基于物聯(lián)網(wǎng)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2．2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)微型嵌入式系統(tǒng)，是構(gòu)成數(shù)據(jù)采集與信息傳輸系統(tǒng)的基本單元，它能在較小的體積內(nèi)集成多種功能，如數(shù)據(jù)采集、信息處理和無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般由處理器模塊、ZigBee通信模塊、能量供應(yīng)模塊、傳感器模塊(協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)可沒有傳感器模塊)等模塊構(gòu)成。其中傳感器模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的“感知器官”，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊作為整個(gè)節(jié)點(diǎn)的“大腦”，主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器模塊、ZigBee通信模塊的控制及整個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)等；ZigBee通信模塊作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的“耳朵+嘴巴”，負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信。其中終端節(jié)點(diǎn)僅包含Zigbee通信模塊，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)包含ZigBee通信模塊和GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；能量供應(yīng)模塊則是節(jié)點(diǎn)的“心臟”，為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各個(gè)組成部分提供足夠的動(dòng)力和能量。
根據(jù)實(shí)際功能需求及部署特點(diǎn)，采用星型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分布模型，具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單快捷、數(shù)據(jù)傳輸快等特點(diǎn)。在該模型下只需設(shè)計(jì)兩類節(jié)點(diǎn)：終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。其中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集小范圍內(nèi)終端節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)信息，而終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)信息采集并實(shí)時(shí)發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)設(shè)計(jì)方面，由于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)既要負(fù)責(zé)收集整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信息，又要將數(shù)據(jù)包通過(guò)GPRS模塊轉(zhuǎn)發(fā)出去，需要較大的功率，可采用太陽(yáng)能或線路供電等模式。而終端節(jié)點(diǎn)只需要定時(shí)將采集的數(shù)據(jù)包發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，然后就迅速進(jìn)入睡眠狀態(tài)，其功率較小，可采用電池單獨(dú)供電，或者通過(guò)線路與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)共用供電系統(tǒng)。

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)選擇方面，考慮到節(jié)點(diǎn)的任務(wù)量相對(duì)少，而數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求較高，系統(tǒng)可選用一些實(shí)時(shí)性較強(qiáng)、可移植、可固化、可裁剪、搶先式多任務(wù)內(nèi)核的操作系統(tǒng)，如Tiny OS、μC／OS-II等。
2．3 傳感器的全面感知
在監(jiān)測(cè)區(qū)域選擇性部署電子自動(dòng)雨量計(jì)，并在已發(fā)生(潛在發(fā)生)滑坡、泥石流所經(jīng)河道的水壩前設(shè)置多個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞下端部署一個(gè)液位傳感器，在不同深度部署數(shù)個(gè)液體流速傳感器，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)區(qū)域降雨及河道水流信息。其中，測(cè)量的有效降雨量作為山體滑坡危險(xiǎn)度的第一指標(biāo)，河道水位深度及流速作為輔助指標(biāo)。同時(shí)，在易發(fā)斷層裂縫處部署多個(gè)縫距傳感設(shè)備，測(cè)量地表裂縫分割體之間相對(duì)張開、閉合、位錯(cuò)及垂直向升降的變化量，從而全面感知監(jiān)測(cè)區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化。

3 預(yù)警模型
3．1 影響因子分析
在地形較為復(fù)雜的山區(qū)，降雨型滑坡等地質(zhì)災(zāi)害一般由一系列外在誘發(fā)因子和內(nèi)在地質(zhì)條件等影響因子共同作用誘發(fā)產(chǎn)生。由于各因子在誘發(fā)災(zāi)害過(guò)程中的作用程度不同，內(nèi)在則表現(xiàn)為各影響因子在數(shù)據(jù)模型中所占權(quán)重不同。由于很難獲取大量的歷史滑坡統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本文結(jié)合相關(guān)資料，相關(guān)影響因子權(quán)值采用主觀賦權(quán)法(也稱為專家賦權(quán)法)來(lái)確定，即通過(guò)一定方法綜合各位專家對(duì)各指標(biāo)給出的權(quán)重進(jìn)行的賦權(quán)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各影響因子的權(quán)重調(diào)整范圍及初始值分配如表3所列。