專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及巖土工程領域，尤其基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法及裝置。
背景技術：
我國目前處于經(jīng)濟建設高速發(fā)展時期，隨著一系列舉世矚目的重大工程，如“西電東送”、“南水北調(diào)”、“油氣管道”以及公路鐵路網(wǎng)建設等已經(jīng)或即將實施。毫無疑問，這一地區(qū)的進一步開發(fā)，必將帶來更大規(guī)模、更大范圍的邊(滑)坡地質災害及相關的環(huán)境問題 亟待研究解決。如2003年5月11日，貴州省三穗縣平溪特大橋開挖棄土滑坡毀壞橋墩，掩埋16間工房，造成35人死亡；2003年12月7日甘肅省蘭州至臨瀉高速公路K58+820處左側邊坡發(fā)生滑坡，造成7人死亡，I人受傷的重大事故；2007年5月10日，因清江水布埡水庫蓄水影響，湖北省巴東縣清太坪鎮(zhèn)木竹坪村發(fā)生滑坡災害，滑坡體積約600萬立方米，246戶658人緊急撤離；2010年6月28日，貴州關嶺縣發(fā)生山體滑坡，共造成38戶99人被埋死亡。從上所知，邊(滑)坡地質災害給國民經(jīng)濟建設和人民生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失。據(jù)近年來統(tǒng)計，因邊坡失穩(wěn)形成的地質災害造成的損失每年竟達300億元。為了有效避免此類嚴重的邊(滑)地質災害事故的發(fā)生和給人民生命財產(chǎn)帶來損失，必須對邊坡的變形及穩(wěn)定性進行實時監(jiān)測和預警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法及裝置，它實時地對邊坡災害進行智能預警，有效避免邊坡地質災害可能帶來的人員和財產(chǎn)的損失，以克服現(xiàn)有技術的不足。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法，在邊坡體內(nèi)部埋設無線傳感器網(wǎng)絡，利用無線傳感器網(wǎng)絡簇頭采集邊坡災變初期階段的聲發(fā)射信號，無線傳感器網(wǎng)絡通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數(shù)據(jù)發(fā)射器；數(shù)據(jù)發(fā)射器將匯聚的信息以最終獲取的特征頻段經(jīng)過主干網(wǎng)傳送給室內(nèi)接收分析系統(tǒng)，并將接收信號傳遞給接收分析系統(tǒng)的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據(jù)處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發(fā)生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區(qū)等采取相應的減災防災措施。所述的特征頻段為經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)路簇頭進行信號重構后的頻率?；跓o線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，包括無線傳感器網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)發(fā)射器連接；數(shù)據(jù)發(fā)射器與主干網(wǎng)連接，主干網(wǎng)與接收分析系統(tǒng)連接，在接收分析系統(tǒng)上連接有預警顯示屏。數(shù)據(jù)接收器包括協(xié)調(diào)器和GPRS網(wǎng)關。主干網(wǎng)為GSM、Internet或衛(wèi)星網(wǎng)絡等。
接收分析系統(tǒng)為連接有數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)處理計算機。無線傳感器網(wǎng)絡的簇頭節(jié)點以無線Ad Hoc方式自組織形成網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)發(fā)射器、數(shù)據(jù)發(fā)射器與主干網(wǎng)及主干網(wǎng)與室內(nèi)接收分析系統(tǒng)之間均為無線連接。這樣有效避免數(shù)據(jù)傳送設備被人為破壞或環(huán)境腐蝕，也能保證災害發(fā)生過程中和災害發(fā)生后的數(shù)據(jù)的有效傳輸。與簇頭節(jié)點相連的簇頭為5個以上。這是基于聲發(fā)射源三維時差定位算法確定的，當簇頭個數(shù)大于等于5時，可以減小干擾誤差，計算出的聲發(fā)射源坐標也就更為準確。無線傳感器網(wǎng)絡是基于小波來分析的，可以用來提取任一頻率的聲發(fā)射信號，獲取的信號在達到簇頭節(jié)點之前，信號經(jīng)過了相應的濾波處理，并經(jīng)小波變換獲取特征頻段，簇頭把所有簇頭節(jié)點獲取的特征頻段匯聚在一起，進行信號重構，獲得最終的特征頻段，二次剔除了含有噪音的頻段，使獲得的聲發(fā)射災變信號更加可靠。
