本發(fā)明涉及一種滑坡數(shù)據(jù)采集方法，尤其涉及一種基于綜合敏感事件驅(qū)動的無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)動態(tài)同步采集方法。

背景技術(shù)：

我國幅員遼闊，是一個地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，大量的地質(zhì)災(zāi)害對人民群眾的生命財產(chǎn)安全都有極大的危害。在各類地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡災(zāi)害占比最大，所以對滑坡的監(jiān)測是十分必要的。滑坡體在發(fā)生滑坡之前往往會有一下預(yù)兆，包括：地下水位變化、降雨量變化、地表裂縫變化和深部位移變化等；使用相應(yīng)傳感器對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并在采集站中進(jìn)行風(fēng)險判斷，以確定是否需要上傳數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的監(jiān)測算法是定時對系統(tǒng)各模塊上電，采集各傳感器參數(shù)并與每個模塊自己的閾值進(jìn)行對比，若超過閾值則喚醒GSM模塊上傳所有數(shù)據(jù)。此控制算法實現(xiàn)較為容易，但各模塊頻繁上電，系統(tǒng)功耗較高。

目前采集站與各傳感器模塊主要采用有線（如RS485總線等）方式通信，此類方式在軟件程序設(shè)計上相對容易，但是在實際布設(shè)傳感器時受地形影響較大，而無線網(wǎng)絡(luò)能較好的解決此問題。傳統(tǒng)的無線通信方式的時間同步精度較為困難，難以滿足需求。本發(fā)明基于超低功耗的ZigBee協(xié)議組建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，使用RBS同步算法可以解決時間同步問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目發(fā)明的就在于提供一種解決上述問題，傳感器布設(shè)容易，可根據(jù)監(jiān)控區(qū)域?qū)嶋H情況布設(shè)傳感器，且能對采集單元的采集周期進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，盡可能降低功耗的基于綜合敏感事件驅(qū)動的無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)動態(tài)同步采集方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：一種基于綜合敏感事件驅(qū)動的無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)動態(tài)同步采集方法，包括以下步驟，

（1）建立監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括采集單元、采集站和監(jiān)控終端，所述采集單元包括數(shù)個位移傳感器、數(shù)個傾角傳感器、一水位傳感器、一區(qū)間雨量傳感器，所有傳感器均通過ZigBee接口與采集站連接，所述采集站獲取通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與各傳感器通信，并通過GSM模塊將與監(jiān)控終端通信；

（2）在監(jiān)測地安裝檢測系統(tǒng)，所述監(jiān)測地至少包括一條地裂縫和一連通地下水的監(jiān)測井，根據(jù)地裂縫的長度在裂縫兩端安裝一個或多個地裂縫傳感器，所述傾角傳感器均由同一方向等間距固定于一鋼纜上，且鋼纜豎直插入固定在監(jiān)測井內(nèi)底部，所述水位傳感器設(shè)置與監(jiān)測井中，區(qū)間雨量傳感器設(shè)置在監(jiān)測地的最高點；

（3）啟動監(jiān)測系統(tǒng)，讀取各傳感器采集到的首次數(shù)據(jù)，其中，區(qū)間雨量傳感器的數(shù)據(jù)為X1，所有地表裂縫傳感器數(shù)據(jù)的最大值為X2，水位傳感器的數(shù)據(jù)為X3，所有傾角傳感器的角度數(shù)據(jù)擬合計算的位移量為X4,

為X1、X2、X3、X4分別分配首次的比例系數(shù)a、b、c、d，其中a最大，且各比例系數(shù)之和為1；

（4）設(shè)置一判決參數(shù)F， F采用下式（1）所得，

F=aX1 +bX2+cX3+dX4 （1），

根據(jù)監(jiān)測地歷史數(shù)據(jù)設(shè)置一F的閾值，當(dāng)F小于閾值時，系統(tǒng)不上傳滑坡體信息；當(dāng)F大于等于閾值，則喚醒GSM模塊上傳數(shù)據(jù)，上傳完成后再關(guān)閉其電源。

作為優(yōu)選：傾角傳感器的角度數(shù)據(jù)擬合計算的位移量為X4的方法為：

（1）設(shè)相鄰兩傾角傳感器的間距為L，以最下方傾角傳感器為參考節(jié)點，獲取每個傾角傳感器的傾斜角θ，得到該傾角傳感器相對上一個傾角傳感器的相對位移；

