基于物聯(lián)網(wǎng)的滑坡地質(zhì)災害預警系統的設計

2．2 網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的硬件結構設計
網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)是一個(gè)微型嵌入式系統，是構成數據采集與信息傳輸系統的基本單元，它能在較小的體積內集成多種功能，如數據采集、信息處理和無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)等功能。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)一般由處理器模塊、ZigBee通信模塊、能量供應模塊、傳感器模塊(協(xié)調節點(diǎn)可沒(méi)有傳感器模塊)等模塊構成。其中傳感器模塊作為整個(gè)系統的“感知器官”，負責監測區域內信息的采集和數據轉換；處理器模塊作為整個(gè)節點(diǎn)的“大腦”，主要負責對傳感器模塊、ZigBee通信模塊的控制及整個(gè)節點(diǎn)的協(xié)調等；ZigBee通信模塊作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的“耳朵+嘴巴”，負責與其他網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據通信。其中終端節點(diǎn)僅包含Zigbee通信模塊，協(xié)調器節點(diǎn)包含ZigBee通信模塊和GPRS數據收發(fā)模塊；能量供應模塊則是節點(diǎn)的“心臟”，為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的各個(gè)組成部分提供足夠的動(dòng)力和能量。
根據實(shí)際功能需求及部署特點(diǎn)，采用星型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )分布模型，具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單快捷、數據傳輸快等特點(diǎn)。在該模型下只需設計兩類(lèi)節點(diǎn)：終端節點(diǎn)和協(xié)調器節點(diǎn)，其結構分別如圖2和圖3所示。其中，協(xié)調器節點(diǎn)負責收集小范圍內終端節點(diǎn)所采集的數據信息，而終端節點(diǎn)主要負責信息采集并實(shí)時(shí)發(fā)送至協(xié)調器節點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的能量供應設計方面，由于協(xié)調器節點(diǎn)既要負責收集整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )的信息，又要將數據包通過(guò)GPRS模塊轉發(fā)出去，需要較大的功率，可采用太陽(yáng)能或線(xiàn)路供電等模式。而終端節點(diǎn)只需要定時(shí)將采集的數據包發(fā)送至協(xié)調器節點(diǎn)，然后就迅速進(jìn)入睡眠狀態(tài)，其功率較小，可采用電池單獨供電，或者通過(guò)線(xiàn)路與協(xié)調器節點(diǎn)共用供電系統。

在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的操作系統選擇方面，考慮到節點(diǎn)的任務(wù)量相對少，而數據傳輸的實(shí)時(shí)性要求較高，系統可選用一些實(shí)時(shí)性較強、可移植、可固化、可裁剪、搶先式多任務(wù)內核的操作系統，如Tiny OS、μC／OS-II等。
2．3 傳感器的全面感知
在監測區域選擇性部署電子自動(dòng)雨量計，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，在不同深度部署數個(gè)液體流速傳感器，實(shí)時(shí)采集監測區域降雨及河道水流信息。其中，測量的有效降雨量作為山體滑坡危險度的第一指標，河道水位深度及流速作為輔助指標。同時(shí)，在易發(fā)斷層裂縫處部署多個(gè)縫距傳感設備，測量地表裂縫分割體之間相對張開(kāi)、閉合、位錯及垂直向升降的變化量，從而全面感知監測區域的動(dòng)態(tài)變化。

3 預警模型
3．1 影響因子分析
在地形較為復雜的山區，降雨型滑坡等地質(zhì)災害一般由一系列外在誘發(fā)因子和內在地質(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)災害過(guò)程中的作用程度不同，內在則表現為各影響因子在數據模型中所占權重不同。由于很難獲取大量的歷史滑坡統計數據，本文結合相關(guān)資料，相關(guān)影響因子權值采用主觀(guān)賦權法(也稱(chēng)為專(zhuān)家賦權法)來(lái)確定，即通過(guò)一定方法綜合各位專(zhuān)家對各指標給出的權重進(jìn)行的賦權。經(jīng)統計，各影響因子的權重調整范圍及初始值分配如表3所列。