[发明专利]一种基于无线传感器网络的黄土滑坡监测预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于无线传感器网络的黄土滑坡监测预警系统，包括无线传感器监测网络层、GPRS网关和远程监控中心，其特征在于：无线传感器监测网络层为采用ZigBee协议的多簇结构网络，相邻若干传感器监测节点选出一个簇头节点，无线传感器监测节点获取实时数据汇集至簇头节点，簇头节点通过簇间多跳上传数据至WSN协调器，WSN协调器通过GPRS网关与远程监控中心通讯连接，传感器监测节点的布设遵循RSSI节点定位算法在滑坡区无盲区精确布设，远程监控中心用于接收传感器监测网络层发送的数据并对数据进行分析和预警。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的黄土滑坡监测预警系统，其特征在于：所述无线传感器监测节点包括用于监测位移值和应力值的柔性感应管及用于监测坡体含水量的含水量传感器。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的黄土滑坡监测预警系统，其特征在于：所述远程监控中心还通信连接有报警装置。

4.一种基于无线传感器网络的黄土滑坡监测预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴采用最小二乘法对RSSI定位算法的环境参数修正后计算预监测的黄土滑坡上无线传感器监测节点埋设位置，在各无线传感器监测节点埋设位置预估滑动面位置，根据预估的滑动面深度来确定无线传感器埋设深度，确保无线传感器埋设到预估滑动面以下；

⑵建成黄土滑坡监测预警系统，对各节点处坡体含水量、位移量、应力值进行监测，各无线传感器监测节点采集数据后汇集至簇头节点，各簇头节点通过簇间多跳上传数据至WSN协调器，WSN协调器通过GPRS网关将数据传至远程监控中心，远程监控中心对进行数据存储、数据分析处理；

⑶当节点处的坡体岩土体含水量达到滑坡土体的液限值时，远程监控中心给预警装置发送指令，预警装置发出警报，当节点处的位移量变化发生突变或位置变化时，远程监控中心给预警装置发送指令，预警装置发出警报，当节点处的岩土体的坡体应力值接近岩土体抗剪强度时远程监控中心给预警装置发送指令，预警装置发出警报。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤⑴中预估滑动面位置的方法是对黄土滑坡进行岩土体性质、岩层产状、坡面的关系、后缘裂缝发育情况的调查，综合调查结果通过作圆弧形图来初步预估滑动面的位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤⑴中最小二乘法对RSSI定位算法的环境参数修正方法，包括：

①、根据无线电信号的传播衰减模型公式1，当计量单位为dbm时，RSSI值和其对应距离之间呈现线性函数关系，将距离d设为x,RSSI值设为y,那么RSSI值与d之间最适合的直线方程为公式2：

y＝a+bx (2)

②、由最小二乘法拟合的基本原理可得：

③、求关于a、b的偏导数并令其为零，解方程组，得到RSSI测距环境参数修正值a、b计算公式4：

④、根据测出的RSSI值得到如下距离估算公式5：

其中：x为移动节点到接收端节点的距离值,y为接收端节点接收到的移动节点发出的RSSI信号强度值,a、b为步骤③中计算得到的RSSI测距环境参数修正值，采集参考节点i到接收端节点的距离值xi、接收端节点接收到的参考节点i发出的RSSI信号强度值yi，其中i＝1…..n，n大于4，λ是环境影响因子，ζ_σ是算术平均值为0的高斯分布随机变量，其标准差为4-10。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤⑵中数据分析处理时，对滑动面监测预警时，确定某一节点处的滑动面采用先纵向分析该处无线传感器的位移与应力状态，来确定该节点处滑动面的深度，然后进行横向综合分析每一个节点处滑动面的深度，最终确定整个滑坡的滑动面，根据滑动面确定滑坡阶段，对灾害时间进行预测。