基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统研究

重庆旅游职业学院 李方书

基于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统研究

重庆旅游职业学院 李方书

山体滑坡是一种发生率较高的常见地质灾害类型之一，是指在重力作用下山体斜坡上的某一部分岩土沿着一定的软弱结构带或者结构面发生的整体向斜坡下方移动的现象，使得发生区域的地理环境发生了很大的改变，给发生地人民生命财产安全造成了严重的后果，对于社会的稳定发展与人们的正常生活产生了极大的危害，因此必须要加强对山体滑坡的预警监测，这是预防与减轻山体滑坡灾害程度的关键环节。近年来随着无线传感器网络的不断兴起与迅猛发展，使得其在社会建设中的多个领域与行业中得到了非常广泛的应用，其中，将无线传感器网络运用在山体滑坡的监测预警中能够进一步增强山体滑坡的监测预警效果。本文主要就是对无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统进行分析。

无线传感器网络；山体滑坡；监测预警系统

山体滑坡是在山区中常常发生的一种地质灾害，不仅破坏了工程设施，导致生产无法得到顺利进行，更严重的是其威胁到人们的生命安全，在造成巨大经济损失的同时还会引发人员伤亡问题，产生了极大的社会危害[1]。目前用在山体滑坡监测预警中的手段与方法较多，大致可以分为无线方式与有线方式两种。其中，无线传感器网络作为一种新型的信息获取与处理技术，具有无限多跳路由、自组网与多路径传输数据等功能，有效解决了过去有线监测方式无法在复杂地理条件中进行线路架设等问题，使得山体滑坡的预警监测工作实施起来更加高效。本文就是关于无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统的分析。

一、山体滑坡无线传感器监测系统

（一）山体滑坡无线传感器监测预警系统的功能要求

易发生山体滑坡地质灾害的地区一般都有着比较复杂的地理环境，具有干扰严重、危险性大、机械化程度高、数据采集量大、对传输的可靠性与安全性要求高等特点。

同时，由于山体滑坡是一种突发性的事件，具有很多不确定因素，因此其对预警监测系统有着更高的要求，主要包括以下几点：

1、数据采集。无线传感器监测预警系统需要对其所监测区域中山体滑坡的相关信息进行自动化采集，同时还要将模拟信号转变为数字化信号[2]。

2、节点自组网。对于节点自组网提出的要求主要就是指要节点自己能够组建一个网络，将所发现的路由进行建立，然后再选择一个最佳的路径来对数据进行传输。当原有节点失去功效或者有新的节点加入其中的时候，要求其所组建的网络可以进行自动化的维护，同时实时更新路由，确保能够及时应对网络拓扑结构所出现的变化，最大程度地保证数据传输的真实性与可靠性[3]。

3、数据传输。对于山体滑坡无线传感器监测预警系统来说，节点自组网是其进行数据传输的重要基础，通过已经建好的无线路由来实现数据的多跳传输与远距离传输。通过选择一个最佳传输路径，可以大大减少在传输数据过程中出现的跳数传输与延迟传输等情况，进一步提高了数据传输的实时性。最后，为了起到减少数据传输与节约能量的目的，还要根据实际情况自动合理地调整数据传输的速度。

4、数据的管理。通过远程监控中心对数据的存储、分析与处理，可以以图形或表格等形式将数据展示出来，从而实现数据提供实时数据、显示历史数据与滑坡报警的功能。

（二）无线传感器网络山体监测预警系统的结构

以无线传感器网络为基础的山体滑坡监测预警系统的主要构成部分是大量传感节点，各个节点又由数据采集板、应力计传感器、无线射频芯片与电源组成，将一个应力计放置在易发生山体滑坡问题的山体表面上，这样也就能够监测出岩土压力出现的应力数据[4]。

