基于物联网技术的地质灾害多维异构组网与监测数据集成研究

(甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100)

0 引言

地质灾害具有点多、面广、规模小、突发性强、危害性大等诸多特点，给人民群众的生命财产安全带来巨大威胁，同时也给区域生态和地质环境造成巨大破坏[1]。为了实现地质灾害实时动态的监测预警，必须要面临地质灾害监测无线传感器网络的布控、实时监测数据远程传输的组网以及多维异构的监测数据集成等关键性问题[2]。因此，文章从物联网的基本体系结构及其相关技术出发，运用组网思路来构建地质灾害综合监测自动传输网络，并结合到开发相关应用程序中，以解决上述所提到的地质灾害实时监测预警面临的技术问题[3-4]，在此基础上，研究如何改善原来地质灾害监测数据远程传输的不足，确保地质灾害实时动态的监测预警要求[5]。

1 物联网的体系结构

一般而言，物联网可视为一种非常复杂、形式多样的的综合网络应用系统[6]，根据信息的产生、数据传送、数据处理及物联网应用系统的应用过程可以把该网络分为感知层(感知设备)、网络层(网络传输)及应用层(应用/中间件)，如图1所示。

（2）地质钻探深度的充分程度未到达要求标准，在施工过程中，无法发现墓穴、废弃河道，因此，在工程施工中没有采取相应的措施，对这些可能会对工程质量造成影响的进行处理。

图1 物联网体系架构图

2 地质灾害实时监测无线传感器网络

根据物联网体系结构与地质灾害监测的特点，构建地质灾害综合监测自动传输网络(图2)，主要由3个部分组成，分别为：负责现场采集数据的无线传感器网络(WSN)、远程数据传输网络及地质灾害监测预警中心。地质灾害监测数据通过各传感器节点采集，无线传感器网络传输，由中间路传输至汇聚节点，再通过汇聚节点接入现有的有线或无线网络，远程传输至监测预警中心。中心将对监测到的数据进行处理与分析，根据前面所描述的建立的地质灾害监测预警方法自动进行计算分析，给出地质灾害实时的预警等级，为地质灾害防治管理部门决策提供相应的技术支持。

3 地质灾害远程监测数据无线传输网络

监测数据远程无线传输是建立地质灾害自动监测网络最主要的技术之一，当前所采用的主要传输技术包括了GSM短信、GPRS/ CDMA、3G网络、公网(Internet)、卫星通信等。GSM短信是单点传输，费用高且传输的数据量较低。GPRS/ CDMA与GSM短信相比较而言，传输速率有一定提高，可以满足地质灾害实时监测的需要，所以被广泛采用，但是由于其对通信基站的依赖强，在通信繁忙或信号不好的情况下容易造成数据堵塞，传输延时，且在某些偏远地方还存在信号盲区等问题。3G网络是结合了无线通信技术与互联网等多媒体通信的第三代的移动通信技术，支持高速的数据传输。公网或专网传输速度较快，可以直接传输视频信息，但是采用有线传输的方式，在山区等远距离条件下难以实现。 传统卫星通信可以实现全域覆盖，但是必须租用专门信道，成本较高。无线传感器网络以短报文方式进行数据传输，具备卫星通信的优点，且成本较低。为此，针对金川矿区地质灾害远程监测数据的传输要求，本文主要是通过对基于 GPRS与无线传感器网络的地质灾害远程监测无线传输网络分别进行分析( CDMA、3 G网络与 GPRS通信方式相似)，研究它们在地质灾害监测远程数据传输应用中的优缺点，并从中寻找出一种最合理的地质灾害远程无线传输方式。

图3 地质灾害监测数据编码体系

4 地质灾害多维异构监测数据集成

剪1 cm2大小的橡胶草叶片、叶柄接种至MS+6-BA 1 mg/L+NAA 0.5 mg/L固体培养基上进行培养，待其培养至15 d左右，发现叶片四周分化形成具有生长节基点的幼苗，而叶柄两端快速分化形成较多结构紧实的愈伤组织（图1A），与叶片相比容易诱导愈伤组织形成，原因有待进一步探究。挑选结构紧实的愈伤组织再次培养，将外植体脱分化形成的结构紧实的愈伤组织进行2次继代培养，每隔5 d继代1次，可得到结构松散、颜色为淡黄色或偏白的胚性愈伤组织（图1B）。

物联网基本体系结构包括感知层、网络层与应用层，对应此3层架构体系，分别建立了相应的地质灾害现场无线传感网络(WSN)、地质灾害远程监测数据传输网络以及监测预警中心应用系统。分别对基于GPRS与无线传感器网络的地质灾害监测远程传输网络进行深入分析，探索寻求一种合理的地质灾害远程监测数据传输方案。

地质灾害监测数据传输网络是由多种网络所构成，是一种多维异构的网络，因此必须考虑其相互融合及传感器之间的协同工作问题，为了能够很好解决在复杂的网络条件下的实时监测数据集成问题，建立了图3所示的地质灾害监测数据编码体系，以及图4地质灾害多维异构监测数据集成思路。从图3可见，首先，对地质灾害监测类型及其每种类型所对应的各种监测值进行编码，建立统一识别的标志。任何一条监测数据都可以由一个18位的编码来建立一种检索关系，包括12位的地质灾害隐患点编号，4位的监测点编号及2位的数据类型编号，根据此编码体系则创建了灾害点、监测数据、监测设备等多种信息之间的连接关系，不仅实现了多维异构网络的监测数据集成，并且方便监测预警模型的分析与计算。

图4 地质灾害多维异构监测数据集成思路

5 结语

物联网技术是以无线传感器网络为核心的一个综合信息系统，它的出现不仅促进了传统的生产、生活方式向着智能化方向转变，并且为地质灾害综合监测自动传输网络的建立提供了一种新思路。

图4为地质灾害多维异构监测数据集成思路，由于各种传输网络条件下的监测数据接收终端存在较大差异，甚至工作方式与数据格式都完全不一样。因此，为了能够兼容多种传感器，实现其协同工作，而又不对数据采集仪、传输网络及接收终端做出较大改动，根据建立的地质灾害监测数据编码体系，通过开发监测数据异构集成终端系统服务，实现监测数据的同步接收，并直接汇聚于监测数据库，便于地质灾害监测预警分析。

构建一个较全面的的地质灾害监测数据的编码体系，开发一套监测数据集成的终端系统服务，解决多维异构网络监测数据集成问题，实现各传感器之间协调一致地工作，并将监测到的各类数据直接汇总到监测数据库，便于日后的预警分析。