基于物联网技术的山体滑坡监测系统

基于物联网技术的山体滑坡监测系统

山体滑坡是山区最常见的地质灾害之一，它严重威胁人民的生命财产安全，破坏工程设施，影响正常的生产和生活，造成巨大经济损失和人员伤亡。国内外用于山体滑坡监测的方法和手段很多，大体可以分为: 有线方式和无线方式两大类，由于山体滑坡监测区域的地理条件复杂、线路架设困难、电源供给等限制，使得有线系统部署起来非常困难，系统维护十分不便，并且监测网络结构的可靠性不高，很多都是把传感器监测节点简单串联起来，当一个传感器节点发生故障时，会影响后面节点的正常工作，从而影响整个系统的有效性，并且很多监测系统监测到的信息十分有限，不能为正确及时的预报预警提供充分的数据支持，从而影响系统的可靠性。现有的无线监测方式如GPS、

G IS，设备成本高，而合成孔径雷达干涉测量( InSAR) ，虽然具有全天候、连续获取信息和高空间分辨率的特点，但该方法对干涉相位图像质量要求

高，需要高分辨率的卫星遥感图像，这些决定了它不适合大范围推广与应用。

无线传感器网络(WSN， Wire less Sensor Networks)是一种全新的网络化信息获取与处理技术，具有自组网、无线多跳路由和多路径数据传输功能，结合数据融合技术，平衡网络负载，延长网络生命周期; 传感器节点成本低，可实现对整个滑坡监测区域进行大范围的节点布置，保证数据采集的深度，为实现山体滑坡状态监测和预警提供巨量数据基础。本方案针对山体滑坡监测，提出以无线传感器网络技术为基础，构建山体监测区域无线传感器监测网络，结合GPRS/3G通信技术，实现对监测区域的远程实时监护，并通过对采集数据的分析和处理，实现对山体滑坡的预警预报。

一、系统架构

山体滑坡监控系统由无线传感器监测网络、无线网关和远程监控中心三部分组成。为了得到监测区域的实时有效信息，在监测区域安放大量的传感器节点测量山体位移值和加速度值，由于山体滑坡主要是由地下水侵蚀产生，因

此，地下水位深度是显示山体滑坡危险度的重要指标，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由无线网络发送液位值。山体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山体的运动状况。测量过程中，传感器节点自动调节信息的采集频率和信息的采集量，协调器和路由器节点，通过以洪泛为基础的平面路由方式构建信息传输网络及其路由。以网络的网关节点为簇头，与传感器节点建立簇网络，对采集的信息进行传输与汇聚。网关节点对信息进行去冗余处理，通过平面路由，无线网关通过GPRS或3G把汇聚的信息以自定义的数据格式发送到远程监控中心; 远程监控中心对收到的信息进行处

理，从而实现对山体滑坡准确的预警预报。同时采用压力式水位传感器和雷达水流测速仪对山间水流水位进行监测，将监测数据接入无线低功耗广域网，通过与雨量数据进行预测，有效监测山洪暴发，确保人民生命财产安全。

系统总体构成如图1所示。

二、系统的硬件设计

2. 1无线位移监测终端

该产品由低功耗MCU stm8无线单片机+位移传感、加速度传感、数据采集通道、射频单元、电源等部分组成。系统节点尺寸小，功耗低，适应性强，节点最大发射功率为20dBm，通信距离为3000~ 3700m。无线射频发射频率为470mhz-490hmz。环境信息采集模块中，加速度传感器通过CAN 总线和stm8的CAN 相连，该传感器通过串口和STM8的UART1相连，电源管理模块包括: 4. 5 V锂亚电池，以NCP1117ST33为核心的3. 3 V 电压转换模块，为STM8、环境信息采集模块和信号放大电路供电。

该产品是一款基于有源RFID技术与先进的三轴（X/Y/Z）±8G姿态传感器技术相结合的产品，具备物品姿态检测功能，物品被移动或撞击后姿态发生改变可以发出无线报警信息，可广泛应用于山体滑坡、泥石流等自然灾害监测、资产管理等领域。

2. 2 GPRS/3G网关

网关采用中兴通讯公司研制的GPRS /3g 通信模块，STM32为核心，该芯片功耗低，在睡眠模式下的标准功耗为 2. 5 mA，工作电压: 3. 4 V ~4. 5 V可使用太阳能供电; 适用频带宽，内嵌强大的TCP /AT协议栈，通过AT 指令对模块进行编程，实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输、两种串口接口实现数据双向传输。可支持远程参数配置，远程警报器触发等功能。

2.3 无线雨量计

本仪器的感雨灵敏度、测量精度、雨强适用范围均优于其它形式雨量计，适于装备我国南方强降雨区、北方沙尘环境条件的各种类型的雨量测站。

2特点

●感雨灵敏度和准确度高，适应雨强范围大。

●仪器安装、调整、校准方法简单。

●有脉冲量（每0.1mm降雨量）输出和RS-485实时累计降雨量输出，可直接与数据采集器、RTU、计算机或其它上位设备连接，实现高精度数据自动采集与传输。

●可内置固态存储器，存储不小于3000mm的降雨量数据。●

无线压力式液位计是一种测量液位的压力传感器，包括静压液位计、液位变送器、液位传感器、水位传感器、压力变送器等，是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，通过低功耗无线网络传输至控制平台。

技术参数如下：

综合精度：压力式检测±0.075%FS(最小)±0.1%FS(典型)±0.25%FS(最大)

长期稳定性：±0.2%FS/年

补偿温度：0℃～50℃

工作温度：-10℃～80℃

供电：(8～28)VDC

输出：Lora 470MHZ-490MHZ

绝缘：100MΩ/50V

防护等级：IP68

防腐蚀、防堵塞

2.5 无线远传水流测速仪

多普勒流速仪是应用超声“多普勒效应”原理制成的超声测流仪。它没有旋浆、轴承等转动部件，用超声波技术探测流速，无摩擦、无惯性，测量点在机体前方，不破坏流场，具有测量精度高、量程宽，感应灵敏，测流线性，不惧泥沙、