专利名称：基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩土工程领域，尤其基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法及装置。
背景技术：
我国目前处于经济建设高速发展时期，随着一系列举世瞩目的重大工程，如“西电东送”、“南水北调”、“油气管道”以及公路铁路网建设等已经或即将实施。毫无疑问，这一地区的进一步开发，必将带来更大规模、更大范围的边(滑)坡地质灾害及相关的环境问题 亟待研究解决。如2003年5月11日，贵州省三穗县平溪特大桥开挖弃土滑坡毁坏桥墩，掩埋16间工房，造成35人死亡；2003年12月7日甘肃省兰州至临泻高速公路K58+820处左侧边坡发生滑坡，造成7人死亡，I人受伤的重大事故；2007年5月10日，因清江水布垭水库蓄水影响，湖北省巴东县清太坪镇木竹坪村发生滑坡灾害，滑坡体积约600万立方米，246户658人紧急撤离；2010年6月28日，贵州关岭县发生山体滑坡，共造成38户99人被埋死亡。从上所知，边(滑)坡地质灾害给国民经济建设和人民生命财产带来了巨大的损失。据近年来统计，因边坡失稳形成的地质灾害造成的损失每年竟达300亿元。为了有效避免此类严重的边(滑)地质灾害事故的发生和给人民生命财产带来损失，必须对边坡的变形及稳定性进行实时监测和预警。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法及装置，它实时地对边坡灾害进行智能预警，有效避免边坡地质灾害可能带来的人员和财产的损失，以克服现有技术的不足。本发明是这样实现的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法，在边坡体内部埋设无线传感器网络，利用无线传感器网络簇头采集边坡灾变初期阶段的声发射信号，无线传感器网络通过多跳路以无线方式将信号传输至安装在安全位置的数据发射器；数据发射器将汇聚的信息以最终获取的特征频段经过主干网传送给室内接收分析系统，并将接收信号传递给接收分析系统的计算机，计算机对接收的信号进行分析处理，根据处理的结果做出相应级别的预警措施，预警信息通过通信电缆输送给发生灾害地段的预警显示屏，进而提醒过往车辆、行人或居民区等采取相应的减灾防灾措施。所述的特征频段为经过无线传感器网路簇头进行信号重构后的频率。基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，包括无线传感器网络，无线传感器网络与数据发射器连接；数据发射器与主干网连接，主干网与接收分析系统连接，在接收分析系统上连接有预警显示屏。数据接收器包括协调器和GPRS网关。主干网为GSM、Internet或卫星网络等。
接收分析系统为连接有数据接收器的数据处理计算机。无线传感器网络的簇头节点以无线Ad Hoc方式自组织形成网络。无线传感器网络与数据发射器、数据发射器与主干网及主干网与室内接收分析系统之间均为无线连接。这样有效避免数据传送设备被人为破坏或环境腐蚀，也能保证灾害发生过程中和灾害发生后的数据的有效传输。与簇头节点相连的簇头为5个以上。这是基于声发射源三维时差定位算法确定的，当簇头个数大于等于5时，可以减小干扰误差，计算出的声发射源坐标也就更为准确。无线传感器网络是基于小波来分析的，可以用来提取任一频率的声发射信号，获取的信号在达到簇头节点之前，信号经过了相应的滤波处理，并经小波变换获取特征频段，簇头把所有簇头节点获取的特征频段汇聚在一起，进行信号重构，获得最终的特征频段，二次剔除了含有噪音的频段，使获得的声发射灾变信号更加可靠。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过无线传感器网络采集边坡早期灾变的声发射信号，通过多跳路以无线方式将信号传输至安装在安全位置的数据发射器；数据发射器把汇聚的信息经过主干网传送给室内接收分析系统，并将接收信号传递给接收分析系统的计算机，计算机对接收的信号进行分析处理，根据处理的结果做出相应级别的预警措施，预警信息通过通信电缆输送给发生灾害地段的预警显示屏，进而提醒过往车辆、行人或居民区等采取相应的减灾防灾措施，从而达到边坡灾害智能预警的目的，为边坡地质灾害发生时的应急处理提供宝贵的时间，从而有效规避边坡地质灾害可能带来的人员和财产的重大损失。本发明的方法简单，容易实施，所采用的装置结构简单，制作方便，并且具有二次降噪的功能，成本低廉，使用效果好。
附图I为本发明的结构示意 附图2为无线传感器网络对声发射信号识别过程；
附图3为无线传感器网络的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施例方式基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法，在边坡体内部埋设无线传感器网络，利用无线传感器网络簇头采集边坡灾变初期阶段的声发射信号，无线传感器网络通过多跳路以无线方式将信号传输至安装在安全位置的数据发射器；数据发射器将汇聚的信息以最终获取的特征频段经过主干网传送给室内接收分析系统，所述的特征频段为经过无线传感器网路簇头进行信号重构后的频率；并将接收信号传递给接收分析系统的计算机，计算机对接收的信号进行分析处理，根据处理的结果做出相应级别的预警措施，预警信息通过通信电缆输送给发生灾害地段的预警显示屏，进而提醒过往车辆、行人或居民区等采取相应的减灾防灾措施。