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论文研究-基于无线传感器网络的山体滑坡预警系统设计 .pdf 评分

基于无线传感器网络的山体滑坡预警系统设计,胡颖,梁山,对边坡危岩的失稳变形进行监测监控是预测滑坡等地质灾害发生的有效手段。采用先进的监测技术降低现有监控系统成本、应用低成本的
中国科花论义在 感器 线通 信模坎 无线通 加速度 信模块」 模块 传感器 器 旦源模块樸块 电源模块模决 图系统硬件结构 图 网关硬件结构 网关设计 网关采用 公司研制的 通信产品 为核心,该芯片功耗低, 在睡眠模式下的标 准功耗为 ,工作电压: 适用频带宽,内嵌强人的 协议栈,通过 指令对模块进行编程,可实现语音、 数据和传真信息的高速传输,支持多种 短信格式,该模块通过串口和 串口 相连。 网关硬件结构如图所示。 系统的软件设计 软件设计以集成开发环境为平台,以公司提供的免费无线点对点协议为 基础,结合自己开发的网络层和应用层,组成传感器网终协议栈,实现无线分层网络的构建、 数据的采集、传输、汇聚、与处理,同时结合 网关,实现木地数据的远程传输和山体 的远程监控。 无线传感器网络的构建 无线传感器网络分为三种拓扑结构:星状结构、树簇结构和网状结构。网络节点分为全 功能节点 和半功能节点 。星状网 终常由一个网终协调器和若干终端节点组成,协调器负责建立网络、管珥网络 节点、寻找路由、汇聚数据等。树簇结构和网状结构包含的传感器节点较多,组成的网络覆 盖范围较广。本系统采用树簇结枃建立簇网络,传感器节点底层簇网终中的簇节点,将采集 的信息汇集到簇头节点,并对信息进行冗余处理,簇头节点再组成高一级的簇网络,从而在 保证了数据链路传输的冋时,实现了数据的汇集和处理。为侏证內终中每个节点的地址是唯 的,使用了分布式寻址方案,由父节点分配了节点地址。此种算法保证了控制端的数据包 够精确地发送到指定设眢,并且,子节点只能有一个父节点,这有助于网络的可测量性。 在网络初始化过程中,协调器先将自身设置为一个簇标识符为的簇头,并向临近的设备以 广播方式发送信标帧。接收到信标帧的设备路由器或终端设备冋簇头请求加入网络,如果 作为父节点的协调器允许该设备的加入,则将其作为子节点加入到它的邻居表中,同时,请 求加入的设备将协调器作为父节点加入到邻居表中,成为从设备。已经加入网终的路由器也 广播信标帧,以这种方式,直到所有设备都接入网终。在接入网络的同时,广播信标帧的父 节点会向接人的子节点分配唯一的位网终短地址。网终建立和节点入网流程如图所示。 传感器节点工作方式 低功耗的传感器网络对能耗特別敏感,为了延长系统的续航能力,少无用数据的采集 传感器节点采用一下工作过程:读取液位传感器值,并把液位值和设定的阈值 相比 较,当小于阈值时,就以秒为周期循环采集液位值;当超过阈值时,就以秒为周期采 中国科花论义在 加入 调器 信标是 流程 发送信标帧 收信标 否仨效 发起网络 凄收入网请求 扫信道 建立邻居表 设置 接入 选择父节点 直接点 发送入网请求 发送信标ψ 分配址 建立网络 加入网络 置网络地址 建立父,关系 建立父子关 )对络建立流程 )一节点接入流程 )父节点接入流程 图恻络建立和节点入阕流程 集加速度值、位移值和倾角值,对采集的数据分别与相应的阈值 比较当任何一个数据大于其阈值时,则报警。为了减少系统的数据传输量并能准确及时的 对山体滑坡进行预警,只有当测得的传感器值达到阈值的的时,才通过多跳路由方式对 数据进行转发,并最终通过网关发送到远稈监控中心。传感器节点数据采集流稈如图 所示 发送 次发送完成 错误处理 误处理 发送挡 友送消息闪容 错误处 以结尾 错诶处 发送 错误处理 错误处理 图传感器节点数据采集流程 联网设计 通过对 模块进行指令编程,实现网络的连接和数据的发送。网络连接首先是 查询模块的工作状态是否正常,若正常,则设置、用户名和密码,返回后再设置 网络连接方式,返回后,再设置本地和端口,成功后开始或者链接,连 接成功后开始发送数据。网络连接流程如图所示。 国武技论又在线 测量液位 是否超过 阀值 正常工作方式 测量倾角,加逗度、位移值 否超过 报警 图网络连接流程 实验测试 实验测试选在郊区沿江路的斜坡上,通过在现场打孔,安放传感器节点到孔洞和斜坡上 组成监测网络,测量现场的液位值、倾角、位栘值和加速度值,通过对孔泂加水把液位提高 到左右(大于),提高数据的采集速率,通过传感器网络对数据进行采集与收 集 网络对数据进行传输,在远程监控中心得到实吋的监测薮据,在测试过程中,人 为的加入扰动因素,增加山体的加速度值,由于加速度值超过了阈值,系统马上实现了报警, 在取消扰动后,监测数据马上恢复到正常的范围,报警也自动取消。系统监测数据结果如表 所示。实验测试表明,监测系统性能稳定,能实现数据的自动采集和可靠传输,并能对山 体滑坡进行准确预警预报。 表系统监测数据结果 总结 将无线传感器网络这一最新的技术应用于山体滑坡监测具有传统技术所不具备的优 势。木文提出了基」无线传感器网络的山体滑坡实时监测预警系统的设计方案。详细介绍了 系统构架和系统的各个重要组成部分,包括硬件组成和软件部分设计。通过采用多层网络结 枃和按需釆样技术对现场环境信息的实时采样和实时传输,减少了系统的数据采样,提髙了 对山体滑坡等自然灾害监测的可靠性和预报预警的实时性,增强了传感器节点安装的灵活 性,扩大了监测区域的覆盖范围,同时,通过 网关发送采集的环境监测信息,实现 对监测环境的远程监控,提高了环境监测的远程监控能力,提髙了整个系统的实用价值和应 用范围。 中国科花论义在 参考文献 李元海朱合华岩土工程施工监测信息系统初探岩土力学, 王尚庆长江山峡滑坡监测预报地质出版社, 覃泽富雷国平在三峡库区滑坡监测系统屮的应用重庆三峡学院学报 焦明连蒋廷臣基于 技术矿区地袤形变的监测淮海工学院学报自然科学版 波杨永明汪金刚庄雄魏欣基于 的无线传感器网络节点设计传感技术学报, 张玉孙玉发基于负载均衡的 网络多信道协议通信系统与网终技术,

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