本發(fā)明涉及滑坡預警
技術(shù)領域：
，具體涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法。
背景技術(shù)：
：隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetworks，WSN)在不同領域得到了廣泛應用，因而通過無線傳感器技術(shù)對滑坡進行監(jiān)測和預警，實現(xiàn)滑坡泥石流自然災害的有效控制和防范具有重要意義。目前，基于WSN的滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)尚未有明確的環(huán)境信息的采集、傳輸和預警方法，提出一種合理有效的監(jiān)測預警方法是實現(xiàn)滑坡實時有效監(jiān)測的重要部分。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于上述問題，本發(fā)明提出了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法。本發(fā)明提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法，包括：每隔預設周期，無線傳感器網(wǎng)絡WSN中的匯聚節(jié)點廣播數(shù)據(jù)收集請求信息，以使所述WSN中的各采集節(jié)點在接收到所述數(shù)據(jù)收集請求信息后，根據(jù)各采集節(jié)點對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間，發(fā)送所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)到所述匯聚節(jié)點；所述匯聚節(jié)點將接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲；所述匯聚節(jié)點根據(jù)存儲的環(huán)境數(shù)據(jù)以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警?？蛇x的，所述匯聚節(jié)點根據(jù)存儲的環(huán)境數(shù)據(jù)以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警，包括：所述匯聚節(jié)點對存儲的環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，剔除異常的環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)預設的預警閾值以及剔除異常的環(huán)境數(shù)據(jù)后的剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)，確定是否進行滑坡預警；所述預設周期通過下式得到：預設周期＝預設常數(shù)×(所述WSN中采集節(jié)點的數(shù)目×預設的發(fā)送時槽長度)；相應地，所述數(shù)據(jù)收集請求信息中攜帶有所述發(fā)送時槽長度以及所述匯聚節(jié)點的編號。可選的，所述WSN中的各采集節(jié)點在接收到所述數(shù)據(jù)收集請求信息后，根據(jù)各采集節(jié)點對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間，發(fā)送所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)到所述匯聚節(jié)點，包括：所述WSN中的各采集節(jié)點在接收到所述數(shù)據(jù)收集請求信息后，根據(jù)所述數(shù)據(jù)收集請求信息中攜帶的所述發(fā)送時槽長度，確定各采集節(jié)點對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間；根據(jù)各采集節(jié)點對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間，發(fā)送所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)到所述匯聚節(jié)點；所述各采集節(jié)點對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間＝各采集節(jié)點的編號×所述發(fā)送時槽長度?？蛇x的，所述采集的環(huán)境數(shù)據(jù)中攜帶有采集節(jié)點的編號、匯聚節(jié)點的編號以及環(huán)境數(shù)據(jù)的類型；所述環(huán)境數(shù)據(jù)的類型包括：土壤溫濕度、傾角、雨量和沉降位移?？蛇x的，所述匯聚節(jié)點將接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲，包括：所述匯聚節(jié)點將接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲，存儲信息包括：采集節(jié)點的編號、環(huán)境數(shù)據(jù)接收的時間以及環(huán)境數(shù)據(jù)的類型?？蛇x的，所述存儲信息還包括：各類型環(huán)境數(shù)據(jù)對應的預設的存儲時長?？