基于無線傳感器網絡的山體滑坡監測預警系統研究

重慶旅游職業學院 李方書

基于無線傳感器網絡的山體滑坡監測預警系統研究

重慶旅游職業學院 李方書

山體滑坡是一種發生率較高的常見地質災害類型之一，是指在重力作用下山體斜坡上的某一部分巖土沿著一定的軟弱結構帶或者結構面發生的整體向斜坡下方移動的現象，使得發生區域的地理環境發生了很大的改變，給發生地人民生命財產安全造成了嚴重的后果，對于社會的穩定發展與人們的正常生活產生了極大的危害，因此必須要加強對山體滑坡的預警監測，這是預防與減輕山體滑坡災害程度的關鍵環節。近年來隨著無線傳感器網絡的不斷興起與迅猛發展，使得其在社會建設中的多個領域與行業中得到了非常廣泛的應用，其中，將無線傳感器網絡運用在山體滑坡的監測預警中能夠進一步增強山體滑坡的監測預警效果。本文主要就是對無線傳感器網絡的山體滑坡監測預警系統進行分析。

無線傳感器網絡；山體滑坡；監測預警系統

山體滑坡是在山區中常常發生的一種地質災害，不僅破壞了工程設施，導致生產無法得到順利進行，更嚴重的是其威脅到人們的生命安全，在造成巨大經濟損失的同時還會引發人員傷亡問題，產生了極大的社會危害[1]。目前用在山體滑坡監測預警中的手段與方法較多，大致可以分為無線方式與有線方式兩種。其中，無線傳感器網絡作為一種新型的信息獲取與處理技術，具有無限多跳路由、自組網與多路徑傳輸數據等功能，有效解決了過去有線監測方式無法在復雜地理條件中進行線路架設等問題，使得山體滑坡的預警監測工作實施起來更加高效。本文就是關于無線傳感器網絡的山體滑坡監測預警系統的分析。

一、山體滑坡無線傳感器監測系統

（一）山體滑坡無線傳感器監測預警系統的功能要求

易發生山體滑坡地質災害的地區一般都有著比較復雜的地理環境，具有干擾嚴重、危險性大、機械化程度高、數據采集量大、對傳輸的可靠性與安全性要求高等特點。

同時，由于山體滑坡是一種突發性的事件，具有很多不確定因素，因此其對預警監測系統有著更高的要求，主要包括以下幾點：

1、數據采集。無線傳感器監測預警系統需要對其所監測區域中山體滑坡的相關信息進行自動化采集，同時還要將模擬信號轉變為數字化信號[2]。

2、節點自組網。對于節點自組網提出的要求主要就是指要節點自己能夠組建一個網絡，將所發現的路由進行建立，然后再選擇一個最佳的路徑來對數據進行傳輸。當原有節點失去功效或者有新的節點加入其中的時候，要求其所組建的網絡可以進行自動化的維護，同時實時更新路由，確保能夠及時應對網絡拓撲結構所出現的變化，最大程度地保證數據傳輸的真實性與可靠性[3]。

3、數據傳輸。對于山體滑坡無線傳感器監測預警系統來說，節點自組網是其進行數據傳輸的重要基礎，通過已經建好的無線路由來實現數據的多跳傳輸與遠距離傳輸。通過選擇一個最佳傳輸路徑，可以大大減少在傳輸數據過程中出現的跳數傳輸與延遲傳輸等情況，進一步提高了數據傳輸的實時性。最后，為了起到減少數據傳輸與節約能量的目的，還要根據實際情況自動合理地調整數據傳輸的速度。

4、數據的管理。通過遠程監控中心對數據的存儲、分析與處理，可以以圖形或表格等形式將數據展示出來，從而實現數據提供實時數據、顯示歷史數據與滑坡報警的功能。

（二）無線傳感器網絡山體監測預警系統的結構

以無線傳感器網絡為基礎的山體滑坡監測預警系統的主要構成部分是大量傳感節點，各個節點又由數據采集板、應力計傳感器、無線射頻芯片與電源組成，將一個應力計放置在易發生山體滑坡問題的山體表面上，這樣也就能夠監測出巖土壓力出現的應力數據[4]。

