无线倾角传感器滑坡监测网络及预警发布研究

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中国约有三分之一的山地面积,是受滑坡危害严重的国家,其中西南各省是滑坡的主要分布地,每年因为滑坡造成的人员伤亡近千人,经济损失达几十亿。山体滑坡已严重影响人们的生命财产安全和日常生活。现有的滑坡监测方法,有适合大型水电站、重要基础设施的光学全站仪等方法。在无线传感器网络监测方面,有在水文孔中观测水位变化的间接观测,有安装在钻孔中的传感器柱测量应力、压力和震动等参数。数据传输通过无线网关、卫星地球站和宽带网等发送。本文用倾角传感器直接观测滑坡体的倾斜角度,将无线传感器网络和覆盖我国大部分地区的移动通信网络相衔接,为滑坡区全体居民和过往行人提供预警信息。无线传感器网络节点选用接口资源比较丰富、便于应用开发,内部集成了32位RISC处理器同时可作一般节点和汇聚节点的JN5139芯片,选取满足精度要求的SCA100T倾角传感器,直接观测滑坡的移动。在分析节点和传感器硬件结构原理、接口时序,功能的基础上,根据SCA100T的指令寄存器对JN5139节点SPI口进行配置,实现节点与倾角传感器的数据通信,坡度模型实验证明了倾角观测数据的正确性。针对不同类型滑坡建立不同的滑坡预警阈值并根据滑坡和村落的分布情况建立预警信息的发布方式。研究了滑坡发生时的位移变化与角度变化关系,建立滑坡的位移-倾角模型,根据所监测滑坡的地质特点预设滑坡监测阈值,在监测角度值超过预设阈值时,启动小区广播短消息和短消息增值业务结合群发预警信息到当地居民手机和漫游到滑坡区人员手机。在现场节点部署中,研究了小型平坦斜坡和大型陡峭斜坡两种情况。对于人员不能到达的现场,传感器节点采用随机播撒方式布设,借助锚节点定位,在人工可达到现场,用大地测量法给出每个节点的经纬度。为节点提供能量的,是太阳能供电装置。
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