專利名稱：一種山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)及其構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大自然災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
我國山區(qū)面積約占國土陸地面積的2/3，主要處于東亞季風(fēng)區(qū)，地形、地貌、地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，氣候因素復(fù)雜多變，加之人口密集，人類活動(dòng)影響程度高，由暴雨、持續(xù)性降雨誘發(fā)引起的山區(qū)突發(fā)性洪水災(zāi)害頻發(fā)，每年造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，是我國自然災(zāi)害造成人員傷亡的主要災(zāi)種之一。建立山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)是國家防治山洪災(zāi)害的一項(xiàng)重要的非工程性措施。山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)體現(xiàn)監(jiān)測(cè)、通信及預(yù)警一體化，由信息獲取子系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、決策支持子系統(tǒng)、預(yù)警子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)通過利用和重建氣象站網(wǎng)、水文站網(wǎng)、地質(zhì)災(zāi)害站網(wǎng)，對(duì)汛情和災(zāi)害情況，利用通信技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)信息進(jìn)行加工處理，利用監(jiān)控軟件自動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)警，通過各種有關(guān)的預(yù)警通知和警報(bào)設(shè)施，提前通知有關(guān)成員單位、防汛責(zé)任人、危險(xiǎn)區(qū)居戶，做好山洪搶險(xiǎn)組織、轉(zhuǎn)移撤離準(zhǔn)備， 最大地減少人員和財(cái)產(chǎn)損失，提高對(duì)山區(qū)突發(fā)性洪水災(zāi)害快速、全面、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)、預(yù)警以及指揮調(diào)度的技術(shù)手段。目前采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)山洪災(zāi)害和預(yù)警系統(tǒng)存在以下不足和問題(I)所用的傳感器比較單一，基本上只采用雨量傳感器和位移傳感器；(2)監(jiān)測(cè)區(qū)域傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不夠合理，網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)能耗過大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為包括監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)，每個(gè)監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)包括若干傳感器節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)、匯聚網(wǎng)關(guān)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過多跳后經(jīng)動(dòng)態(tài)成簇的簇頭節(jié)點(diǎn)上傳至匯聚網(wǎng)關(guān)，所述匯聚網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起，拓?fù)涞男纬膳c維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯聚與處理，與監(jiān)控系統(tǒng)的通信與信息交互；所述監(jiān)控系統(tǒng)用于接收監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)并對(duì)信息進(jìn)行分析處理和發(fā)布。
進(jìn)一步地，本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)包括若干傳感器、主控制器、USB接口、存儲(chǔ)器、電源模塊和太陽能電池板，所述傳感器、USB接口、存儲(chǔ)器和電源模塊均與主控制器相連接，電源模塊為主控制器提供電源，該電源模塊同時(shí)還與太陽能電池板相連接，主控制器為TI公司的CC2530 ZigBee模塊；
進(jìn)一步地，本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，所述傳感器包括雨量傳感器、土壤含水量傳感器、滲透系數(shù)傳感器、邊坡位移傳感器、水位傳感器和流量傳感器。
進(jìn)一步地，本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，匯聚網(wǎng)關(guān)包括嵌入式控制器、ZigBee通訊模塊、控制器USB接口、控制器存儲(chǔ)器、控制器電源模塊、GPRS收發(fā)模塊、SM 卡和太陽能電板，所述控制器USB接口、ZigBee通訊模塊、控制器存儲(chǔ)器、控制器電源模塊、 GPRS收發(fā)模塊均與嵌入式控制器相連接，其中GPRS收發(fā)模塊還與SIM卡相連接，控制器電源模塊還與太陽能電板相連接。進(jìn)一步地，本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)之間采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心，所述鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站包括多個(gè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)用于接收并分析監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息；所述縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心與省級(jí)監(jiān)測(cè)中心分別包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。進(jìn)一步地，本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，所述監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控系統(tǒng)之間采用GPRS和Internet通信。一種基于上述山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建方法，以多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)為實(shí)施客體，包括以下步驟
步驟I、在每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)的GIS信息、山坡降雨量的分布特性和山坡地址信息部署傳感器節(jié)點(diǎn)；將匯聚網(wǎng)關(guān)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)中心的山頂；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)之間采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
步驟2、監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)級(jí)別劃分鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心；在所述鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站布設(shè)若干臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，分別在縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心布設(shè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器；
