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基于WSN的泥石流灾害预警数据采集与休眠机制设计

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基于WSN的泥石流灾害预警数据采集与休眠机制设计

作者：董晓俊电子科技大学

学位级别：硕士

无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）在医疗、军事战场、环境监测、智能家居等方面有着广阔的应用前景，是目前发展最迅速的网络之一。由于其节点的能量由固定的电池供电，不宜更换，因此对于WSN中节能措施的研究是目前热点... 详细信息

无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）在医疗、军事战场、环境监测、智能家居等方面有着广阔的应用前景，是目前发展最迅速的网络之一。由于其节点的能量由固定的电池供电，不宜更换，因此对于WSN中节能措施的研究是目前热点和难点。泥石流灾害预警监测系统是WSN的应用场景之一，由于其环境的复杂性，过去以有线为基础的设施难以实施，采用WSN技术对监测区域进行数据采集和分析，能够提前预测地质灾害，从而减少人员伤亡和物质的损坏。本文以泥石流灾害预警监测系统为基础，研究在系统设计中采用数据采集方式和节能休眠技术，减少传感器节点的能量消耗，延长网络使用寿命的方法。首先针对泥石流中预警数据采集进行分析，对不同的接口设计驱动程序，来达到通过传感器节点正确采集监测区域数据目的。通过定义通用数据包，实现对传感器节点数据打包传输。其次，为了节约能量，传感器节点采集数据通常采用的是定时休眠采集方式，而且定时周期一般是固定不变的，因此本文设计一种基于周期自适应调整的节点休眠策略。通过动态的改变传感器节点的定时周期来获得最佳的采集时间，在采集数据变化不大时能够适当延长休眠周期，当数据变化较快时减少定时休眠周期方法。通过MATLAB软件仿真得到节点相比原始采集数据可减少了百分之七十左右的数据量，同时能够完整的采集到原始数据中重要值，实现实时监控监测区域。最后，为了达到让网络中路由节点有休眠功能，本文设计出S-DMAC协议，同时采用基于子节点的路由节点休眠策略，以达到节约路由节点能量。 DMAC协议中采用了节点交替休眠策略，使得其在传输数据时，能够有很小传输延迟，同时减少节点能量消耗，但是其运行周期固定，节点在没有数据接收和发送时节点接收状态持续时间较长，S-DMAC协议在接收阶段中加一个监听状态，如果没有任何数据接收和发送时节点直接进入休眠模式，同时采用基于子节点上报定时周期的路由点休眠策略，减少节点无谓的能量消耗。通过NS2软件仿真得出，改进后节点有更好能量效率，而端到端延时和数据丢包率影响不大，延长网络寿命。

关键词： WSN 泥石流监测 DMAC 数据采集周期自适应调整

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山地灾害链式监测预警技术体系及应用

科技纵览 2022年第5期 50-55页

作者：田宏岭黄栋杨宗信聂勇姜元俊中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所

山地在全球和我国都有着较为广泛的分布,是滑坡、泥石流等灾害的主要发生地。中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所在专家智库与多源空间技术相结合的滑坡识别、基于遥感与工程结构的低频泥石流风险评价技术、复合时空广域滑坡... 详细信息

山地在全球和我国都有着较为广泛的分布,是滑坡、泥石流等灾害的主要发生地。中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所在专家智库与多源空间技术相结合的滑坡识别、基于遥感与工程结构的低频泥石流风险评价技术、复合时空广域滑坡监测技术、关键参数滑坡/泥石流监测系统与预警模型等方面获得系列突破,建立山地灾害链式监测预警技术体系,并在多地完成监测预警示范应用。

关键词：山地灾害链泥石流监测监测预警滑坡监测滑坡识别中国科学院成都山地灾害示范应用

在高海拔无网络地区LoRa+4G地灾监测数据传输技术

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云南水力发电 2023年第7期39卷 84-88页

作者：黄金贤高登山澜沧江流域RM测量中心西藏昌都854525

针对西藏高海拔无网络信号地区泥石流灾害多发区域监测设备数据获取困难、数据量不足的问题。在4G通讯和北斗短报文等传统通讯手段存在短板的基础上,设计了LoRa通讯+4G通讯相结合的方式,将无信号区的监测设备数据传输至有信号区,再将前... 详细信息

针对西藏高海拔无网络信号地区泥石流灾害多发区域监测设备数据获取困难、数据量不足的问题。在4G通讯和北斗短报文等传统通讯手段存在短板的基础上,设计了LoRa通讯+4G通讯相结合的方式,将无信号区的监测设备数据传输至有信号区,再将前端采集的数据传输至泥石流地质灾害监测预警系统中,为泥石流地质灾害防治工作提供了一种新的通讯技术思路。

关键词：高海拔无网络地区泥石流监测 LoRa+4G无线通信监测预警地质灾害

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人民长江 2008年第3期39卷 11-11页

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中国水土保持 2008年第7期 58-59页

长江上游滑坡泥石流监测预警系统成功预报文县关家沟泥石流灾害2008年5月17日,长江上游滑坡泥石流监测预警系统成功预报甘肃文县关家沟泥石流灾害,挽救了700多人的生命,取得了“5·12”汶川地震后预警系统抗震救灾的新成绩。据甘肃省文... 详细信息