蛇x的，所述匯聚節(jié)點對存儲的環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，剔除異常的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括：所述匯聚節(jié)點將接收到的各采集節(jié)點所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)中攜帶的信息不全或錯誤格式的環(huán)境數(shù)據(jù)剔除，得到各采集節(jié)點剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)；所述匯聚節(jié)點統(tǒng)計所述各采集節(jié)點剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)的個數(shù)；所述匯聚節(jié)點基于所述各采集節(jié)點剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)的個數(shù)，確定并各采集節(jié)點對應的肖維納特系數(shù)以及確定各采集節(jié)點發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值；所述匯聚節(jié)點基于所述各采集節(jié)點剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)的個數(shù)以及所述各采集節(jié)點發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值，確定各采集節(jié)點發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)的標準差；所述匯聚節(jié)點依據(jù)肖維納特法對所述各采集節(jié)點剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)進行可疑判斷，并舍棄可疑數(shù)據(jù)?？蛇x的，所述剔除異常的環(huán)境數(shù)據(jù)之后，還包括：所述匯聚節(jié)點判斷當前周期內(nèi)所述各采集節(jié)點剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)個數(shù)是否為0，將為0的采集節(jié)點的故障指數(shù)加1，并將不為0的采集節(jié)點的故障指數(shù)置0；所述匯聚節(jié)點判斷各采集節(jié)點的故障指數(shù)是否大于預設值，生成故障報警信息，所述故障報警信息中攜帶有故障指數(shù)大于預設值的采集節(jié)點的編號?？蛇x的，所述根據(jù)預設的預警閾值以及剔除異常的環(huán)境數(shù)據(jù)后的剩余的環(huán)境數(shù)據(jù)，確定是否進行滑坡預警，包括：預先設置所述各類型環(huán)境數(shù)據(jù)對應的預警閾值，當環(huán)境數(shù)據(jù)的采集值超出該環(huán)境數(shù)據(jù)的類型對應的預警閾值時，對各采集節(jié)點環(huán)境數(shù)據(jù)采集值進行分析，確定是否進行滑坡預警?？蛇x的，所述當環(huán)境數(shù)據(jù)的采集值超出該環(huán)境數(shù)據(jù)的類型對應的預警閾值時，對各采集節(jié)點環(huán)境數(shù)據(jù)采集值進行分析，確定是否進行滑坡預警，包括：所述匯聚節(jié)點判斷當前周期內(nèi)各采集節(jié)點發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值是否均沒有超出環(huán)境數(shù)據(jù)的類型對應的預警閾值，若否，則將當前周期內(nèi)各采集節(jié)點發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值進行加權(quán)分析，從而對發(fā)生山體滑坡的可能性進行評估；預先劃分預警機制為三個層次，低危險程度預警，中危險程度預警以及高危險程度預警，并為每個層次的預警設定相應的解決措施；根據(jù)發(fā)生山體滑坡的可能性選擇使用預警層次。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出的基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法，通過接收WSN中各采集節(jié)點基于各自對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù)以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警，解決現(xiàn)有WSN單一信道下多個采集節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸過程中的信息碰撞問題并避開了傳感器節(jié)點之間的時間同步問題，同時能夠?qū)?shù)據(jù)和采集節(jié)點的異常進行監(jiān)測和預警，以使滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)更加準確和高效。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法流程圖；圖2是本發(fā)明實施例的滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集傳輸和預警的標準內(nèi)容；圖3是本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)包存儲要求；圖4是本發(fā)明實施例的匯聚節(jié)點異常檢測內(nèi)容；圖5是本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)異常檢測與刪除過程；圖6是本發(fā)明實施例的采集數(shù)據(jù)的處理過程。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。