一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)警系統(tǒng)和方法，特別是一種地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜多樣，災(zāi)害頻繁，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。近年來(lái)，關(guān)于滑坡、泥石流類災(zāi)害的研宄是行業(yè)研宄的重點(diǎn)。其中單一傳感器已經(jīng)很廣泛的運(yùn)用與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和礦山監(jiān)測(cè)，但其總體投入費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用太高；而且單傳感器的預(yù)警效果不是十分理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種實(shí)用經(jīng)濟(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和方法。
[0004]本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)以及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，所述傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)均通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)相連接。
[0005]所述傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊、節(jié)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)模塊以及電源管理模塊，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊包括微處理器以及儲(chǔ)存器。
[0006]所述傳感器模塊包括斜率傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器以及拓展傳感器。
[0007]所述傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)包括網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、命令解析模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊以及電源管理模塊。
[0008]所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器包括服務(wù)器移動(dòng)通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)處理后臺(tái)、網(wǎng)頁(yè)可視化平臺(tái)、短信推送平臺(tái)及手機(jī)app平臺(tái)。
[0009]一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，包括:
[0010]傳感器模塊采集數(shù)據(jù)；
[0011 ] 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊整合及篩選所述采集數(shù)據(jù)；
[0012]節(jié)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)模塊與網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊通信，向傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)傳輸由所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊上傳的數(shù)據(jù)以及接收網(wǎng)關(guān)控制命令；
[0013]網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊匯集網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)處理模塊、命令解析模塊以及系統(tǒng)監(jiān)控模塊進(jìn)行命令接收或傳輸數(shù)據(jù)；
[0014]數(shù)據(jù)處理模塊、命令解析模塊以及系統(tǒng)監(jiān)控模塊將處理或得到的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊與服務(wù)器移動(dòng)通信模塊的通信上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0015]傳感器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)I(yíng)P端口，接收所述網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫(kù)中，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)處理，同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行命令控制操作，將命令傳輸給所述傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)，并可通過(guò)所述傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)向所述傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制命令，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后生成相應(yīng)的決策和估計(jì)，若超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的預(yù)警閥值，網(wǎng)頁(yè)可視化平臺(tái)、短信推送平臺(tái)及手機(jī)app平臺(tái)自動(dòng)發(fā)布實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)信號(hào)。
[0016]所述節(jié)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)模塊還與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)。
[0017]所述預(yù)警閥值在系統(tǒng)初始狀態(tài)為預(yù)設(shè)值，在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，所述預(yù)警閾值可由歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)算法自動(dòng)調(diào)整。
[0018]所述數(shù)據(jù)處理模塊將網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送至網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊；所述命令解析模塊可以解析網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊接收的來(lái)自傳感器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的命令，并做出對(duì)應(yīng)的操作；所述系統(tǒng)監(jiān)控模塊對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)情況以及向服務(wù)器發(fā)送調(diào)整信息。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明在同一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上，配置了多源傳感器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度整合。通過(guò)硬件融合設(shè)計(jì)與測(cè)試，各傳感器之間協(xié)同工作；然后利用系統(tǒng)配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、可視化處理，最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將信息發(fā)布至客戶終端，從而達(dá)成監(jiān)測(cè)預(yù)警的目標(biāo)。本發(fā)明采用多跳式自組織網(wǎng)絡(luò)，因此自愈性強(qiáng)，意味著數(shù)據(jù)的失效率和丟失率幾乎為零。本發(fā)明采用內(nèi)接模塊、外接模塊的分層設(shè)計(jì)，可在很小的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)盒管理數(shù)種物理量、幾十個(gè)信號(hào)量。因此系統(tǒng)的擴(kuò)展性能好，適用范圍廣。本發(fā)明利用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，使監(jiān)測(cè)與預(yù)警的銜接更合理、科學(xué)。提高了對(duì)于監(jiān)測(cè)任務(wù)的預(yù)警預(yù)報(bào)能力、可靠性、及準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)示意圖
[0022]圖2為一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0023]下文將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，他們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號(hào)代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)100、傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)200以及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器300，所述傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)100均通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)200相連接。
