基于WSN的滑坡灾害监测系统设计研究

摘要

我国地质灾害复杂多样，灾害频繁，是世界上地质灾害最严重的国家之一。滑坡灾害作为最严重的地质灾害类型，对山区居民的生命和财产安全构成了严重的威胁，破坏交通公共设施造成重大的经济损失和环境破坏。而现有的滑坡监测设备因性能差、成本高、实时性低以及技术落后等因素严重影响监测效果。近年来，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）以其低功耗、低成本、组网灵活等特点在医疗、军事战场、环境监测、智能家居等方面得到了广泛应用。因此，针对现有滑坡灾害监测系统的不足和实际监测需求，设计和开发一套基于WSN的滑坡灾害监测系统，实现环境异常信息的实时采集、可靠传输、分布式自组网以及数据远程传输具有重要的社会意义和经济意义。　　本文以传感器数据采集为基础，ZigBee和GSM无线通信技术为依托，嵌入式ARM作为主控制，开发了一套基于WSN的滑坡灾害监测系统，为保障灾区人民生命财产安全以及灾后恢复重建工作的顺利开展提供基础数据。主要研究工作如下：　　第一，研究了震后灾区滑坡体监测预警技术手段的研究现状，分析了无线传感器网络技术的发展现状及在滑坡灾害监测的应用现状，结合现场的实际情况，提出了基于降雨量、倾斜度、地表位移三个诱发滑坡的关键参数进行实时监测。　　第二，研究了滑坡监测系统的实现方式，设计了系统的总体方案和工作流程。系统将采用SRY-1雨量计、SCA100T传感器、米朗拉绳式位移传感器分别采集降雨量、倾斜度、地表位移数据；同时，基于TI公司的CC2530芯片和Z-STACK协议栈实现ZigBee节点通信，采用SIMCom公司提供的GSM模块进行数据远距离传输。　　第三，设计了无线传感器节点的采集电路、通信电路、电源电路，并通过 ZigBee和GSM方式组网传输数据，完成了系统的各部分软、硬件设计，实现了传感器节点数据的自动采集和存储。　　第四，研究了无线传感器网络的现场布置方法，并在该区域建立了滑坡地质灾害监测示范点。　　本文主要研究系统前端的数据实时采集和中间的数据远距离传输，通过示范点的长时间监测，系统能够有效地完成组网、监测、传输的功能。采用无线传感器网络，提高了安全监测水平，丰富了灾害监测手段，实现了24小时自动监测，为滑坡区域的人民生产、生活提供了技术保障。

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1 绪论

1.1 论文研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容和组织结构

2 监测系统总体设计

2.1 系统需求

2.2 系统框架设计

2.3 传感器节点和采集站设计

2.4无线通信方案设计

2.5本章小结

3 监测系统硬件设计

3.1 传感器节点硬件设计

3.2 处理器电路设计

3.3 GSM和电源电路设计

3.4 本章小结

4 监测系统软件设计

4.1 初始化程序设计

4.2 节点数据采集程序设计

4.3 处理器软件设计

4.3 GSM模块软件设计

4.4 本章小结

5 监测示范点的建立

5.1 系统实物图

5.2 监测设备安装

5.3 监测数据分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果