步驟3、匯聚網(wǎng)關(guān)與鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心采用GPRS或者 Internet 通信；
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為1)本發(fā)明運(yùn)用多種類型的傳感器協(xié)同實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域相關(guān)信息，這樣通過節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)融合提高采集數(shù)據(jù)的精度，彌補(bǔ)單個(gè)傳感器精度不高的不足，為系統(tǒng)作出準(zhǔn)確的評(píng)估和預(yù)警提供高精度的數(shù)據(jù)源，然后應(yīng)用信息融合技術(shù)，融合誘發(fā)監(jiān)測(cè)區(qū)域山洪災(zāi)害的地形地貌和地質(zhì)信息以及該區(qū)域的氣象信息，給出被監(jiān)測(cè)區(qū)域洪水、泥石流和滑坡實(shí)時(shí)可靠的動(dòng)態(tài)態(tài)勢(shì)評(píng)估和預(yù)警信息；2)本發(fā)明可以很好的滿足洪水、滑坡及泥石流等災(zāi)害監(jiān)測(cè)管理中對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快速提取，并對(duì)災(zāi)情變化進(jìn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估，根據(jù)態(tài)勢(shì)發(fā)展，給出災(zāi)害發(fā)生可能性的評(píng)估和預(yù)警，并給出根據(jù)態(tài)勢(shì)演變的速度給出安全區(qū)域和撤退路線以及區(qū)域安全時(shí)間。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖I是山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖3是傳感器節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu)框圖。圖4是匯聚網(wǎng)關(guān)組成結(jié)構(gòu)框圖。圖5是無線傳感器節(jié)點(diǎn)部署示意圖。
圖6是系統(tǒng)信息融合處理的基本過程示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖I，本發(fā)明的一種山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，包括若干現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)之間通過GPRS網(wǎng)絡(luò)104和 Internetl05傳輸信息,每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)均包括若干傳感器節(jié)點(diǎn)101、簇頭節(jié)點(diǎn)102和匯聚網(wǎng)關(guān)103，傳感器節(jié)點(diǎn)101獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過多跳后經(jīng)動(dòng)態(tài)成簇的簇頭節(jié)點(diǎn) 102上傳至匯聚網(wǎng)關(guān)103，該匯聚網(wǎng)關(guān)103通過GPRS網(wǎng)絡(luò)104和Internet 105將信息傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。結(jié)合圖3，傳感器節(jié)點(diǎn)101包括若干傳感器301、主控制器302、USB接口 303、存儲(chǔ)器304、電源模塊305和太陽能電池板306，所述傳感器301、USB接口 303、存儲(chǔ)器304和電源模塊305均與主控制器302相連接，電源模塊為主控制器302提供電源，該電源模塊305 同時(shí)還與太陽能電池板306相連接。所述主控制器302為TI公司的CC2530 ZigBee模塊。 所述傳感器包括雨量傳感器、土壤含水量傳感器、滲透系數(shù)傳感器、邊坡位移傳感器、水位傳感器和流量傳感器。具體而言，主控制器選用TI公司的CC2530 ZigBee模塊302、傳感器301接入CC2530的模擬或數(shù)字端口、存儲(chǔ)器304用來擴(kuò)展CC2350的存儲(chǔ)空間用來存?zhèn)鞲衅鲀?chǔ)采集的數(shù)據(jù)、USB接口 303用來進(jìn)行編程和設(shè)置無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作模式和接口、 電源305和太陽能電池板306構(gòu)成無線傳感器節(jié)點(diǎn)的能源提供單元和能耗控制，其中TI公司生產(chǎn)的CC2530內(nèi)部集成了一個(gè)8051核，低功耗、工作環(huán)境溫度寬(一 40°C + 125°C), 非常適合用在野外惡劣的環(huán)境工作。無線傳感器節(jié)點(diǎn)用來獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域雨量、土壤含水量、 滲透系數(shù)、溫濕度、邊坡位移、山溝水位和流量等信息。結(jié)合圖4，所述匯聚網(wǎng)關(guān)103包括嵌入式控制器401、ZigBee通訊模塊402、控制器 USB接口 406、控制器存儲(chǔ)器405、控制器電源模塊407、GPRS收發(fā)模塊403、SM卡404和太陽能電板408，所述控制器USB接口 406、ZigBee通訊模塊402、控制器存儲(chǔ)器405、控制器電源模塊407、GPRS收發(fā)模塊403均與嵌入式控制器401相連接，其中GPRS收發(fā)模塊403 還與SM卡404相連接，控制器電源模塊407還與太陽能電板408相連接。具體而言，嵌入式控制器選用Samsung公司的S3C2410A微處理器401, ZigBee通訊模塊選用TI公司的CC2530 402接入主控制器401，用來實(shí)現(xiàn)匯聚網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)間通訊，GPRS模塊403和SM卡404用來實(shí)現(xiàn)匯聚網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸，存儲(chǔ)器405 用來擴(kuò)展主控制器401的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，USB接口 406用來進(jìn)行編程和設(shè)置無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作模式和接口、電源407構(gòu)成無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電源供給和管理單元，太陽能電池板408用來給電池充電。結(jié)合圖2，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點(diǎn)102和匯聚網(wǎng)關(guān)103之間采用星形結(jié)構(gòu)，每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的通信網(wǎng)絡(luò)，包括底層信息獲取與傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和 Internet，用來實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚網(wǎng)關(guān)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)間信息傳輸。一種基于上述山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建方法，以多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)為實(shí)施客體，包括以下步驟