（2）將每個傾角傳感器的位移與前序所有傾角傳感器的相對位移累加，得到每個傾角傳感器的位移；

（3）用最小二乘法對所有位移進(jìn)行擬合，擬合后曲線最大值與最小值之差即為滑坡體的位移量X4。

作為優(yōu)選：將位移傳感器、傾角傳感器、水位傳感器、區(qū)間雨量傳感器按類型分組，每組設(shè)一相同閾值，若該組中至少一個數(shù)據(jù)超閾值，則增大與傳感器對應(yīng)的比例系數(shù)，并保證各比例系數(shù)之和為1，若四組數(shù)據(jù)都超閾值，則保持各比例系數(shù)不變。

作為優(yōu)選：所述監(jiān)測井底部達(dá)到穩(wěn)定的土巖層。

其中，位移傳感器為多個，實際個數(shù)根據(jù)地裂縫的個數(shù)和長短設(shè)置，如一條長的地裂縫兩側(cè)可以均勻設(shè)置多個位移傳感器，主要用于監(jiān)測滑坡體的地表位裂縫數(shù)據(jù)；

傾角傳感器為多個，實際個數(shù)根據(jù)監(jiān)測井的深度設(shè)置，最下面的一個固定在監(jiān)測井底部部達(dá)到穩(wěn)定的土（巖）層，默認(rèn)其固定不會發(fā)生滑動，作為其余傾角傳感器的參考節(jié)點，而在實際應(yīng)用中可以通過該傾角傳感器數(shù)據(jù)判斷該節(jié)點是否滑動。傾角傳感器用于監(jiān)測滑坡體的傾角數(shù)據(jù)；

區(qū)間雨量傳感器為一個，用于監(jiān)測滑坡體區(qū)域降水量，而一般情況下，默認(rèn)降雨量對地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、泥石流等的影響最大，所以對應(yīng)它的比例系數(shù)，一般按最高分配；

地下水位傳感器，設(shè)置在監(jiān)測井中，用于監(jiān)測滑坡體區(qū)域降地下水位，當(dāng)然監(jiān)測區(qū)域中的深井可以為多個，和傾角傳感器和地下水位傳感器不必一定要在同一個井中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、功耗低、傳感器布設(shè)容易。裝置中每個傳感器與采集站在硬件上完全獨立，均只通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信，并基于事件驅(qū)動的采集周期和權(quán)重動態(tài)調(diào)整的方法，調(diào)度各模塊采集和上傳，方便系統(tǒng)布線。

2、采集站采集各傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器事件對滑坡的影響程度，分配各傳感器上電采集時間，并對各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求和，當(dāng)和值超過閾值時，認(rèn)定為發(fā)生敏感事件，喚醒GSM模塊上傳數(shù)據(jù)。使用敏感事件驅(qū)動的方法，對每個模塊采集周期進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，可以達(dá)到降低功耗的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)的原理圖；

圖2為兩個相鄰傾角傳感器的位置關(guān)系圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1：參見圖1、圖2， 一種基于綜合敏感事件驅(qū)動的無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)動態(tài)同步采集方法，包括以下步驟：

（1）建立監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括采集單元、采集站和監(jiān)控終端，所述采集單元包括數(shù)個位移傳感器、數(shù)個傾角傳感器、一水位傳感器、一區(qū)間雨量傳感器，所有傳感器均通過ZigBee接口與采集站連接，所述采集站獲取通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與各傳感器通信，并通過GSM模塊將與監(jiān)控終端通信；

（2）在監(jiān)測地安裝檢測系統(tǒng)，所述監(jiān)測地至少包括一條地裂縫和一連通地下水的監(jiān)測井，根據(jù)地裂縫的長度在裂縫兩端安裝一個或多個地裂縫傳感器，所述傾角傳感器均由同一方向等間距固定于一鋼纜上，且鋼纜豎直插入固定在監(jiān)測井內(nèi)底部，所述水位傳感器設(shè)置與監(jiān)測井中，區(qū)間雨量傳感器為一個，設(shè)置在監(jiān)測地的最高點，用于監(jiān)測滑坡體區(qū)域降水量，而一般情況下，默認(rèn)降雨量對地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、泥石流等的影響最大，所以對應(yīng)它的比例系數(shù)，一般按最高分配，地下水位傳感器為一個，設(shè)置在監(jiān)測井中，用于監(jiān)測滑坡體區(qū)域降地下水位，當(dāng)然監(jiān)測區(qū)域中的深井可以為多個，和傾角傳感器和地下水位傳感器不必一定要在同一個井中；