在對山體滑坡進行監測的時候，一般有兩種方式，分別是中心監測與分布式監測。其中，中心監測首先是通過節點將原有監測數據傳輸給簇頭，在簇頭接收到數據后，通過多跳路簇頭可以將所接收的數據發送給基站，之后便由基站負責數據的分析處理工作，最后再對山體滑坡進行相應的預警監測。其次，分布式監測首先是通過對監測到的數據的簡單處理，獲得一個相應的決策值，之后再將其發送給簇頭，在簇頭接收到從節點發送出來的信息之后，便又將信息向基站轉發，最后通過基站的分析計算得出總的決策值，進而為山體滑坡的預警監測提供相關數據信息[5]。

二、山體滑坡的應力監測

重力作用是引起山體滑坡的主要作用，因此對于山體滑坡監測相關人員來說，其要將監測的重點放在山體滑坡內部的應力分布變化與分布情況上，通過對應力的有效分析實現準確地預警監測山體滑坡。在進行山體滑坡應力變化的測量實驗時，可以選擇一個圓柱形巖土體作為樣本，在該巖土體表層安裝一個應力計傳感器，再從外部給巖土體施加壓力，借助應力值也就可以大致測量出巖土體內部發生的應力變化，然后再放大應力值信號，將其變化輸出不一樣的電壓值，最后便可將其作為數據采集板進行輸入，再相連射頻芯片與該采集板，這樣就構成了一個完整的傳感器節點。通過反復操作多個樣本，也就可以模擬出實際滑坡監測的具體環境，從而也就可以為現實中的山體滑坡預測提供一定的幫助，當應力值超過臨界值的時候便會產生山體滑坡[6]。

三、分布式山體滑坡監測預警

以重慶市黔江區舟白鎮公路沿線山坡仿真實驗為例來分析分布式山體滑坡監測預警系統性能，其中漏報率與誤報率是與滑坡預測結果有重要聯系的兩個指標，要想保證預測山體滑坡的準確性，就必須要保證漏報率與誤報率處于最小值。此次實驗還將信噪比引入其中，一般來說，信噪比越大，則在信號中混在的噪聲就越小。在無線傳感器網絡山體滑坡監測系統中，信噪比的值一般在5-10dB范圍內，在不同信噪比下，分別對中心監測與分布式監測進行仿真實驗，最后實驗結果表明，相比中心監測，分布式監測的漏報率更低。這也就表明分布式監測預警系統具有更優的性能，也就可以大力使用分布式監測方法來預測山體滑坡。

四、結語

綜上可知，以無線傳感器網絡為基礎構成的山體滑坡監測預警系統，不僅能夠對山體滑坡進行自動監測以及快速部署，同時其所需的成本投入不大，具有非常良好的綜合性能。并且與中心監測方法相比較而言，分布式監測方法具有更加顯著的作用，通過對易發生滑坡山體的有效預警監測，在很大程度上防止了因山體滑坡造成的重大損失與災難，因此在今后，須更加深入地研究與利用無線傳感器網絡的山體滑坡監測預警系統。

[1]丁學文,扈桂讓,楊瑞生,張保明,程建明,宋乃軍,宋志英,李素華.山西昔陽縣高業底村東山體滑坡、沉陷宏觀異常調查[J].山西地震,2016,01:9-12.

[2]陳仲超.淺談地質災害治理與景觀融合設計——以廣東肇慶市藍塘中石化加油站東側山體滑坡治理設計為例[J].中國地質災害與防治學報,2016,01:95-101.

[3]陳蓓青,田雪冬,曹浩,賈進科,張煜.基于三維GIS的丹江口水庫地質災害監測預警系統設計與實現[J].長江科學院院報,2016,07: 51-54+67.

[4]方權,石毅,侯金華,孟浪,鄭莎,程波,譚清林.三峽地區輸電線路監測與應急處置預警系統設計與實現研究[J].三峽大學學報(自然科學版),2016,03:73-80.

[5]張云豐,金素月,安懷德,耿忠霖,金曉丹,權赫春.基于GIS的長白山地區山體滑坡易發程度分析[J].延邊大學學報(自然科學版),2013,04:285-288.

[6]錢樹根,錢俊鋒.DTM分析在削坡減載工程量計算中的應用研究——以浙江富陽地區村民屋后山體滑坡應急排險工程為例[J].科技通報,2012,03:28-31.