步驟I、在每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)的GIS信息、山坡降雨量的分布特性和山坡地址信息部署傳感器節(jié)點(diǎn)；將匯聚網(wǎng)關(guān)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)中心的山頂；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)之間采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
步驟2、監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)級(jí)別劃分鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心；在所述鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站布設(shè)若干臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，分別在縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心布設(shè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器；
步驟3、匯聚網(wǎng)關(guān)與鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心采用GPRS或者 Internet 通信；
本發(fā)明的系統(tǒng)，可以獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的雨量、土壤含水量、滲透系數(shù)、邊坡位移、山溝水位和流量等信息以及監(jiān)測(cè)區(qū)域的氣象信息、地形地貌和地質(zhì)信息，然后應(yīng)用信息融合技術(shù)，給出被監(jiān)測(cè)區(qū)域洪水、泥石流和滑坡實(shí)時(shí)可靠的動(dòng)態(tài)態(tài)勢(shì)評(píng)估并在可能發(fā)生災(zāi)害或達(dá)到閾值時(shí)發(fā)預(yù)警信息。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述
實(shí)施例I
如圖I所示，本發(fā)明由多種類型傳感器的傳感器節(jié)點(diǎn)101、簇頭節(jié)點(diǎn)102和匯聚網(wǎng)關(guān) 103構(gòu)成山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，所用傳感器的類型主要有雨量、土壤含水量、滲透系數(shù)、邊坡位移、水位和流量傳感器；本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署如圖5所示，依據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域的GIS信息、山坡降雨量的分布特性和山坡地質(zhì)信息計(jì)算出該區(qū)域的節(jié)點(diǎn)部署位置并在GIS中標(biāo)注每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置雨量傳感器501、土壤含水量傳感器502、 山溝水位傳感器503、流量傳感器504、邊坡位移傳感器505，然后把匯聚網(wǎng)關(guān)103部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中心的山頂，這樣既能均衡降低傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸距離和路由跳數(shù)又能獲得較好的 GPRS網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。本發(fā)明監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，采用部分網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)部分相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)201動(dòng)態(tài)成簇形成子網(wǎng)，子網(wǎng)內(nèi)均采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，子網(wǎng)的簇頭102和匯聚網(wǎng)關(guān)103之間采用星形結(jié)構(gòu)，子網(wǎng)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的目的是為了擴(kuò)大每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊范圍，由于該網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線通訊，而ZigBee的最大通信距離為 100m，但是監(jiān)測(cè)區(qū)域的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)距離，為了解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信距離受限的問題，讓所有的節(jié)點(diǎn)都可以作中繼器或路由器，從而間接的擴(kuò)大每個(gè)節(jié)點(diǎn)通訊范圍和距離；另外采用動(dòng)態(tài)成簇策略有利于均衡節(jié)點(diǎn)消耗在路由通訊能耗，從而盡可能的延長網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的生命周期。如圖2所示，山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用部分網(wǎng)狀和星型的混合結(jié)構(gòu)，傳感器節(jié)點(diǎn)間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并且動(dòng)態(tài)成簇，簇頭與匯聚網(wǎng)關(guān)間采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣即能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性又能均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量從而延長所有節(jié)點(diǎn)的生命周期，同時(shí)還能提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性。山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)信息融合處理的基本過程，如圖6所示，首先通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的雨量、土壤含水量、滲透系數(shù)、邊坡位移、山溝水位和流量信息，同時(shí)加載監(jiān)測(cè)區(qū)域氣象、地形地貌和地質(zhì)信息，然后通過GPRS和Internet 提交到監(jiān)控計(jì)算機(jī)的決策支持系統(tǒng)保存，運(yùn)用基于證據(jù)理論的信息融合技術(shù)，先對(duì)多傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，再對(duì)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分類后獲得特征信息，然后和山洪預(yù)報(bào)規(guī)則模型庫中降雨臨界規(guī)則模型、土壤含水量規(guī)則模型和土壤動(dòng)力模型等進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到模型關(guān)聯(lián)概率后提取關(guān)聯(lián)信息再與知識(shí)模型庫中的專家知識(shí)模型、歷史經(jīng)驗(yàn)知識(shí)模型等進(jìn)行知識(shí)融合得到評(píng)估結(jié)果，最后給出決策信息或預(yù)警信息。 實(shí)施例2
