[发明专利]一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法

说明书

一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法，其内容包括：无线传感器网络中监控节点采用基于网格的部署法，即将监控区域按矩形划分，矩形大小在监测节点良好、有效覆盖范围之内，通过前期调研、现场勘查、地形测绘和土壤测试等方法选定每个矩形区域范围内具有代表性、敏感度较高的若干位置布设传感器监测节点。另外，为保证监测的精度及全面性，监控节点不仅分布在灾害体表面，还需在灾害体内部署必要数量的监控节点。

技术领域

本发明涉及一种灾害预警系统设计方法，尤其涉及一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法。

背景技术

目前国内外对于山体滑坡及泥石流灾害的监测方式主要包括有线和无线两大类，有线方式多受监测区域地理条件的限制，系统部署困难、维护不便，无线方式中，近景摄影测量法监测精度低，易受天气等因素的影响；GPS监测法精度高、全自动，但成本高、动态性较差，在高精度测量要求下，每组数据测量的时间较长，需要几十分钟甚至更长时间；RS技术监测范围广，但快速、实时性较差，除此之外，受地理位置、经济因素、技术条件等限制，省内部分灾害多发地对地质灾害的监测仍主要依赖于天气预报发布的灾害预警，采用人工进行群测群防，实时性、精确性、针对性不强，因此需要研究新的方法对灾害多发区域进行监测预警。

发明内容

一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法，其特征在于，网关节点设计，网关节点建立、管理、维护网络以及远程传输数据，主要包括处理器及无线通信模块、雨量传感器、GPRS模块以及电源模块；

其中，处理器及无线通信模块硬件电路设计参考监控节点相应模块，由于强降雨与滑坡泥石流灾害有最直接联系，会在强降雨的当天或第二天造成突发性灾害，这需要配置雨量传感器长时间对监控区域进行实时监测，因其耗电量较大，并且监控区域具有一定连续性，所以仅在网关节点配置一个雨量传感器即可。网关节点需始终处于工作状态，以保持网络的通信，目前采用外部电源进行供电，一般将其部署在监测区域移动网络信号较好的位置。

一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法，其特征在于，监控节点软件设计，监控节点属于精简功能节点，是无线传感器监测网络中的数据采集节点，节点通电后，首先进行硬件和Zig Bee协议栈初始化，然后申请加入Zig Bee网络，监控节点成功加入网络，将按规定频率向网关节点发送数据，其余时间处于睡眠状态。

监控节点的各个传感器采集频率受到网关节点雨量传感器所监测降雨量的控制，网关节点雨量传感器持续监测实时降雨量，并通过 GPRS网关将降雨量传至远程监控中心，在降雨量正常的情况下，土壤水分传感器、加速度传感器、超声波传感器以及温湿度传感器根据远程监控中心所设置的频率工作，一般以雨季旱季进行区分，即雨（5—9月）2~8 h一次和旱季12~24 h一次的频率采集相关信息，再经由多跳路由对数据进行转发，最终通过GPRS网关节点发送到远程监控中心，一旦网关节点发现雨量传感器记录的降雨量超过阈值，则通知监控节点，此时无论雨季旱季，各个传感器均以1~5 s一次的频率采集数据。

通过以上的工作方式，可以延长节点的工作时间，减少无效数据的采集与发送，为了进一步减少节点能耗，也可设置相关阈值，采集数据需超过各传感器参数阈值才由监控节点的无线通信模块进行转发。

一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法，其特征在于，网关节点工作方式，网关节点GPRS模块与CC2530采用串口通信，通过AT指令实现网络连接及数据收发，连接GPRS网络前，首先需通过串口向SIM900A发送“AT”，测试模块是否正常工作，接收到返回的“OK”则连接GPRS网络，被分配一个随机临时的IP地址及端口，进行数据传送。

一种基于无线传感器网络的灾害预警系统设计方法，其特征在于，远程监控中心软件设计，远程监控中心接收由网关节点传送的大量监控数据，提取存储并分析处理其中的有效信息，根据综合预警判断模型得到灾害预警等级，并根据不同等级发出相应程度报警信息，除此之外，还能实现对节点实时监控数据可视化显示，历史数据查询，系统设置等若干功能。软件基于B/S结构，采用C#实现。