由于采用了上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過無線傳感器網(wǎng)絡采集邊坡早期災變的聲發(fā)射信號，通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數(shù)據(jù)發(fā)射器；數(shù)據(jù)發(fā)射器把匯聚的信息經(jīng)過主干網(wǎng)傳送給室內(nèi)接收分析系統(tǒng)，并將接收信號傳遞給接收分析系統(tǒng)的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據(jù)處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發(fā)生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區(qū)等采取相應的減災防災措施，從而達到邊坡災害智能預警的目的，為邊坡地質災害發(fā)生時的應急處理提供寶貴的時間，從而有效規(guī)避邊坡地質災害可能帶來的人員和財產(chǎn)的重大損失。本發(fā)明的方法簡單，容易實施，所采用的裝置結構簡單，制作方便，并且具有二次降噪的功能，成本低廉，使用效果好。


附圖I為本發(fā)明的結構示意 附圖2為無線傳感器網(wǎng)絡對聲發(fā)射信號識別過程；
附圖3為無線傳感器網(wǎng)絡的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施例方式基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法，在邊坡體內(nèi)部埋設無線傳感器網(wǎng)絡，利用無線傳感器網(wǎng)絡簇頭采集邊坡災變初期階段的聲發(fā)射信號，無線傳感器網(wǎng)絡通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數(shù)據(jù)發(fā)射器；數(shù)據(jù)發(fā)射器將匯聚的信息以最終獲取的特征頻段經(jīng)過主干網(wǎng)傳送給室內(nèi)接收分析系統(tǒng)，所述的特征頻段為經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)路簇頭進行信號重構后的頻率；并將接收信號傳遞給接收分析系統(tǒng)的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據(jù)處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發(fā)生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區(qū)等采取相應的減災防災措施?；跓o線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置的結構如圖I所示，制作出與簇頭節(jié)點12相連接的5個無線傳感器網(wǎng)絡1，無線傳感器網(wǎng)絡I的簇頭節(jié)點12以無線Ad Hoc方式自組織形成網(wǎng)絡；無線傳感器網(wǎng)絡I與數(shù)據(jù)發(fā)射器2連接；數(shù)據(jù)發(fā)射器2與主干網(wǎng)3連接，主干網(wǎng)3與接收分析系統(tǒng)4連接，在接收分析系統(tǒng)4上連接有預警顯示屏5 ;數(shù)據(jù)接收器2包括協(xié)調(diào)器和GPRS網(wǎng)關；主干網(wǎng)3可采用GSM、Internet或衛(wèi)星網(wǎng)絡等；接收分析系統(tǒng)4為連接有數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)處理計算機；無線傳感器網(wǎng)絡I與數(shù)據(jù)發(fā)射器2、數(shù)據(jù)發(fā)射器2與主干網(wǎng)3及主干網(wǎng)3與室內(nèi)接收分析系統(tǒng)4之間均為無線連接。無線傳感器網(wǎng)絡對聲發(fā)射信號識別過程如圖2所示，先將聲發(fā)射初期階段的災變信號6進行放大處理7，在濾波8完成后，進而對信號進行頻帶劃分9，所得的聲發(fā)射災變信號包括低頻信息A和高頻信息D ;然后經(jīng)小波變換10，信號被分解到多個頻帶中；最后經(jīng)過聲發(fā)射源的神經(jīng)網(wǎng)絡局部識別11，即可得一個簇頭節(jié)點12的聲發(fā)射源數(shù)據(jù)的識別結果，簇頭I把所有的簇頭節(jié)點12的識別的特征頻段匯聚在一起，進行信號重構，去除其他噪音頻段，獲取了最終的特征頻段。在使用過程中，先將無線傳感器網(wǎng)絡I以埋設在存在潛在破壞的滑坡體內(nèi)部，并在存在潛在破壞的滑坡體地段安裝上預警顯示屏5 ;邊坡作為一個天然的有機體，在發(fā)生地質災害前巖土體都會存在細觀的潛在破壞階段，并伴隨著相應的聲發(fā)射現(xiàn)象產(chǎn)生。設置在邊坡體內(nèi)部的無線傳感器網(wǎng)絡簇頭I將采集邊坡災變初期階段的聲發(fā)射信號，以無線傳 輸?shù)姆绞桨l(fā)送到安裝在安全位置的數(shù)據(jù)發(fā)射器2，數(shù)據(jù)發(fā)射器2將信號經(jīng)過主干網(wǎng)3傳輸給室內(nèi)接收分析系統(tǒng)4，室內(nèi)接收分析系統(tǒng)4的計算機以基于聲發(fā)射源三維時差定位方法定位聲源的具體位置，計算比較所發(fā)生的聲發(fā)射值與閾值的相關關系，并做出相應級別的預警措施，預警信息再通過通信電纜輸送給發(fā)生災害地段的預警顯示屏5，進而提醒過往車輛、行人或居民區(qū)等采取相應的減災防災措施。從而達到邊坡災害智能預警的目的，有效避免邊坡地質災害可能帶來的人員和財產(chǎn)的損失。
