器距離液化石油氣管道泄漏點近，或者傳感器出現自身故障）為了解決這些問題，采用多傳感器進行測量可以彌補單傳感器測量時帶來的準確度不高，可靠性不強等問題，對目標或者事件的確認增加了可信度。

4.結論

以健康管理中氣體監(jiān)測傳感設備為研究對象，圍繞著多傳感器數據融合問題展開討論，結合氣體監(jiān)測系統(tǒng)多傳感器應用特點和控制結構；選擇采用加權平均數據融合算法作為液化氣監(jiān)測系統(tǒng)的數據融合方法進行設計。以氣體監(jiān)測傳感數據為對象，研究并設計了一套數據融合算法，并將該算法應用到氣體監(jiān)測管理系統(tǒng)中，以氣體監(jiān)測現場的二氧化碳濃度傳感器為實驗對象驗證算法的可用性。