基于无线传感器网络的山体滑坡实时监测及预警系统

摘要

我国地质条件复杂，山体滑坡事故频发，给国家和人民的经济带来了巨大的损失并造成了惨重的人员伤亡。根据以上情况并针对现有山体滑坡监测技术方法的不足以及山体滑坡监测的实际需求，开发了一种基于无线传感器网络的山体滑坡实时监测系统。该系统利用ZigBee协议组网和3G网络传输等技术，实现了快速、实时、准确地获取滑坡体的运动状态信息，并运用山体滑坡多步预测模型分析滑坡体的形变规律，进而对山体滑坡进行监测和预测。
　　山体滑坡实时监测系统由监测滑坡体的大量位移传感器采集节点、汇聚终端节点、远程监控中心组成。分散在多个点位的采集终端通过ZigBee无线通信方式组成一个星型网络，将采集终端获取的滑坡体位移信息汇总到汇聚终端，汇聚终端采用3G无线通信的方式将滑坡体的位移状态信息发送到远程监控中心。
　　本文详细介绍了采集终端、汇聚终端的硬件电路设计和软件设计;介绍了远程监控中心平台的软件设计和基于粒子群算法与Elman算法的山体滑坡多步预测模型的实现，同时给出了相关数据的实例分析。工作人员运用山体滑坡多步预测模型进行滑坡体的运动趋势分析，分析结果可以作为山体滑坡预报预警的重要参考依据。同时，远程监控中心可以对数据进行保存以备历史查询。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 无线传感器网络应用现状

1．2．2 山体滑坡监测技术现状

1．3 论文的主要内容及结构安排

第2章 系统整体方案设计

2．1 系统功能需求分析

2．2 系统整体框架

2．3 硬件设计规划

2．3．1 采集终端硬件设计规划

2．3．2 汇聚终端硬件设计规划

2．4 软件设计规划

2．4．1 采集终端软件设计规划

2．4．2 汇聚终端软件设计规划

2．4．3 远程监控中心软件设计规划

2．5 本章小结

第3章 无线传感器网络的实现与系统硬件设计

3．1 无线传感器网络的实现

3．1．1 ZigBee无线通信技术简介

3．1．2 星型拓扑网络的实现

3．2 采集终端硬件设计

3．2．1 处理器模块设计

3．2．2 传感器模块设计

3．2．3 ZigBee通信模块设计

3．3 汇聚终端硬件设计

3．3．1 3G无线通信模块设计

3．3．2 文件管理芯片设计

3．3．3 串行时钟芯片电路设计

3．3．4 电源设计

3．4 硬件测试

3．4．1 ZigBee组网测试

3．4．2 数据采集与传输测试

3．5 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 采集终端软件设计

4．1．1 采集终端功能需求与程序关系

4．1．2 采集终端发送数据帧格式

4．1．3 采集终端ZigBee模块配置

4．2 汇聚终端软件设计

4．2．1 汇聚终端功能需求与程序关系

4．2．2 汇聚终端开机初始化相关程序

4．2．3 汇聚终端的ZigBee协调器数据接收

4．2．4 汇聚终端获取时钟信息

4．2．4 汇聚终端GPS定位数据获取

4．2．6 汇聚终端3G网络发送数据

4．2．7 汇聚终端ZigBee模块配置

4．3 远程监控中心软件设计及结果测试

4．4 本章小结

第5章 山体滑坡多步预测模型研究

5．1 滑坡预测模型描述

5．2 粒子群算法与Elman神经网络的滑坡预测模型实现

5．2．1 预测系统训练模块

5．2．2 预测系统预测模块

5．2．3 预测系统运行步骤

5．3 基于粒子群算法与Elman神经网络预测系统的滑坡实例分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．1 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果