在对山体滑坡进行监测的时候，一般有两种方式，分别是中心监测与分布式监测。其中，中心监测首先是通过节点将原有监测数据传输给簇头，在簇头接收到数据后，通过多跳路簇头可以将所接收的数据发送给基站，之后便由基站负责数据的分析处理工作，最后再对山体滑坡进行相应的预警监测。其次，分布式监测首先是通过对监测到的数据的简单处理，获得一个相应的决策值，之后再将其发送给簇头，在簇头接收到从节点发送出来的信息之后，便又将信息向基站转发，最后通过基站的分析计算得出总的决策值，进而为山体滑坡的预警监测提供相关数据信息[5]。

二、山体滑坡的应力监测

重力作用是引起山体滑坡的主要作用，因此对于山体滑坡监测相关人员来说，其要将监测的重点放在山体滑坡内部的应力分布变化与分布情况上，通过对应力的有效分析实现准确地预警监测山体滑坡。在进行山体滑坡应力变化的测量实验时，可以选择一个圆柱形岩土体作为样本，在该岩土体表层安装一个应力计传感器，再从外部给岩土体施加压力，借助应力值也就可以大致测量出岩土体内部发生的应力变化，然后再放大应力值信号，将其变化输出不一样的电压值，最后便可将其作为数据采集板进行输入，再相连射频芯片与该采集板，这样就构成了一个完整的传感器节点。通过反复操作多个样本，也就可以模拟出实际滑坡监测的具体环境，从而也就可以为现实中的山体滑坡预测提供一定的帮助，当应力值超过临界值的时候便会产生山体滑坡[6]。

三、分布式山体滑坡监测预警

以重庆市黔江区舟白镇公路沿线山坡仿真实验为例来分析分布式山体滑坡监测预警系统性能，其中漏报率与误报率是与滑坡预测结果有重要联系的两个指标，要想保证预测山体滑坡的准确性，就必须要保证漏报率与误报率处于最小值。此次实验还将信噪比引入其中，一般来说，信噪比越大，则在信号中混在的噪声就越小。在无线传感器网络山体滑坡监测系统中，信噪比的值一般在5-10dB范围内，在不同信噪比下，分别对中心监测与分布式监测进行仿真实验，最后实验结果表明，相比中心监测，分布式监测的漏报率更低。这也就表明分布式监测预警系统具有更优的性能，也就可以大力使用分布式监测方法来预测山体滑坡。

四、结语

综上可知，以无线传感器网络为基础构成的山体滑坡监测预警系统，不仅能够对山体滑坡进行自动监测以及快速部署，同时其所需的成本投入不大，具有非常良好的综合性能。并且与中心监测方法相比较而言，分布式监测方法具有更加显著的作用，通过对易发生滑坡山体的有效预警监测，在很大程度上防止了因山体滑坡造成的重大损失与灾难，因此在今后，须更加深入地研究与利用无线传感器网络的山体滑坡监测预警系统。

[1]丁学文,扈桂让,杨瑞生,张保明,程建明,宋乃军,宋志英,李素华.山西昔阳县高业底村东山体滑坡、沉陷宏观异常调查[J].山西地震,2016,01:9-12.

[2]陈仲超.浅谈地质灾害治理与景观融合设计——以广东肇庆市蓝塘中石化加油站东侧山体滑坡治理设计为例[J].中国地质灾害与防治学报,2016,01:95-101.

[3]陈蓓青,田雪冬,曹浩,贾进科,张煜.基于三维GIS的丹江口水库地质灾害监测预警系统设计与实现[J].长江科学院院报,2016,07: 51-54+67.

[4]方权,石毅,侯金华,孟浪,郑莎,程波,谭清林.三峡地区输电线路监测与应急处置预警系统设计与实现研究[J].三峡大学学报(自然科学版),2016,03:73-80.

[5]张云丰,金素月,安怀德,耿忠霖,金晓丹,权赫春.基于GIS的长白山地区山体滑坡易发程度分析[J].延边大学学报(自然科学版),2013,04:285-288.

[6]钱树根,钱俊锋.DTM分析在削坡减载工程量计算中的应用研究——以浙江富阳地区村民屋后山体滑坡应急排险工程为例[J].科技通报,2012,03:28-31.