一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種地表移動變化監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國部分地區(qū)，由于地質(zhì)因素、氣象因素或人為因素，導(dǎo)致山體滑坡經(jīng)常發(fā)生，給人民的生命和財產(chǎn)安全造成了嚴重的威脅，甚至巨大損失，因此，面向滑坡災(zāi)害，開展地表移動監(jiān)測研究工作，對于避免和減輕滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害及造成的損失，具有十分重要的現(xiàn)實意義和巨大的經(jīng)濟與社會效益。通過監(jiān)測系統(tǒng)獲取的滑坡體地表變化的過程，能為認識滑坡機理、以及滑坡預(yù)警預(yù)報、滑坡防治工程等提供可靠、實時、真實的數(shù)據(jù)。時空關(guān)聯(lián)的地表移動監(jiān)測系統(tǒng)不僅是獲取地表變化信息的一種有效手段，而且，也是滑坡災(zāi)害預(yù)測預(yù)報、滑坡研究、滑坡防治工程的重要組成部分。
[0003]現(xiàn)有的滑坡監(jiān)測手段主要有:1)人工測量技術(shù)；2)GPS測量技術(shù)；3) TDR測量技術(shù)；4)分布式光纖傳感技術(shù)。上述監(jiān)測手段中，人工測量要求有人在現(xiàn)場進行人工的數(shù)據(jù)采集，這樣做不僅耗費大量人力物力，而且自動化程度低，不能實現(xiàn)實時監(jiān)測；第2)，第3)和第4)種測量技術(shù)不僅造價高、施工難度大、難以維護，而且沒有實現(xiàn)周期性的時間控制。
[0004]目前，需要一種低價、準確和實時的地表移動監(jiān)測系統(tǒng)，及時、有效地捕獲地表變化信息。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型提供了一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，它是利用低值傳感器，捕獲地表變化；通過時鐘模塊和GPS模塊來獲取時間和地理位置信息；在傳感器數(shù)據(jù)生成時，自動關(guān)聯(lián)時間和空間地理位置信息；傳感器節(jié)點通過時鐘模塊控制傳感器的觀測周期；數(shù)據(jù)和控制中心通過互聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整監(jiān)測系統(tǒng)各個傳感器節(jié)點的觀測周期，既防止數(shù)據(jù)發(fā)送過于頻繁造成后臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)冗余，又使監(jiān)測頻率與地表移動的速度相匹配。
[0006]本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器；傳感器網(wǎng)絡(luò)包括一個協(xié)調(diào)器、多個傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點掛載時鐘模塊、GPS模塊、一個監(jiān)測地表移動變化的傳感器，時鐘模塊和GPS模塊用于給傳感器感知數(shù)據(jù)打上時間和位置標簽；多個傳感器節(jié)點與一個協(xié)調(diào)器連接，協(xié)調(diào)器通過GPRS模塊與數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器連接，數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器中包含數(shù)據(jù)庫和WEB顯示單元。
[0008]所述的傳感器包括三維羅盤、磁力計、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器；每個傳感器節(jié)點與上述傳感器中的一個連接。
[0009]所述傳感器節(jié)點采用CC2430或CC2530，所有傳感器節(jié)點通過無線通信模塊形成ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器則通過互聯(lián)網(wǎng)與分散在各地的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立通信連接。
[0010]所述傳感器節(jié)點有6個，分別為I號、2號、3號、4號、5號、6號終端節(jié)點；1號、2號、3號終端節(jié)點均掛載了三維羅盤、GPS模塊、時鐘模塊；4號終端節(jié)點掛載了時鐘模塊、GPS模塊、磁力計；5號終端節(jié)點掛載了土壤溫度傳感器、GPS模塊、時鐘模塊；6號終端節(jié)點掛載了土壤濕度傳感器、GPS模塊、時鐘模塊。
[0011]本系統(tǒng)的優(yōu)點是:在傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)的同時，獲取時間和空間信息，做到傳感器感知信息與時間和空間信息關(guān)聯(lián)；數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)，將傳感器周期調(diào)整命令傳遞到傳感器節(jié)點，實現(xiàn)傳感器節(jié)點觀測周期可調(diào)整。具有價低、準確和實時的特點，可以及時、有效地捕獲地表變化信息。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實用新型在現(xiàn)場的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0014]圖3是終端節(jié)點掛載三維羅盤的示意圖；
[0015]圖4是終端節(jié)點掛載磁力計的示意圖；
[0016]圖5是終端節(jié)點掛載土壤溫度傳感器的示意圖；
[0017]圖6是終端節(jié)點掛載土壤濕度傳感器的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖詳細說明本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作方式:
[0019]該時空關(guān)聯(lián)的地表變化監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器，如圖1所示，傳感器網(wǎng)絡(luò)采用CC2430或CC2530作為開發(fā)板，有一個協(xié)調(diào)器以及若干個傳感器節(jié)點，每個終端節(jié)點掛載一個傳感器加上GPS模塊和時鐘模塊，所述傳感器包括三維羅盤、磁力計、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器，傳感器采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并附有時間和位置標簽，共同經(jīng)終端節(jié)點傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)傳輸給GPRS模塊，然后GPRS模塊經(jīng)過2G/3G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)和控制中心，數(shù)據(jù)和控制中心將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，最后數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理后進行WEB發(fā)布。同時，決策者可以根據(jù)不同的情況通過數(shù)據(jù)和控制中心向前端傳感網(wǎng)發(fā)送周期控制命令，控制前端傳感器的數(shù)據(jù)采集時間。