如圖1所述，本實施例公開一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法，包括步驟101～103：101、每隔預設周期，無線傳感器網(wǎng)絡WSN中的匯聚節(jié)點廣播數(shù)據(jù)收集請求信息，以使所述WSN中的各采集節(jié)點在接收到所述數(shù)據(jù)收集請求信息后，根據(jù)各采集節(jié)點對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間，發(fā)送所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)到所述匯聚節(jié)點；102、所述匯聚節(jié)點將接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲；103、所述匯聚節(jié)點根據(jù)存儲的環(huán)境數(shù)據(jù)以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出的基于無線傳感器網(wǎng)絡的滑坡預警方法，通過接收WSN中各采集節(jié)點基于各自對應的數(shù)據(jù)發(fā)送時間發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù)以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警，解決現(xiàn)有WSN單一信道下多個采集節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸過程中的信息碰撞問題并避開了傳感器節(jié)點之間時間同步問題，同時能夠?qū)?shù)據(jù)和采集節(jié)點的異常進行監(jiān)測和預警，以使滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)更加準確和高效。圖2是本發(fā)明的標準內(nèi)容，本發(fā)明提供一種基于WSN的滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)信息采集傳輸過程，包括以下內(nèi)容：S1、匯聚節(jié)點以一定的周期廣播數(shù)據(jù)收集請求包Req；S2、采集節(jié)點在接收到該Req數(shù)據(jù)包以后，以一定的時間先后順序發(fā)送所采集的環(huán)境信息到匯聚節(jié)點；S3、匯聚節(jié)點將接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)記錄在本地并存儲；S4、匯聚節(jié)點通過對保存到本地的數(shù)據(jù)進行分析，判斷并刪除異常數(shù)據(jù)，同時對節(jié)點的當前狀態(tài)進行檢測；S5、根據(jù)篩選得到的數(shù)據(jù)，通過閾值分析對當前的滑坡環(huán)境進行評估并預警。下面以具體實施方式對本發(fā)明進行闡述：匯聚節(jié)點的廣播周期及請求包Req命令內(nèi)容如下：S101、匯聚節(jié)點周期性地廣播數(shù)據(jù)收集請求包Req；特別地，在每輪的數(shù)據(jù)收集中，匯聚節(jié)點周期性地廣播數(shù)據(jù)請求包Req，以觸發(fā)采集節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。匯聚節(jié)點除了接收采集節(jié)點的數(shù)據(jù)外，還具有對數(shù)據(jù)進行存儲，解析，計算和評估的功能。S102、廣播周期＝1.5×(采集節(jié)點數(shù)目×發(fā)送時槽長度)。S103、發(fā)送時槽長度為10秒。S104、數(shù)據(jù)收集請求包Req具有特定的包格式。特別地，請求包Req的包格式為：匯聚節(jié)點編號數(shù)據(jù)收集請求時槽長度1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)當采集節(jié)點接收到上述形式的請求包Req時，在特定時槽內(nèi)將采集數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點。采集節(jié)點的傳輸時槽和數(shù)據(jù)Packet格式的命名如下：S201、采集節(jié)點在特定的時段內(nèi)傳輸采集數(shù)據(jù)Packet.采集節(jié)點接收到請求包Req后，根據(jù)Req的時槽長度信息計算開始向匯聚節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)Packet的時間t，傳輸?shù)臅r長為該時槽長度。其中，t＝節(jié)點自身編號×時槽長度S202、傳輸?shù)牟杉瘮?shù)據(jù)Packet具有特定的包格式。采集節(jié)點編號匯聚節(jié)點編號數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)值4字節(jié)4字節(jié)4字節(jié)12字節(jié)采集節(jié)點按上述的包格式向匯聚節(jié)點傳輸24字節(jié)的數(shù)據(jù)Packet；采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)類型分別為土壤溫濕度、傾角、雨量和沉降位移。S203、先后順序為采集節(jié)點初始化時配置的編號順序。如圖3所示，匯聚節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包的存儲過程，要求如下：S301、存儲數(shù)據(jù)的格式；針對各個采集節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，我們采用如下的數(shù)據(jù)格式來對數(shù)據(jù)進行存儲：采集節(jié)點編號數(shù)據(jù)接收時間數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)值4字節(jié)8字節(jié)4字節(jié)12字節(jié)4字節(jié)的采集節(jié)點編號；8字節(jié)的數(shù)據(jù)接收時間；4字節(jié)的數(shù)據(jù)類型；12字節(jié)的數(shù)據(jù)值。S302、數(shù)據(jù)的存儲時間；由于受限的內(nèi)存資源，在滑坡環(huán)境監(jiān)測中，傾角、土壤溫濕度以及雨量等傳感器所采集到的數(shù)據(jù)不可能長期保存，為此，需要為匯聚節(jié)點接收到的各個類型的環(huán)境數(shù)據(jù)設計相應的存儲時間。