基于城市智能照明感知系统的数据融合研究

摘要

智慧城市是城市的管理革命和发展模式的创新，其核心在于运用现代信息通信技术构建一个智能感知环境。这样的环境不但可以对设备和信息进行高效管理，还将在很大程度上改变人们的生活习惯和生活方式。而智慧城市的构想和理念又是由很多具体方面组成的，城市照明就是其中一项。城市照明是一个城市的基础设施之一，而对城市照明系统能否进行有效管理也是衡量一个城市是否现代化和文明的标志之一。传统城市照明系统存在诸多不足，如电能不能被很好利用，路灯的状态信息不能实时上报，检测与维修工作对人力财力的要求高、消耗大等，而随着无线传感网络技术的快速发展，使短距离无线传输成为可能，如果把无线传感网络技术引入传统的城市照明系统不但会使得上述问题得到极大的改善和解决，还会增加环境信息的监控，丰富城市照明系统的功能。
　　首先，开发路灯节点、传感节点以及网关节点，包括组成节点的各种模块设计，如GPRS模块、RF模块以及传感模块等。其中照明灯具采用LED灯芯，替换了传统的高压钠灯，并采用太阳能与市电交互供电的方式，不但更加节能，而且提高了能源的循环利用率。路灯控制终端MCU和LED驱动控制板之间采用RS485通信协议，取代了传统的RS232通信，RS485通信协议具有传输距离远、传输速率高的优点。系统在Cortex-M3具体型号为STM32F103RBT6上移植了μC/OS-Ⅱ操作系统，并且在己实现的智能照明管理系统中进行测试。通过μC/OS-Ⅱ可以对系统的传输数据任务进行优先级排序，合理利用CPU资源，解决信号传输冲突问题。
　　其次，对多传感器数据融合技术与应用的进行了相关研究，以降低网络内数据量的无线传输对网络造成的冲击。详细分析算术平均值法、基于算术平均值的递推估计法、自适应加权法以及分批估计融合法的特点，并在同一情况下对各种算法进行比较。
　　最后，本文在DAA和ToD转发协议的基础上，提出了一种改进型的转发协议DAA-RW算法，可以尽可能多的完成网内节点的传输数据融合。并仿真比较了改进协议与传统协议的效果，建设智慧城市中智能照明子系统，实现了基于无线传感网络的环境监控的系统设计，并分析此系统的优点与不足之处。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外无线传感网络发展历史及研究现状

1．3 无线传感网络数据融合技术及其发展现状

1．4 本文主要研究内容

2 无线传感网络及数据融合原理

2．1 无线传感网络的特点

2．2 无线传感网络的关键技术

2．3 无线传感网络的应用范围

2．4 数据融合概述与原理

2．4．1 数据融合的目的

2．4．2 数据融合的层次

2．4．3 数据融合的系统构成

2．5 本章小节

3 城市智能照明系统设计

3．1 系统结构简介

3．2 网关节点的硬件设计

3．2．1 GPRS单元

3．2．2 MCU微控制器单元

3．2．3 RF单元

3．2．4 防盗报警单元

3．2．5 时钟单元

3．3 传感器无线终端的硬件设计

3．3．1 电源模块

3．3．2 传感模块

3．3．3 温湿度传感器

3．3．4 气压传感器

3．3．5 空气颗粒以及有害气体传感器

3．4 无线传感节点的软件设计

3．4．1 μC／OS-Ⅱ简介

3．4．2 系统软件的总体设计

3．4．3 路灯传感器节点信息流程

3．5 本章小结

4 多传感器数据融合的方法研究

4．1 数据融合的主要方法

4．2 算术平均数数据融合方法

4．3 基于算术平均值的递推估计数据融合方法

4．4 自适应加权数据融合方法

4．5 分批估计融合算法

4．6 数据融合方法比较研究

4．6．1 算术平均值法

4．6．2 基于算术平均值的递推估计法

4．6．3 自适应加权融合法

4．6．4 分批估计融合算法

4．6．5 数据融合结果的比较

4．7 数据融合路径选择方法研究

4．7．1 DAA方法研究

4．7．2 ToD动态转发研究

4．8 自适应数据融合路径选择方法研究

4．9 本章小结

5 系统实验结果与评估

5．1 照明管理中心界面的功能实现

5．2 自适应数据融合路径选择方法效果

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