长江上游滑坡泥石流监测预警系统成功预报文县关家沟泥石流灾害2008年5月17日,长江上游滑坡泥石流监测预警系统成功预报甘肃文县关家沟泥石流灾害,挽救了700多人的生命,取得了“5·12”汶川地震后预警系统抗震救灾的新成绩。据甘肃省文县水土保持局报告:2008年5月17日17时20分,甘肃文县城关地区突降暴雨,历时半小时,最大10分钟内降雨15 mm,半小时内降雨达31.5 mm。暴雨引发文县关家山、朱家山两条支沟泥石流发生。长江上游滑坡泥石流监测预警系统文县关家沟预警点预警员李文元及时发现险情,于当日17时50分向文县水土保持局抗震救灾办公室报警。接到报警后,文县水土保持局尚奇文局长、张亚文副

关键词：泥石流监测水土保持局水保局泥石流灾害山地灾害滑坡体水土保持方案水土保持监督淤地坝土坝关家沟第三阶段甘肃文县山西省水利厅

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地质灾害监测RTU的软件设计与实现

地质灾害监测RTU的软件设计与实现

作者：张恩华电子科技大学

学位级别：硕士

泥石流灾害一旦爆发往往带来巨大的人员伤亡和经济损失,给山区群众的生命财产造成严重威胁。我国山区地质条件复杂,泥石流灾害频发,依靠人工观测的传统手段无法进行全天候的有效监测。现有的泥石流预警装置对环境的适应性相对较差,测量... 详细信息

泥石流灾害一旦爆发往往带来巨大的人员伤亡和经济损失,给山区群众的生命财产造成严重威胁。我国山区地质条件复杂,泥石流灾害频发,依靠人工观测的传统手段无法进行全天候的有效监测。现有的泥石流预警装置对环境的适应性相对较差,测量参数也较为单一,相比国际上同类产品稳定性较低,野外恶劣工况下难以长期稳定工作。因此,有必要开发一种可在野外保持长期工作,可远程全自动全天候监控泥石流信息的监测设备。本文设计的地质灾害监测远程终端单元RTU能够根据泥石流灾害的演变、发展及其形成形态,对泥石流易发地的气象、水文、声音等数据进行采集,并进行智能分析与决策。本文的主要工作内容如下:(1)完成RTU设备端的软件设计,主要包括低功耗管理设计和传感器采集设计。为了使RTU长期工作在野外,本文从软件角度为RTU设计了低功耗管理模式,RTU系统可通过定时休眠唤醒以降低整体运行功耗。根据传感器信号输入类型分别对采集函数进行设计,针对不同传感器的工作特点设计不同的数据采集方式。(2)为了使RTU设备端采集数据发送至上位机,本文设计了基于4G通信和北斗短报文通信技术的双信道网络通信技术。其中北斗通信为辅助通信方式,4G通信作为RTU设备的主通信方式需要结合消息队列遥测协议MQTT,连接到阿里云平台来完成消息的发布和接收。(3)地灾RTU采集的数据最终会发送至上位机,当上位机采集到异常数据时系统需要自动发出预警。本文引入一种基于自编码器单分类学习的方法,对地灾RTU采集数据中的异常数据进行辨识。当发生泥石流灾害时,异常数据特征变化明显,系统将自动辨识出上报数据中的异常数据特征并发出预警信息。最后以汶川地区采集的降雨量信号和泥水位信号对自编码器算法进行仿真验证。本文最后利用搭建的RTU平台样机对RTU采集系统进行整体测试。首先对RTU设备端的低功耗模式进行测试。接着从传感器采集信号输入类型,以模拟量、开关量和RS485信号输入形式分别对各采集传感器进行测试。然后对RTU系统的双通道组网通信进行测试,通过对4G模块的测试,验证了整个采集系统的设计完整性和数据传输有效性。最后完成了异常数据状态的辨识测试,通过利用监测设备采集的降雨量数据对泥石流预警系统进行了测试,测试结果表明自编码器算法可以更好的辨识出采集数据中的异常数据。

关键词：泥石流监测低功耗设计双信道网络组网单分类学习自编码器

实施“科教兴水”战略　促进“长治”工程科技进步

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中国科技产业 1998年第6期 11-12页

作者：陈俊府长江上游水土保持委员会办公室!长江水利委员会

长江上游水土保持重点防治工程从1989年开始实施以来,为了发挥科技的先导作用,使'长治'工程达到科学治理,长江上游水土保持委员会把水土保持科学研究工作作为一项重要内容,制定了.

关键词： “长治”工程科教兴水长江上游泥石流监测小流域综合治理模式科技进步坡面水系工程

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中国水土保持 2008年第5期 59-59页

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文摘

气象科技进展 2011年第1期 63-63页

冬季蒙古高压与北太平洋海温异常——《大气科学》2011年第35卷第2期李崇银等指出:资料分析结果表明,冬季蒙古高压的活动与太平洋年代际振荡(PDO)之间在年际时间尺度上存在明显的负相关,冬季的强(弱)蒙古冷高压活动往往对应着北太平洋PD... 详细信息

冬季蒙古高压与北太平洋海温异常——《大气科学》2011年第35卷第2期李崇银等指出:资料分析结果表明,冬季蒙古高压的活动与太平洋年代际振荡(PDO)之间在年际时间尺度上存在明显的负相关,冬季的强(弱)蒙古冷高压活动往往对应着北太平洋PDO的负(正)位相;这种年际时间尺度的负相关存在着年代际变化,它基本上出现在年代际尺度相关

关键词：北太平洋海温时间尺度负相关城镇年际泥石流防治重力场变化年代际尺度火山活动泥石流监测文摘检索工具