[0020]所述傳感器中的三維羅盤，通過其觀測的俯仰角、橫滾角、航向角的值來監(jiān)測地表的變化情況。
[0021]所述傳感器中的磁力計是三軸磁力計，通常滑坡災(zāi)害發(fā)生時，其周圍的物理場也要發(fā)生相應(yīng)的變化，磁力計監(jiān)測到的磁場強度能反應(yīng)其中的變化情況，而磁力計監(jiān)測到的加速度值能夠反應(yīng)滑坡引起的地表移動大小和方向。
[0022]所述傳感器中的土壤溫度傳感器采用的是土壤溫度傳感器，該傳感器采用進高精度溫敏器件，具有測量精度高、穩(wěn)定性好的特點。通過其采集的溫度數(shù)據(jù)來監(jiān)測地表土壤溫度的變化情況。
[0023]所述傳感器中的土壤濕度傳感器，采用電磁脈沖原理測量土壤的表觀介電常數(shù)，從而得到土壤真實水分含量，具有快速準確、精度高、不受土壤中化肥和金屬離子的影響等特點。通過其采集的濕度數(shù)據(jù)來監(jiān)測地表土壤的濕度變化情況。
[0024]所述GPS模塊是定位模塊，通過其采集的海拔高度、經(jīng)瑋度的值來監(jiān)測地表的變化，也為傳感器數(shù)據(jù)打上位置標簽。
[0025]所述時鐘模塊專門用于計時，功耗極低，模塊自身帶有備用電池，不用擔(dān)心計時丟失的問題，讓采集到的所有數(shù)據(jù)在前端都打上時間標簽。
[0026]所述數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器，通過互聯(lián)網(wǎng)，接收現(xiàn)場傳感器網(wǎng)采集到的所有數(shù)據(jù)，并將它們存入數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，通過WEB進行發(fā)布，決策者可以觀察地表變化情況，由服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送周期調(diào)整命令給傳感器節(jié)點。
[0027]傳感器節(jié)點根據(jù)接收到的周期調(diào)整命令，調(diào)整傳感器的數(shù)據(jù)采集周期。目的是避免數(shù)據(jù)在不必要的時刻頻繁地發(fā)送給后臺，造成數(shù)據(jù)冗余，而且，在地表變化時，加快傳感器數(shù)據(jù)采集速度，以利于捕獲地表移動的速度。
[0028]整個布置在現(xiàn)場的傳感網(wǎng)絡(luò)由CC2430或CC2530、各類地表監(jiān)測傳感器、GPS、時鐘模塊組成，如圖2所示，一個協(xié)調(diào)器和6個終端節(jié)點，每個節(jié)點上掛載時鐘模塊、GPS模塊和各類傳感器，具體如下:1號、2號、3號終端節(jié)點均掛載了三維羅盤、GPS和時鐘模塊，如圖3所示；4號終端節(jié)點掛載了時鐘模塊、GPS和磁力計，如圖4所示；5號終端節(jié)點掛載了土壤溫度傳感器、GPS和時鐘模塊，如圖5所示；6號終端節(jié)點掛載了土壤濕度傳感器、GPS和時鐘模塊，如圖6所示。
【主權(quán)項】
1.一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器；傳感器網(wǎng)絡(luò)包括一個協(xié)調(diào)器、多個傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點掛載時鐘模塊、GPS模塊、一個監(jiān)測地表移動變化的傳感器；多個傳感器節(jié)點與一個協(xié)調(diào)器連接，協(xié)調(diào)器通過GPRS模塊與數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器連接，數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器中包含數(shù)據(jù)庫和WEB顯示單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器包括三維羅盤、磁力計、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器；每個傳感器節(jié)點與上述傳感器中的一個連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點采用CC2430或CC2530，所有傳感器節(jié)點通過無線通信模塊形成ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點有6個，分別為I號、2號、3號、4號、5號、6號終端節(jié)點；1號、2號、3號終端節(jié)點均掛載了三維羅盤、GPS模塊、時鐘模塊；4號終端節(jié)點掛載了時鐘模塊、GPS模塊、磁力計；5號終端節(jié)點掛載了土壤溫度傳感器、GPS模塊、時鐘模塊；6號終端節(jié)點掛載了土壤濕度傳感器、GPS模塊、時鐘模塊。
【專利摘要】本實用新型公開一種時空關(guān)聯(lián)的地表移動變化監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器；傳感器網(wǎng)絡(luò)包括協(xié)調(diào)器、多個傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點掛載時鐘模塊、GPS模塊、一個監(jiān)測地表移動變化的低值傳感器。利用低值傳感器觀測地表變化的同時，獲取時間和位置信息，將觀測數(shù)據(jù)與時空信息關(guān)聯(lián)，傳感器節(jié)點的觀測周期調(diào)整由時鐘模塊控制，部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點通過無線通信模塊形成的一個自組織的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，傳感器感知數(shù)據(jù)通過自組織網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)與控制中心服務(wù)器，服務(wù)器則通過互聯(lián)網(wǎng)和自組織網(wǎng)絡(luò)，將各個傳感器觀測周期調(diào)整命令下傳至每個傳感器節(jié)點。本實用新型具有價低、準確和實時的特點，可以及時、有效地捕獲地表變化信息。
【IPC分類】H04L29/08, G01D21/02
【公開號】CN204928896
【申請?zhí)枴緾N201520625010
【發(fā)明人】卜方玲, 聶冰, 諶超, 徐兆卓, 徐新
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月19日