權利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災預警方法，其特征在于在邊坡體內(nèi)部埋設無線傳感器網(wǎng)絡，利用無線傳感器網(wǎng)絡簇頭采集邊坡災變初期階段的聲發(fā)射信號，無線傳感器網(wǎng)絡通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數(shù)據(jù)發(fā)射器；數(shù)據(jù)發(fā)射器將匯聚的信息以最終獲取的特征頻段經(jīng)過主干網(wǎng)傳送給室內(nèi)接收分析系統(tǒng)，并將接收信號傳遞給接收分析系統(tǒng)的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據(jù)處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發(fā)生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區(qū)等采取相應的減災防災措施。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法，其特征在于所述的特征頻段為經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)路簇頭進行信號重構后的頻率。
3.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，包括無線傳感器網(wǎng)絡(1)，其特 征在于無線傳感器網(wǎng)絡(I)與數(shù)據(jù)發(fā)射器(2)連接；數(shù)據(jù)發(fā)射器(2)與主干網(wǎng)(3)連接，主干網(wǎng)(3 )與接收分析系統(tǒng)(4)連接，在接收分析系統(tǒng)(4)上連接有預警顯示屏(5 )。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，其特征在于數(shù)據(jù)接收器(2)包括協(xié)調(diào)器和GPRS網(wǎng)關。
5.根據(jù)權利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，其特征在于主干網(wǎng)(3)為GSM、Internet或衛(wèi)星網(wǎng)絡等。
6.根據(jù)權利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，其特征在于接收分析系統(tǒng)(4)為連接有數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)處理計算機。
7.根據(jù)權利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡(I)的簇頭節(jié)點以無線Ad Hoc方式自組織形成網(wǎng)絡。
8.根據(jù)權利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，其特征在于無線傳感器網(wǎng)絡(I)與數(shù)據(jù)發(fā)射器(2)、數(shù)據(jù)發(fā)射器(2)與主干網(wǎng)(3)及主干網(wǎng)(3)與室內(nèi)接收分析系統(tǒng)(4)之間均為無線連接。
9.根據(jù)權利要求3或I所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警裝置，其特征在于與簇頭節(jié)點相連的簇頭為5個以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的邊坡地質災害預警方法及裝置，在邊坡體內(nèi)部埋設無線傳感器網(wǎng)絡，利用無線傳感器網(wǎng)絡簇頭采集邊坡災變初期階段的聲發(fā)射信號，通過多跳路以無線方式將信號傳輸至安裝在安全位置的數(shù)據(jù)發(fā)射器；數(shù)據(jù)發(fā)射器把匯聚的信息以自定義的數(shù)據(jù)格式經(jīng)過主干網(wǎng)傳送給室內(nèi)接收分析系統(tǒng)，并將接收信號傳遞給接收分析系統(tǒng)的計算機，計算機對接收的信號進行分析處理，根據(jù)處理的結果做出相應級別的預警措施，預警信息通過通信電纜輸送給發(fā)生災害地段的預警顯示屏，進而提醒過往車輛、行人或居民區(qū)等采取相應的減災防災措施。
文檔編號G08B21/10GK102760343SQ20121026341
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2012年7月27日
發(fā)明者包太, 吳楓, 夏開宗 申請人:貴州大學