（3）啟動監(jiān)測系統(tǒng)，讀取各傳感器采集到的首次數(shù)據(jù)，其中，區(qū)間雨量傳感器的數(shù)據(jù)為X1，所有地表裂縫傳感器數(shù)據(jù)的最大值為X2，水位傳感器的數(shù)據(jù)為X3，所有傾角傳感器的角度數(shù)據(jù)擬合計算的位移量為X4；

為X1、X2、X3、X4分別分配首次的比例系數(shù)a、b、c、d，其中a最大，且各比例系數(shù)之和為1；

（4）設(shè)置一判決參數(shù)F， F采用下式（1）所得，

F=aX1 +bX2+cX3+dX4 （1），

根據(jù)監(jiān)測地歷史數(shù)據(jù)設(shè)置一F的閾值，當(dāng)F小于閾值時，系統(tǒng)不上傳滑坡體信息；當(dāng)F大于等于閾值，則喚醒GSM模塊上傳數(shù)據(jù)，上傳完成后再關(guān)閉其電源；

（5）將位移傳感器、傾角傳感器、水位傳感器、區(qū)間雨量傳感器按類型分組，每組設(shè)一相同閾值，若該組中至少一個數(shù)據(jù)超閾值，則增大與傳感器對應(yīng)的比例系數(shù)，并保證各比例系數(shù)之和為1，若四組數(shù)據(jù)都超閾值，則保持各比例系數(shù)不變，根據(jù)改變后的數(shù)據(jù)計算F值；當(dāng)F大于等于閾值，則喚醒GSM模塊上傳數(shù)據(jù)，上傳完成后再關(guān)閉其電源。

一般情況下：由于雨量對地質(zhì)災(zāi)害的影響最大，在首次設(shè)置比例系數(shù)的時候，我們可以將與區(qū)間雨量傳感器數(shù)據(jù)X1對應(yīng)的比例系數(shù)a設(shè)置為大于等于0.5，其余比例系數(shù)再均勻分布，或根據(jù)監(jiān)測地實際影響地質(zhì)的參數(shù)比例，調(diào)整比例系數(shù)的大小，例如根據(jù)地質(zhì)勘測，當(dāng)?shù)貙Φ刭|(zhì)影響的關(guān)系，裂縫數(shù)據(jù)＞水位數(shù)據(jù)＞傾角數(shù)據(jù)，則調(diào)整比例系數(shù)a＞b＞c＞d，且四個比例系數(shù)之和為1；

而關(guān)于判決參數(shù)F的閾值，可以根據(jù)監(jiān)測地和X1、X2、X3、X4有關(guān)的歷史數(shù)據(jù)來擬定，也可以根據(jù)實際經(jīng)驗來設(shè)置。

另外，關(guān)于X4的計算方法：由于監(jiān)測井底部達(dá)到穩(wěn)定的土巖層，最下方的傾角傳感器理論上不會發(fā)生滑動，可以認(rèn)為底部的傾角傳感器節(jié)點是固定的，可以作為參考節(jié)點，在實際應(yīng)用中可以通過傾角傳感器數(shù)據(jù)判斷該節(jié)點是否滑動。本實施例中，傾角傳感器的角度數(shù)據(jù)擬合計算的位移量為X4的方法為：

（1）設(shè)相鄰兩傾角傳感器的間距為L，以最下方傾角傳感器為參考節(jié)點，獲取每個傾角傳感器的傾斜角θ，得到該傾角傳感器相對上一個傾角傳感器的相對位移；

（2）將每個傾角傳感器的位移與前序所有傾角傳感器的相對位移累加，得到每個傾角傳感器的位移；

（3）用最小二乘法對所有位移進(jìn)行擬合，擬合后曲線最大值與最小值之差即為滑坡體的位移量X4。

本發(fā)明為F設(shè)置了閾值，當(dāng)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)計算得出的F值超閾值，才認(rèn)定為發(fā)生敏感事件，喚醒GSM模塊上傳數(shù)據(jù)。使用敏感事件驅(qū)動的方法，對每個模塊采集周期進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，可以達(dá)到降低功耗的要求。

但本發(fā)明中，比例系數(shù)實際上不是固定不變的，否則敏感度較低，我們還為各傳感器設(shè)置了閾值，并根據(jù)閾值動態(tài)調(diào)整各比例系數(shù)的值，使F值根據(jù)實際情況發(fā)生動態(tài)變化，進(jìn)一步降低了功耗，還保證了上傳數(shù)據(jù)的精確度。