[0025]所述傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)100包括傳感器模塊101、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊102、節(jié)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)模塊103以及電源管理模塊104，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊102包括微處理器以及儲(chǔ)存器。
[0026]所述傳感器模塊101包括斜率傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器以及拓展傳感器。
[0027]所述傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)200包括網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊201、數(shù)據(jù)處理模塊202、命令解析模塊203、系統(tǒng)監(jiān)控模塊204、網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊205以及電源管理模塊206。
[0028]所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器300包括服務(wù)器移動(dòng)通信模塊301、數(shù)據(jù)庫(kù)302、數(shù)據(jù)處理后臺(tái)303、網(wǎng)頁(yè)可視化平臺(tái)304、短信推送平臺(tái)307及手機(jī)app平臺(tái)308。
[0029]如圖2所示，一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，包括:
[0030]傳感器模塊101采集數(shù)據(jù)；
[0031 ] 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊102整合及篩選所述采集數(shù)據(jù)；
[0032]節(jié)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)模塊103與網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊201通信，向傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)200傳輸由所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊102上傳的數(shù)據(jù)以及接收網(wǎng)關(guān)控制命令；
[0033]網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊201匯集網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)處理模塊202、命令解析模塊203以及系統(tǒng)監(jiān)控模塊204進(jìn)行命令接收或傳輸數(shù)據(jù)；
[0034]數(shù)據(jù)處理模塊202、命令解析模塊203以及系統(tǒng)監(jiān)控模塊204將處理或得到的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊205與服務(wù)器移動(dòng)通信模塊301的通信上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)302 ;
[0035]傳感器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器300通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)I(yíng)P端口，接收所述網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊205的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫(kù)302中，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)處理，同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行命令控制操作，將命令傳輸給所述傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)200，并可通過(guò)所述傳感器數(shù)據(jù)匯聚網(wǎng)關(guān)200向所述傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)100發(fā)出控制命令，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后生成相應(yīng)的決策和估計(jì)，若超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的預(yù)警閥值，網(wǎng)頁(yè)可視化平臺(tái)304、短信推送平臺(tái)307及手機(jī)app平臺(tái)308自動(dòng)發(fā)布實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)信號(hào)。
[0036]所述節(jié)點(diǎn)無(wú)線收發(fā)模塊103還與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)。
[0037]所述預(yù)警閥值在系統(tǒng)初始狀態(tài)為預(yù)設(shè)值，在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，所述預(yù)警閾值可由歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)算法自動(dòng)調(diào)整。
[0038]所述數(shù)據(jù)處理模塊202將網(wǎng)關(guān)無(wú)線收發(fā)模塊201接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送至網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊205 ;所述命令解析模塊203可以解析網(wǎng)關(guān)移動(dòng)通信模塊205接收的來(lái)自傳感器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器300的命令，并做出對(duì)應(yīng)的操作；所述系統(tǒng)監(jiān)控模塊204對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)100進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)情況以及向服務(wù)器發(fā)送調(diào)整信息。
[0039]具體實(shí)施例
[0040]一:背景
[0041]杭州鳳凰創(chuàng)意園坐落在轉(zhuǎn)塘鳳凰山腳下，其前身是轉(zhuǎn)塘雙流水泥廠，建于上世紀(jì)70年代已關(guān)停近10年。現(xiàn)在，老廠房變身成了時(shí)尚的LOFT，起名為“鳳凰?創(chuàng)意國(guó)際園”重新得到開(kāi)發(fā)和利用，引來(lái)眾多企業(yè)入駐，為杭州的經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入了一份新力量。但園區(qū)四面環(huán)山，地勢(shì)較低，且杭州陰雨天氣較多，所處山體遭到開(kāi)發(fā)破壞，屬于地質(zhì)災(zāi)害敏感地帶，對(duì)園區(qū)的環(huán)境造成著潛在的威脅。
[0042]二:系統(tǒng)概述
[0043]在鳳凰創(chuàng)意園在園區(qū)存在潛在威脅的地帶一共布了 6個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)PM2.5傳感器，一個(gè)雨量計(jì)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠采集地表位移，加速度，傾角，溫濕度等地質(zhì)環(huán)境信息。
[0044]1:彳目息米集
[0045]信息采集指地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，該監(jiān)測(cè)終端配備了多種傳感器，可實(shí)時(shí)的對(duì)地表位移、大氣壓強(qiáng)、雨量、加速度、傾角及地表溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。各種智能傳感器負(fù)責(zé)采集災(zāi)變體在時(shí)空域的變形信息和誘發(fā)因素信息，傳感器根據(jù)災(zāi)變體所需的信息進(jìn)行選擇，針對(duì)創(chuàng)意園區(qū)的地形、地質(zhì)等特點(diǎn)，采集終端使用的傳感器主要包括:
[0046]三軸加速度傳感器:對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行微分辨率上動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以獲取高精度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)(lmm/S2) ο
[0047]溫濕度傳感器:監(jiān)測(cè)地表溫濕度的變化。
[0048]雨量計(jì):降雨是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的一大主要因素，災(zāi)變點(diǎn)的實(shí)際降雨量是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的必備內(nèi)容。雨量計(jì)表征值可以與孔隙水壓、地下水位表征值建立數(shù)學(xué)相關(guān)模型。
[0049]位移傳感器:位移計(jì)可以直觀的監(jiān)測(cè)裂縫的變化，精度達(dá)到0.0lmm,帶溫度補(bǔ)償，能監(jiān)測(cè)到裂縫的細(xì)微變化，同時(shí)位移計(jì)也是滑坡的輔助監(jiān)測(cè)傳感器。
[0050]傾角傳感器:主要應(yīng)用于滑坡的監(jiān)測(cè)，可以測(cè)量二維的角度變化，