采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)
引 言
???
由于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的偶然性,以及三峽庫區(qū)部分地區(qū)惡劣的地形環(huán)境等因素,傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式無法有效把災(zāi)害防患于未然。因此,建立實時的自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是必然的發(fā)展趨勢。
???
目前在巫山縣多個滑坡地帶的實時監(jiān)測系統(tǒng)中,普遍采用基于鉆孔傾斜儀深部位移監(jiān)測、GPS表變形監(jiān)測。傳感器和儀器設(shè)備檢測的信號,目前都采用線纜或者GPRS通信的方式匯集到中心計算機上,采用線纜的方式有明顯的弊端,除了在危險地帶不易布線,施工接續(xù)困難外,還易被人為破壞,容易受到自然災(zāi)害的破壞性影響。采用GPRS通信的方式也有其技術(shù)上的局限性,并且在庫區(qū)一些偏遠地區(qū)和山區(qū),信號較弱,甚至收索不到信號,因而無法建立有效的GPRS自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
???
采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)實現(xiàn)庫區(qū)特殊地段地質(zhì)災(zāi)害的實時監(jiān)測應(yīng)該是一種技術(shù)上先進,適宜庫區(qū)地貌特征的有效嘗試。由于WSN本身的冗余性、無線性、網(wǎng)絡(luò)的自組織性,而具有較強的抗破壞能力,因而可以在基礎(chǔ)通信設(shè)施可能被毀壞的情況下,完成一定的通信任務(wù)。因此,把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到長江三峽庫區(qū)特殊地帶的滑坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中,利用各種傳感器實時采集信息,通過無線的方式將信息傳輸給控制中心,能夠解決布設(shè)有線監(jiān)測系統(tǒng)的缺陷,而且適用于GMS網(wǎng)絡(luò)信號無法覆蓋的偏遠山區(qū)滑坡災(zāi)害監(jiān)測。
1 適合于滑坡監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計
??? 1.1 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
???
在大范圍監(jiān)控、預(yù)警的基礎(chǔ)上,以局域網(wǎng)為研究平臺,主要致力于數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的有效性及處理上的精確性,監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,可分為2個部分:上層的監(jiān)控中心和下層的監(jiān)控基站。監(jiān)控基站和監(jiān)控中心通過以太網(wǎng)連接起來,此外管理人員也可以通過自定義網(wǎng)絡(luò)訪問監(jiān)控基站。監(jiān)控基站和眾多的無線傳感器節(jié)點一起組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很好的擴展性,隨意地增減節(jié)點,對網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)模式無太大影響,因而可以方便地根據(jù)實際情況增加或減少監(jiān)控節(jié)點的數(shù)量。
??? 1.2 適用于滑坡監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
???
這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由眾多具有感知和路由功能的無線傳感器節(jié)點組成,能夠協(xié)作實時監(jiān)測,感知并采集各種環(huán)境對象的信息,將其通過多跳轉(zhuǎn)發(fā)傳送回主機進行分析、處理。以這些工作節(jié)點為依托,通過無線通信組成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
???

系統(tǒng)中大部分的節(jié)點為子節(jié)點,從組網(wǎng)通信上看,他們只是其功能的一個子集,稱為RFD(精簡功能設(shè)備),這種設(shè)備不具有路由功能;另外還有一些節(jié)點負責(zé)與控制子節(jié)點通信、匯集數(shù)據(jù)和發(fā)布控制,或起到通信路由的作用,稱為FFD(全功能設(shè)備或協(xié)調(diào)器)。如圖2所示為一個典型的遠程數(shù)據(jù)采集并返回到計算機終端的應(yīng)用。每個節(jié)點由一個MCU作為主控設(shè)備。通過傾角傳感器可以監(jiān)測滑坡的運動狀況,通過液位傳感器監(jiān)測地下水位深度,數(shù)據(jù)采集間隔也可以由中心服務(wù)器靈活控制,在旱季可以調(diào)整為每24 h采集并傳遞1次數(shù)據(jù),從而節(jié)省能量并避免大量的冗余數(shù)據(jù)。而在雨季危險期,其采集間隔可以密集到5 min/次,從而保證實時監(jiān)測預(yù)警功能。每個信號采集節(jié)點通過ADC從模擬傳感器得到實時數(shù)據(jù),按照ZigBee協(xié)議把數(shù)據(jù)打包,并通過射頻芯片及前端天線發(fā)送給簇內(nèi)的RFD;經(jīng)過RFD預(yù)處理之后,再由RFD路由轉(zhuǎn)發(fā)到遠端計算機;結(jié)合地貌特點、滑坡的分布特點,多個水流量檢測點之間的相互關(guān)系等多種地質(zhì)學(xué)、水流動力學(xué)等方面的知識進行數(shù)據(jù)的融合和處理。在每個節(jié)點的外部可外接相應(yīng)的。PIO芯片和其他外圍電路進行交互。
??? 2.1 應(yīng)用背景
???
