边坡地质灾害智能监控预警装置的制作方法

本发明涉及边坡地质灾害监测领域，具体涉及边坡地质灾害智能监控预警装置。

背景技术

传统的边坡地质灾害监测预警系统的边坡环境传感数据通常采取有线方式传输，但是山区地理调节复杂，线路架设困难，不方便实现对整个滑坡边坡地质灾害监测区域进行大范围的节点布置，不可保证数据采集的深度，不能为实现边坡地质灾害状态监测和预警提供巨量数据基础，从而不能自动实现对边坡地质灾害的远程实时监控和预警工作。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供边坡地质灾害智能监控预警装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了边坡地质灾害智能监控预警装置，包括依次通信连接的环境检测装置、基站设备和监测预警装置；所述环境检测装置包括多个随机部署于设定的边坡地质灾害监测区域内的无线传感器节点，多个无线传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集边坡环境传感数据的无线传感器网络；无线传感器节点采集的边坡环境传感数据最终传送到基站设备，进而由基站设备将接收到的边坡环境传感数据传送到监测预警装置加以集中处理、存储和显示，以及在边坡环境传感数据超过设定的安全阈值时进行报警。

本发明的有益效果为：以无线传感器网络技术为基础，构建边坡地质灾害监测区域无线传感器监测网络，实现对边坡地质灾害监测区域的远程实时监测，并通过监测预警装置和报警器的配合，可自动实现对边坡地质灾害的远程实时监控和预警工作。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的结构示意框图；

图2是本发明一个实施例的监测预警装置的结构示意框图。

附图标记：

环境检测装置1、基站设备2、监测预警装置3、报警器4、收发器10、处理器12、存储器14、显示器16。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的边坡地质灾害智能监控预警装置，包括依次通信连接的环境检测装置1、基站设备2和监测预警装置3；所述环境检测装置1包括多个随机部署于设定的边坡地质灾害监测区域内的无线传感器节点，多个无线传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集边坡环境传感数据的无线传感器网络；无线传感器节点采集的边坡环境传感数据最终传送到基站设备2，进而由基站设备2将接收到的边坡环境传感数据传送到监测预警装置3加以集中处理、存储和显示，以及在边坡环境传感数据超过设定的安全阈值时进行报警。

无线传感器节点包括传感器和通信模块，其中传感器类型有：倾角传感器、液位传感器、位移传感器以及加速度传感器。

为了得到边坡地质灾害监测区域的实时有效信息，在边坡地质灾害监测区域安放大量的无线传感器节点测量边坡位移值和加速度值，由于边坡地质灾害主要是由地下水侵蚀产生，因此，地下水位深度是显示边坡地质灾害危险度的重要指标，通过现场打孔，由部署在孔洞最下端的液位深度传感器采集并通过通信模块发送液位值。

边坡往往由多层土壤或岩石组成，不同层次间由于物理构成和侵蚀程度不同，其运动速度不同，发生这种现象时，部署在不同深度的倾角传感器将会返回不同的倾角数据，通过倾角传感器可以监测边坡的运动状况。

可选地，如图2所示，所述的监测预警装置3包括收发器10、处理器12、存储器14、显示器16，所述处理器12电连接收发器10、存储器14和显示器。

其中，所述的收发器10可接收基站设备2传送的边坡环境传感数据，并把边坡环境传感数据发送至处理器12；

所述的处理器12用于对边坡环境传感数据进行处理，将边坡环境传感数据与其存储器14中存储的对应标准阈值进行比较分析，输出分析结果；

所述的存储器14主要用于存储边坡环境传感数据、标准阈值；

所述的显示器16用于显示边坡环境传感数据以及处理器12的分析结果。

可选地，所述的处理器12在边坡环境传感数据超出其存储器14中存储的对应标准阈值时输出该边坡环境传感数据为异常的分析结果。

其中，所述的监测预警装置3还包括与处理器12通信连接的报警器4。所述的报警器4在边坡环境传感数据为异常时启动报警。

可选地，所述的报警器4包括蜂鸣报警器和led信号指示灯。

本发明上述实施例中，以无线传感器网络技术为基础，构建边坡地质灾害监测区域无线传感器监测网络，实现对边坡地质灾害监测区域的远程实时监测，并通过监测预警装置3和报警器的配合，可自动实现对边坡地质灾害的远程实时监控和预警工作。

