基本信息
- 项目名称：
- 现场环境立体检测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该系统针对灾难事件现场环境信息采集、检测的实际需求，将现代通信技术、信息处理技术等相结合，实现对特定现场环境信息的远程动态采集和检测。 系统分为基于ZigBee主通信网络的采集设备和监测中心软件两大部分，监测中心端软件负责控制各个ZigBee节点采集传输并储存数据，采用Direct Show流媒体开发技术，对视频图像进行特征提取、跟踪锁定，并嵌入谷歌地图显示具体环境信息。
- 详细介绍：
- 开发背景： 针对灾后现场环境恶劣、缺乏通信的现状，系统构建无线动态ZigBee网络，由系统监控中心（PC&嵌入式设备端）对飞行器、履带车、侦察车等多个动态采集节点的实时控制，实现对特定现场环境信息的远程动态采集、监测。 系统结构模型： 系统建立自动调整链路结构模型，并结合ZigBee节点路由功能，有效扩大通信范围。 上位机软件： C#语言编写，采用SQL数据库储存数据（可绘制分析图线），并通过Google Earth进行实时导航，运用Direct Show技术处理视频，设计相关算法在视频区域搜索目标。 系统功能: 采集数据涵盖环境图像、经纬度、温湿度、光强、可燃气体浓度等。实现定点到达、自动避障、测量前方障碍物距离、感知人体存在的功能。 系统建立的信息采集模型、自动导航及自动调整网络拓扑模型，具有很好的可操作性和拓展性，方便后续的进一步开发和完善。对环境保护、地质勘探、现代化军事作战等领域有很大的贡献意义。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 近年国内外自然灾害、突发事件频发，造成重大人员伤亡和经济损失。很难直接进入事件现场进行实时采集、检测现场环境信息。该系统旨在解决这一现状。 基本思路： 构建无线动态ZigBee网络，由系统监控中心（PC&嵌入式设备端）对飞行器、履带车、侦察车等多种动态采集节点的实时控制。 (1)构建ZigBee双向无线通信网络；(2)无线摄像头采集环境图像；(3)采集环境温湿度、可燃气体浓度、光强等参数；(4)光电开关、超声波、红外热释电模块进行自动避障、检测人体存在辅助车体运动； (5)GPS定位，调用谷歌地图显示并绘制运动轨迹；(6)采集节点脱离网络时发出警报。 创新点： (1) ZigBee技术应用于自构建网络，建立自动调整拓扑模型，负载均衡、有效扩展系统的传输范围； (2)GPS定位与景象匹配导航结合，自动修正移动路线，更精确定位导航。 技术关键： (1)ZigBee双向无线通信网络；(2)图像识别；(3)Direct Show流媒体开发技术；(4)自定义数据通信协议；(5)景象匹配导航和GPS导航；(6)地理信息系统GIS；(7)飞行器控制和数据采集。 主要技术指标： (1)ZigBee节点数据传输速率1-250Kbps；(2)图像分辨率640×480；(3)GPS误差＜6m；(4)超声波探测距离范围4mm~4m，误差4%；(5)温湿度采集精度分别为±0.1℃、±5％RH；(6)甲烷检测300-10000ppm。
科学性、先进性
- 系统实现对特殊现场环境信息的远程动态立体采集和监测。 和已有的技术相比，该系统建立的信息采集模型，能够在系统内组建ZigBee无线数据传输局域网。系统建立的自动调整链路结构模型，采用的节点移动策略，实现了系统工作的安全，节能和负载均衡。不但提高了系统稳定性而且彰显了环保节能理念。当个别节点脱离网络时，其他节点能迅速响应，并自动更改网络结构，维护局域网的正常运行，从而提高了系统的可靠性。 采集数据种类多、实时性好、涵盖灾后现场环境的诸多数据参数，可脱机保存，并具有很好的模块化可扩展性，方便应用。 无线摄像头采集到的视频信息，采用Direct Show技术设计相关算法，实现目标对象的特征提取，跟踪锁定，拓展了其在军事化作战中的应用。
获奖情况及鉴定结果
- 1、该作品在2010年西安电子科技大学第二十二届“星火杯”大学生课外学术科技作品竞赛校级评选中获得特等奖（证书见附加材料）； 2、该作品在2010年西安电子科技大学通信工程学院的“京信杯”电子创新设计大赛中获得二等奖（证书见附加材料）。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂未进行技术转让
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 飞行器、履带车和侦查车配备的ZigBee采集节点组网连接，传输数据至监测中心。网络未连接情况下，采集设备处于脱机监视状态，自动保存数据。 技术特点和优势： (1)ZigBee具有自组网、低复杂度、高可靠性、便捷的路由优势； (2)多种数据采集方式，涵盖立体网络中现场环境的诸多参数信息； (3)将GPS卫星定位与景物匹配制导相结合，通过图像处理实现对移动系统路线的自动修正，更精确的定位导航。 适应范围及推广前景： 系统可应用到环境污染监测、生化监测、协助救灾等领域。也可向军事侦查扩展。系统的模块化结构，具有良好的拓展性，可以根据不同现场环境的具体情况和特殊需求进行灵活改进。 市场分析和经济效益预测： 作品将通信、信息处理相结合，实现了对特定环境的远程动态信息采集和监测。系统智能调整网络结构，综合多种方式立体监测环境，具有较好的经济和社会效益。另外由于ZigBee的低功耗、低成本、免使用费，能够有效节约成本、降低造价。
同类课题研究水平概述
- 远程的现场环境监测和无线数据采集分析，是近几年全球信息业发展的一大重要内容，能够切实有效的利用电子设备迅速、便捷的掌握现场参数具体情况是解决这一问题的关键。在很多情境下往往需要电子设备代替人力进入很多恶劣的现场，进行环境数据的采集和侦查。现今已有的ZigBee技术传感器网络应用已然十分广泛，譬如无线智能家庭、无线安防报警、RFID数据传输、结合GPRS的无线数据传输等。但是这些应用中的ZigBee节点一般都是固定的，传感器的静态网络结构监测范围较小，无法实时扩大通信传输范围。 目前的环境监测一般都是单一方式，无法及时适应复杂多变的场所，本系统结合多种方式，海、陆、空三位一体进行监测，利用网络自动调整功能，实现智能化的操作。 现场环境立体监测系统，可以有效实现动态组网，具有实时分项采集现场环境数据参数、无线组网传输、远程传输、后台数据存储统计分析等功能。在现场环境中的ZigBee无线节点可以根据具体情况改变方位，实现更加灵活的自组网网络拓扑结构，有效扩大系统的应用广度。另外，该系统具有良好的可移植性。 系统首次将ZigBee技术用于传感器网络通讯，对传感器ZigBee网络技术进行了探索性研究。 综上，该系统具有一定的创新性和竞争力。