清泉路滑坡為袁家蹬潛在滑坡的組成部分(見圖3),位于袁家蹬潛在滑坡的前部,滑坡段北部位于長江左岸大溪溝右岸、東北部位于長江左岸河漫灘。清泉路滑坡外形似梨形,坐落在長江第一、二級階地上;袁家蹬潛在滑坡體(包括清泉路滑坡)形似腎形,坐落在長江第一至第三級階地上,西側(cè)與長堰塘滑坡相鄰。由于滑坡為大型松散堆積層滑坡,三峽水庫正常蓄水運行后,滑坡前緣大部分將被水淹沒,清泉路滑坡80%位于庫區(qū)水位變動帶,局部及整體失穩(wěn)的可能性大。從滑坡變形機制可以推斷清泉路滑坡為兩滑動的松散土體滑坡,具有兩級滑動面(見圖4)?;骂A(yù)警的確定是監(jiān)測滑坡的重要內(nèi)容,也為治理滑坡提供了數(shù)據(jù)分析。
??? 由于監(jiān)測信息的實時采集、傳輸和處理均與節(jié)點密不可分,所以著重介紹節(jié)點的軟硬件設(shè)計。、
??? 2.2.1 無線收發(fā)單元
??? 采用SRWF-501-50型微功率無線數(shù)傳模塊,該無線通信模塊具有很強的抗干擾能力,全透明傳輸,體積小,傳輸距離遠,低功耗及休眠功能。
??? 2.2.2 MCU控制單元(AT89C52)
???
數(shù)據(jù)處理模塊是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的核心部分,一方面接收來自傳感器的測量數(shù)據(jù),按要求對數(shù)據(jù)進行處理和計算等,交給通信模塊發(fā)送;另一方面讀取通信模塊送入的數(shù)據(jù)信息,對硬件平臺其他模塊的操作進行控制。
??? 2.2.3 數(shù)據(jù)采集模塊
???
傳感器采用傾角傳感器和液位傳感器,每個孔洞都會在最下端部署一個液位傳感器,在不同深度部署數(shù)個傾角傳感器,通過傾角傳感器可以監(jiān)測山體的運動狀況,液位傳感器采集地下水位深度的數(shù)據(jù),圖5給出無線傳感器節(jié)點電路構(gòu)成框圖。
???
處理器模塊的CPU采用三星公司的基于ARM7的S3C4480微控制器,在ARM中移植了μCOS-Ⅱ?qū)崟r多任務(wù)操作系統(tǒng),以進行實時多任務(wù)管理。對于共享同一種資源會存在資源競爭的問題,系統(tǒng)中采用了事件標志和信號量的方法來實現(xiàn)同步機制,使得原子操作不需要關(guān)掉所有的中斷,從而不會造成系統(tǒng)的響應(yīng)延遲。
???
按照硬件電路設(shè)計思路,軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方式。軟件模塊包括:系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、接收中斷服務(wù)、突發(fā)中斷采集、A/D采集模塊、UART串口模塊。系統(tǒng)初始化基本思路:上電后設(shè)置串口方式3,開啟定時中斷和外部中斷,啟動接收模塊,進行通信檢測,進入省電模式。這里簡單給出主程序流程圖(見圖6),中斷流程圖(見圖7),圖7中中斷為接收中斷,中斷1為突發(fā)中斷。
???