節(jié)點(diǎn)布設(shè)同實(shí)施例1，山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警方法，該方法的特點(diǎn)是首先應(yīng)用多種類型傳感器的無線傳感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息獲取子系統(tǒng)，獲取山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)所需的各類信息；其次租用GPRS和Internet公網(wǎng)構(gòu)成通信子系統(tǒng)，利用現(xiàn)有公共資源實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，避免自建專網(wǎng)帶來的系統(tǒng)成本不必要的增加和浪費(fèi)，而且現(xiàn)有的GPRS和 Internet公網(wǎng)技術(shù)成熟性能可靠；然后合理選擇應(yīng)用信息融合技術(shù)，解決本發(fā)明山區(qū)突發(fā)性洪水綜合監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)中面臨信息量大關(guān)系復(fù)雜的問題，從而可以綜合誘發(fā)山洪災(zāi)害的各種因素(主要為降雨、地形地貌和地質(zhì)條件)，通過融合獲得被監(jiān)測(cè)區(qū)域洪水、泥石流和滑坡實(shí)時(shí)可靠的動(dòng)態(tài)態(tài)勢(shì)評(píng)估和預(yù)警信息，最后根據(jù)決策系統(tǒng)給出的態(tài)勢(shì)評(píng)估和預(yù)警信息自動(dòng)發(fā)布預(yù)警信號(hào)或經(jīng)過專家會(huì)商后發(fā)布預(yù)警信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)，每個(gè)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括若干傳感器節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過多跳后經(jīng)動(dòng)態(tài)成簇的簇頭節(jié)點(diǎn)上傳至匯聚網(wǎng)關(guān)，所述匯聚網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起，拓?fù)涞男纬膳c維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯聚與處理與監(jiān)控系統(tǒng)的通信與信息交互；所述監(jiān)控系統(tǒng)用于接收監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和發(fā)布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，傳感器節(jié)點(diǎn)包括若干傳感器、主控制器、USB接口、存儲(chǔ)器、電源模塊和太陽能電池板，所述傳感器、USB 接口、存儲(chǔ)器和電源模塊均與主控制器相連接，電源模塊為主控制器提供電源，該電源模塊同時(shí)還與太陽能電池板相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器為TI公司的CC2530 ZigBee模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括雨量傳感器、土壤含水量傳感器、滲透系數(shù)傳感器、邊坡位移傳感器、水位傳感器和流量傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述匯聚網(wǎng)關(guān)包括嵌入式控制器、ZigBee通訊模塊、控制器USB接口、控制器存儲(chǔ)器、控制器電源模塊、 GPRS收發(fā)模塊、SIM卡和太陽能電板，所述控制器USB接口、ZigBee通訊模塊、控制器存儲(chǔ)器、控制器電源模塊、GPRS收發(fā)模塊均與嵌入式控制器相連接，其中GPRS收發(fā)模塊還與SIM 卡相連接，控制器電源模塊還與太陽能電板相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)之間采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心，所述鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站包括多個(gè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)用于接收并分析監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息；所述縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心與省級(jí)監(jiān)測(cè)中心分別包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控系統(tǒng)之間采用GPRS和Internet通信。
9.一種權(quán)利要求I所述山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建方法，以多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)為實(shí)施客體，其特征在于，包括以下步驟步驟I、在每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)的GIS信息、山坡降雨量的分布特性和山坡地址信息部署傳感器節(jié)點(diǎn)；將匯聚網(wǎng)關(guān)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)中心的山頂；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)之間采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；步驟2、監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)級(jí)別劃分鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心；在所述鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站布設(shè)若干臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，分別在縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心布設(shè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器；步驟3、匯聚網(wǎng)關(guān)與鄉(xiāng)村級(jí)監(jiān)測(cè)站、縣級(jí)監(jiān)測(cè)中心和省級(jí)監(jiān)測(cè)中心采用GPRS和 Internet 通信。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種山區(qū)突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，所述系統(tǒng)包括若干現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)之間通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet傳輸信息，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)均包括若干傳感器節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置在監(jiān)測(cè)區(qū)域并通過簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚網(wǎng)關(guān)相連接，將監(jiān)測(cè)到的信息傳輸給匯聚網(wǎng)關(guān)，該匯聚網(wǎng)關(guān)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet將信息傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。本發(fā)明可以很好的滿足洪水、滑坡及泥石流等災(zāi)害監(jiān)測(cè)管理中對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快速獲取。
文檔編號(hào)G08B21/10GK102610059SQ20121005126
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者嚴(yán)錫君, 南東, 夏巍, 徐立中, 王鑫, 魏曉東 申請(qǐng)人:河海大學(xué)