基本信息
- 项目名称：
- 基于无线传感器网络的三峡库区地质灾害监测系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目设计了一种基于无线传感器网络技术的滑坡监测系统，该系统能有效胜任三峡库区消落带的滑坡监测任务。 监测系统的主要思路是通过在滑坡高危地带布设无线传感器网络，定时采集各种传感器信号，然后经过网络路由中继后汇集到位于安全地方的监测中心。这样的系统尤其适用于有线布线困难、GPRS覆盖盲区的高危滑坡地带的监测。
- 详细介绍：
- 随着三峡库区储水，诱发沿江两岸发生重大滑坡灾害的概率增加，有关三峡库区滑坡灾害问题已经引起有关部门和社会的广泛关注。针对危岩、塌方、滑坡、地面沉降、地裂缝、泥石流，甚至地震等地质灾害问题，传统的方法是人工监测，通过携带监测仪器现场测试的方式对异动信号进行收集，获取地质灾害发生前的相关信息。但是，由于地质灾害发生的偶然性，以及三峡库区部分地区恶劣的地形环境等因素，传统的人工监测方式对地质灾害的监测存在一定的缺点。因此，建立实时的自动化监测预警系统是必然的发展趋势。 采用无线传感器网络（WSN）技术来实现库区特殊地段地质灾害的实时监测应该是一种技术上先进，适宜库区地貌特征的有效尝试。由于WSN本身的冗余性，无线性，网络的自组织性，而具有较强的抗破坏能力，因而可以在基础通讯设施可能被毁坏的情况下，完成一定的通信任务。因此，把无线传感器网络技术应用到长江三峡库区特殊地带的滑坡灾害监测预警中，利用各种传感器实时采集信息，通过无线的方式将信息传输给控制中心，能够解决布设有线监测系统的缺陷，而且适用于GPRS网络信号无法覆盖的偏远山区滑坡灾害监测。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为预测三峡库区（万州）的滑坡灾害，组建无线传感器网络，由传感器采集异常信号，通过简化功能节点发送到具有路由转发功能的全功能节点，最后经路由中继汇集到安全的监控中心。
科学性、先进性及独特之处
- 项目结合三峡库区特殊地形，通过无线通信方式形成一个多跳、自组的网络系统，其目的是自动化、智能化监测滑坡。项目将无线传感器网络技术与嵌入式系统密切结合，通过组建无线传感器网络传输监控信息，提高对特殊地段的监控能力。我们提出的无线传感器网络监测库区特殊地段滑坡，能够克服有线通信铺设难度高、GPRS存在盲区等问题，为库区特殊地段崩塌、滑坡等地质灾害的防治与预警开辟了一条新思路。
应用价值和现实意义
- 随着库区储水，沿江发生重大地质灾害概率增加。据统计，宜昌—江津间长江干流各县移民区规模较大的滑坡、崩塌体有1153处，变形体299处，总共约1500处。其中1085处滑坡体积约37.4亿m3，沿岸299处变形体面积60.34km2。 人工监测方式无法安全、有效把灾害防患于未然。因此，建立实时的自动化监测预警系统是必然的发展趋势。项目为解决库区滑坡灾害提出一种新的研究方案，开辟了新的渠道。
学术论文摘要
- 本文介绍了采用无线传感器网络作为主要技术手段的一种滑坡监测系统的设计。首先介绍了监测系统的构成和工作原理，然后对适用于滑坡监测的无线传感器网络进行了分析设计，最后通过介绍一个实例对节点硬件电路和软件设计作了说明。通过应用实例中采集的数据进行理论及误差分析，得出该系统可以更好地解决滑坡监测中的不确定性问题，能够更有效地实现三峡库区崩塌、滑坡的监测与防治。 关键词：无线传感器网络 滑坡监测 实时监测ZigBee协议 嵌入式系统
获奖情况
- 论文于2008年10月23日被科技核心期刊《现代电子技术》收录，并拟定2009年6月15日在《现代电子技术》第12期上刊登
鉴定结果
参考文献
- [1] 欧阳祖熙、张宗润等，三峡库区万州-巫山段地质灾害监测预警研究 [2] 张佑祥，巫山县地质灾害现状及防治 [3] 孙茂一，陈利学，Zigbee技术在无线传感器网络中的应用，现代电子技术 [4] 赖于树，ARM微处理器与应用开发，北京：电子工业出版社 [5] 秦书波，徐中伟，基于LPC2013的无线传感器网络节点设计，国外电子元器件 [6] 尹勇，龙毅宏，嵌入式无线传感器网络节点设计，武汉理工大学学报 [7] 白世彪,闾国年, 盛业华，GIS 技术在三峡库区滑坡灾害研究中的应用，长江流域资源与环境
同类课题研究水平概述
- 由于地质灾害发生的偶然性，以及三峡库区部分地区恶劣的地形环境等因素，建立实时的自动化监测预警系统是必然的发展趋势。目前在巫山县多个滑坡地带的实时监测系统中，普遍采用了基于钻孔倾斜仪深部位移监测、GPS地表变形监测、孔隙水压力监测等监测技术方法，通过EL固定式钻孔倾斜仪、孔隙水压力监测、BOTDR光纤监测等仪器设备和技术，依托GPRS无线通信技术、计算机信息管理技术以及INTERNET网络技术实现监测信息的实时采集、传输、处理和发布。传感器和仪器设备检测信号的方式，目前都采用线缆或者GPRS通信的方式汇集到中心计算机上，采用线缆的方式有明显的弊端，除了在危险地带不易布线，施工接续困难外，还易被人为破坏，容易受到自然灾害的破坏性影响。采用GPRS通信的方式也有其技术上的局限性，并且在库区一些偏远地区和山区，信号较弱，甚至收索不到信号。采用无线传感器网络（WSN）技术来实现库区特殊地段地质灾害的实时监测应该是一种技术上先进，适宜库区地貌特征的有效尝试。 无线传感器网络是21世纪信息产业的三大支柱（计算、通信和传感器）相结合的产物，受到世界主要科技大国的高度关注。英国非常重视WSN在军事和民用两个领域的理论和应用研究。美国科学基金会NSF制定了WSN研究计划，支持相关基础理论的研究。美国国防部在C4ISR计划的基础上提出了C4K ISR，把WSN作为一个重要的研究领域。中国在2010年远景规划和 “十一五”计划中都将传感器列为重点发展的产业之一。 目前，WSN已成为世界各国研究的热点，在WSN网络托普、通信机制、能源管理、协议等领域的理论研究取得了相当的成绩，在军事、智能交通、工业监控、安全防范、生态环境、防灾救灾等领域的应用也有了初步的成效。目前广泛使用的Internet网络就像是人体的神经中枢，而WSN则相当于人体的神经末梢和感觉器官，类似的，WSN与物理世界直接连接，将成为信息社会中获取信息的基本方式。