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認為是影響人類未來生活的重要技術(shù)之一,這一新興技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)有的多種先進技術(shù),為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑?;跓o線傳感器技術(shù)和地面監(jiān)測點組網(wǎng),基本建立了研究三峽庫區(qū)特殊地段滑坡監(jiān)測系統(tǒng),通過使用證實了整個系統(tǒng)的可行性。對系統(tǒng)稍加修改便可以應(yīng)用在水質(zhì)污染、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害監(jiān)測中,還可以應(yīng)用在室內(nèi)防盜、智能交通、工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域。
- 傳感器(738408)
- 無線(171252)
- 網(wǎng)絡(luò)(87321)
相關(guān)推薦
無線傳感器技術(shù)在變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議怎么延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議有什么優(yōu)點?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中幾種無線通信技術(shù)比較分析
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步算法的應(yīng)用特征有什么?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事上有哪些應(yīng)用?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域有什么應(yīng)用?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在山體滑坡監(jiān)測中有什么應(yīng)用?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)有什么優(yōu)點?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)融合策略是什么?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)底層平臺由什么組成?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)怎么助力車載監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是什么?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的顯著特點是什么?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有什么難題?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有哪些應(yīng)用?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信能耗怎么降低?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸系統(tǒng)怎么實現(xiàn)?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念是什么?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成和結(jié)構(gòu)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與安全問題
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特點分析
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護系統(tǒng)的原理是什么?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計原理是什么?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡單介紹
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的總體設(shè)計方案
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性怎么提高?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)芯片技術(shù)與應(yīng)用解決方案
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨什么威脅?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有哪些好處
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有什么優(yōu)點?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有哪些應(yīng)用領(lǐng)域?
無線傳感器及無線傳感節(jié)點應(yīng)用
無線傳感器及無線傳感節(jié)點的現(xiàn)實應(yīng)用
無線傳感器節(jié)點怎么實現(xiàn)?
無線RTU滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害在線監(jiān)測系統(tǒng)
無線多傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有什么組成?
Internet無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理是什么?
PCB電鍍電流檢測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)
ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為什么能支持體溫與脈搏監(jiān)測?
【assingle分享】車載無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
一文讓你了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
以NRF9E5為核心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
在線檢測系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測與報警系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的對環(huán)境監(jiān)測的系統(tǒng)
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核電裝備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室測控系統(tǒng)研究設(shè)計
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動業(yè)務(wù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的糧情監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的角度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠程智能抄表系統(tǒng)設(shè)計
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠程自動抄表系統(tǒng)設(shè)計
基于無線傾角傳感器的大型廣告牌匾傾斜監(jiān)測系統(tǒng)
基于JN5139的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體溫脈搏監(jiān)測系統(tǒng)
基于LabVIEW的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測平臺設(shè)計
基于Linux的傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)能實現(xiàn)什么功能?
基于S12的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)樣機的系統(tǒng)設(shè)計
基于UWB的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)有何作用?
基于分布式光纖應(yīng)變傳感器技術(shù)的山體滑坡在線監(jiān)測預(yù)警方案
基于備份節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計
聲傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件系統(tǒng)設(shè)計
如何使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來進行礦井環(huán)境的監(jiān)測監(jiān)控?
如何利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測能力?
如何構(gòu)建基于TinyOS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?
如何用NILabVIEW建立一個完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?
山體滑坡監(jiān)測預(yù)警方案
工業(yè)使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念
怎么設(shè)計基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺?
求一種溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計方案
淺析無線傳感器技術(shù)
淺談無線傳感器技術(shù)的選擇
電源模塊對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有什么影響?
移動多Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)有什么用?
自主設(shè)計的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測平臺
超聲波傳感器如何適應(yīng)您的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
19無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)介紹
1326
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)
2基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1
電子發(fā)燒友App



評論