由于滑坡環(huán)境的變化是一個長期緩慢演變的過程，因此，針對匯聚節(jié)點接收到的各個類型的環(huán)境數(shù)據(jù)，可以分別以一個固定的存儲時間來對接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲，例如，分別以一周和兩周為存儲時間來對斜坡的傾角數(shù)據(jù)和土壤溫濕度數(shù)據(jù)進行存儲，當前采集到的傾角和土壤溫濕度數(shù)據(jù)會分別在存儲一周和兩周后被舍棄。如圖4所示，節(jié)點和數(shù)據(jù)異常的檢測內(nèi)容如下：S401、數(shù)據(jù)異常檢測并刪除；在一個具體的例子中，步驟S401還包括圖5中所示的子步驟S4011至S4016。S4011、匯聚節(jié)點在每個周期內(nèi)對每個采集節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)進行收集，并依據(jù)每個采集節(jié)點所采集數(shù)據(jù)應滿足的數(shù)據(jù)格式對每個數(shù)據(jù)包格式進行判斷，剔除格式不正確的數(shù)據(jù)包。S4012、統(tǒng)計所收集到每個采集節(jié)點格式正確的數(shù)據(jù)包的個數(shù)。其中，匯聚節(jié)點在未接收到某一編號采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包或所收到該編號采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包均不滿足格式要求時，記該編號采集節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包個數(shù)為0，且不進行以下S4013至S4016步驟。S4013、根據(jù)步驟S4012統(tǒng)計每個采集節(jié)點對應的剩余數(shù)據(jù)包個數(shù)，查找每個節(jié)點所含剩余數(shù)據(jù)包個數(shù)對應的肖維納特系數(shù)。S4014、根據(jù)步驟S4011和步驟S4012計算每個采集節(jié)點當前周期內(nèi)所發(fā)送數(shù)據(jù)的平均值。S4015、根據(jù)步驟S4011、步驟S4012和步驟S4014計算每個采集節(jié)點當前周期內(nèi)所發(fā)送數(shù)據(jù)的標準差。S4016、依據(jù)肖維納特法對匯聚節(jié)點所接收到每個采集節(jié)點發(fā)送的正確格式數(shù)據(jù)包進行可疑判斷，并舍棄可疑數(shù)據(jù)。S402、節(jié)點異常檢測與報警；在一個具體的例子中，S402還包括圖4中未示出子步驟S4021至S4022。S4021、匯聚節(jié)點判斷當前周期內(nèi)接收到每一編號采集節(jié)點正確格式數(shù)據(jù)包個數(shù)是否為0，為0則該編號采集節(jié)點故障指數(shù)加1，不為0則該編號采集節(jié)點故障指數(shù)置0。S4022、匯聚節(jié)點判斷每一編號采集節(jié)點故障指數(shù)是否大于5，當大于5時發(fā)送該編號采集節(jié)點故障報警信息。如圖6所示，對采集數(shù)據(jù)的處理過程，包含如下：S501、閾值分析；為了對匯聚節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)進行閾值分析，我們首先需要對每個類型的環(huán)境數(shù)據(jù)事先設置一個閾值，當該類型的環(huán)境數(shù)據(jù)的采集值超出這個閾值時，就需要對整體的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，從而確定發(fā)生山體滑坡的可能性。閾值是根據(jù)具體的滑坡監(jiān)測場地以及試驗和人為經(jīng)驗來給出的。S502、各個采集節(jié)點環(huán)境數(shù)據(jù)采集值的獲取；獲取由S4得到的當前周期內(nèi)各個采集節(jié)點剩余環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值作為當前時刻各個采集節(jié)點的環(huán)境數(shù)據(jù)采集值。S503、滑坡環(huán)境評估；在滑坡環(huán)境監(jiān)測中，如果匯聚節(jié)點所接收到的傾角、土壤溫濕度、雨量以及沉降數(shù)據(jù)的采集值都沒有超出事先所給定的閾值，那么，我們就認為當前滑坡環(huán)境安全，即，沒有發(fā)生山體滑坡。相反，若有某個采集節(jié)點的采集值超出了事先所給定的閾值，那么就需要對全部的接收到的采集節(jié)點環(huán)境數(shù)據(jù)的采集值進行加權(quán)分析，從而對發(fā)生山體滑坡的可能性進行評估。S504、預警機制；將預警機制劃分為三個層次，低危險程度預警，中危險程度預警以及高危險程度預警，并為每個層次的預警設定相應的解決措施。根據(jù)所得到的發(fā)生山體滑坡的可能性來選擇使用哪個層次的預警，然后采用對應層次預警的對應措施來對發(fā)生山體滑坡情況進行確認。本領域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述實施例的全部步驟可以通過程序指令和相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于匯聚節(jié)點和采集節(jié)點的單片機中，該程序在執(zhí)行時，匯聚節(jié)點和采集節(jié)點根據(jù)對應角色執(zhí)行上述實施例的相關(guān)步驟。最后應說明的是：以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中的部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不是相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。當前第1頁1 2 3