基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置的结构如图I所示，制作出与簇头节点12相连接的5个无线传感器网络1，无线传感器网络I的簇头节点12以无线Ad Hoc方式自组织形成网络；无线传感器网络I与数据发射器2连接；数据发射器2与主干网3连接，主干网3与接收分析系统4连接，在接收分析系统4上连接有预警显示屏5 ;数据接收器2包括协调器和GPRS网关；主干网3可采用GSM、Internet或卫星网络等；接收分析系统4为连接有数据接收器的数据处理计算机；无线传感器网络I与数据发射器2、数据发射器2与主干网3及主干网3与室内接收分析系统4之间均为无线连接。无线传感器网络对声发射信号识别过程如图2所示，先将声发射初期阶段的灾变信号6进行放大处理7，在滤波8完成后，进而对信号进行频带划分9，所得的声发射灾变信号包括低频信息A和高频信息D ;然后经小波变换10，信号被分解到多个频带中；最后经过声发射源的神经网络局部识别11，即可得一个簇头节点12的声发射源数据的识别结果，簇头I把所有的簇头节点12的识别的特征频段汇聚在一起，进行信号重构，去除其他噪音频段，获取了最终的特征频段。在使用过程中，先将无线传感器网络I以埋设在存在潜在破坏的滑坡体内部，并在存在潜在破坏的滑坡体地段安装上预警显示屏5 ;边坡作为一个天然的有机体，在发生地质灾害前岩土体都会存在细观的潜在破坏阶段，并伴随着相应的声发射现象产生。设置在边坡体内部的无线传感器网络簇头I将采集边坡灾变初期阶段的声发射信号，以无线传 输的方式发送到安装在安全位置的数据发射器2，数据发射器2将信号经过主干网3传输给室内接收分析系统4，室内接收分析系统4的计算机以基于声发射源三维时差定位方法定位声源的具体位置，计算比较所发生的声发射值与阈值的相关关系，并做出相应级别的预警措施，预警信息再通过通信电缆输送给发生灾害地段的预警显示屏5，进而提醒过往车辆、行人或居民区等采取相应的减灾防灾措施。从而达到边坡灾害智能预警的目的，有效避免边坡地质灾害可能带来的人员和财产的损失。
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的边坡地质灾预警方法，其特征在于在边坡体内部埋设无线传感器网络，利用无线传感器网络簇头采集边坡灾变初期阶段的声发射信号，无线传感器网络通过多跳路以无线方式将信号传输至安装在安全位置的数据发射器；数据发射器将汇聚的信息以最终获取的特征频段经过主干网传送给室内接收分析系统，并将接收信号传递给接收分析系统的计算机，计算机对接收的信号进行分析处理，根据处理的结果做出相应级别的预警措施，预警信息通过通信电缆输送给发生灾害地段的预警显示屏，进而提醒过往车辆、行人或居民区等采取相应的减灾防灾措施。
2.根据权利要求I所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法，其特征在于所述的特征频段为经过无线传感器网路簇头进行信号重构后的频率。
3.一种基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，包括无线传感器网络(1)，其特 征在于无线传感器网络(I)与数据发射器(2)连接；数据发射器(2)与主干网(3)连接，主干网(3 )与接收分析系统(4)连接，在接收分析系统(4)上连接有预警显示屏(5 )。
4.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，其特征在于数据接收器(2)包括协调器和GPRS网关。
5.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，其特征在于主干网(3)为GSM、Internet或卫星网络等。
6.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，其特征在于接收分析系统(4)为连接有数据接收器的数据处理计算机。
7.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，其特征在于无线传感器网络(I)的簇头节点以无线Ad Hoc方式自组织形成网络。
8.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，其特征在于无线传感器网络(I)与数据发射器(2)、数据发射器(2)与主干网(3)及主干网(3)与室内接收分析系统(4)之间均为无线连接。
9.根据权利要求3或I所述的基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警装置，其特征在于与簇头节点相连的簇头为5个以上。
全文摘要
本发明公开了一种基于无线传感器网络的边坡地质灾害预警方法及装置，在边坡体内部埋设无线传感器网络，利用无线传感器网络簇头采集边坡灾变初期阶段的声发射信号，通过多跳路以无线方式将信号传输至安装在安全位置的数据发射器；数据发射器把汇聚的信息以自定义的数据格式经过主干网传送给室内接收分析系统，并将接收信号传递给接收分析系统的计算机，计算机对接收的信号进行分析处理，根据处理的结果做出相应级别的预警措施，预警信息通过通信电缆输送给发生灾害地段的预警显示屏，进而提醒过往车辆、行人或居民区等采取相应的减灾防灾措施。
文档编号G08B21/10GK102760343SQ20121026341
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者包太, 吴枫, 夏开宗 申请人:贵州大学