在一个实施例中，各无线传感器节点在网络拓扑构建阶段被分为多个簇，每个簇设有一个簇头，网络运行初期，各无线传感器节点处于工作状态，簇头对簇内各无线传感器节点进行感知并计算对应的感知概率；若簇头对簇内无线传感器节点j的感知概率大于预设感知概率阈值，簇头将簇内无线传感器节点j作为有效协作节点，否则令无线传感器节点j进入休眠；簇头根据确定的有效协作节点构建有效协作节点集，簇头计算各有效协作节点的冗余度，并令冗余度大于1的有效协作节点进入休眠，有效协作节点集中未休眠的无线传感器节点将负责边坡环境传感数据的采集工作；其中，设定感知概率的计算公式为：

4)ti1＜kij时，si→j＝o；

5)kij≤ti0时，si→j＝1；

6)ti0＜kij≤ti1时，

式中，si→j表示簇头i对任意无线传感器节点j的感知概率，ti1为簇头i的最大感知半径，ti0为簇头i的最小感知半径，kij为簇头i与无线传感器节点j的距离，d为预设的环境影响衰减系数，f为预设的无线传感器节点性能衰减系数，e为自然常数。

其中，设定冗余度的计算公式为：

式中，vi表示有效协作节点c的冗余度，l(c)为有效协作节点c的感知区域，rc为有效协作节点c的邻居节点集，其中邻居节点为位于有效协作节点c通信范围内的有效协作节点，l(rc)为有效协作节点c的邻居节点集的感知区域。

本实施例提出了一种新的针对簇内无线传感器节点的调度机制，该机制中，簇头根据设定的感知概率确定有效协作节点集，并令有效协作节点集中冗余度过大的无线传感器节点进入休眠，而有效协作节点集中其他无线传感器节点进行感知操作，通过簇头对簇内各无线传感器节点的工作状态进行调整，确定了较为合理的有效协作节点数量。本实施例实现了簇内无线传感器节点资源的优化配置，能够降低簇内无线传感器节点的能量损耗，从整体上降低网络开销，延长了无线传感器网络的生命周期。

在一种能够实现的方式中，簇头定期计算其簇内的能量均衡程度，若能量均衡程度低于预设的能量均衡程度阈值，则簇头确定当前剩余能量满足能量较低条件的有效协作节点，令该有效协作节点休眠，并将该有效协作节点通信范围内的已休眠无线传感器节点唤醒，唤醒后的已休眠无线传感器节点则进入采集边坡环境传感数据的工作状态；

其中，所述能量均衡程度的计算公式为：

式中，xi表示簇头i对应簇内的能量均衡程度，yi为簇头i对应簇内的未休眠的有效协作节点数量，hj为簇头i对应簇内的第j个未休眠的有效协作节点的当前剩余能量，e为自然常数。

本实施例创新性地定义了能量均衡程度的计算公式，由该计算公式可知，能量均衡程度越大，代表簇内区域能耗分布均衡性越强，能量均衡程度越小，代表簇内区域能耗分布均衡性越弱。

其中，所述能量较低条件为：当前剩余能量为有效协作节点集中无线传感器节点能量的最小值，或者，当前剩余能量低于预设能量阈值下限。

本实施例中，由簇头在能量均衡程度低于预设的能量均衡程度阈值时，调度较低能量节点进入休眠，并唤醒较低能量节点周围的休眠节点进入工作状态，能够有效平衡较低能量节点周边区域的能耗，避免无线传感器节点因能耗不均而快速失效，进而有利于提高边坡环境传感数据采集和传输的可靠性。

在一种能够实现的方式中，簇头按照下列公式计算其有效协作节点集内的未休眠的有效协作节点的状态值，并选择状态值最大的有效协作节点作为中继节点：

式中，qp为簇头i的有效协作节点集中未休眠的有效协作节点p的状态值，si→p为簇头i对所述有效协作节点p的感知概率，hasg为簇头i的有效协作节点集中未休眠的有效协作节点的当前剩余能量的平均值，hp为所述有效协作节点p的当前剩余能量，hp0为所述有效协作节点p的初始能量，hmin为预设能量阈值下限；g1、g2为预设权重系数；

在数据传输阶段，其余有效协作节点在中继节点、簇头中选择距离最近的作为目的节点，将自身采集的边坡环境传感数据发送至目的节点；所述中继节点在接收到的边坡环境传感数据量达到自身的缓存极限时将接收的边坡环境传感数据发送至对应簇头。

本实施例设置中继节点进行边坡环境传感数据的辅助收集，有利于降低簇头的负载，避免所有有效协作节点将边坡环境传感数据都直接发送至簇头而产生过多能耗。

本实施例创新性地设计了状态值的计算公式，并依据状态值确定中继节点，能够提高中继节点负责边坡环境传感数据收集和传输的任务的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。