本發明涉及滑坡預警
技術領域：
，具體涉及一種基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法。
背景技術：
：隨著傳感器技術的快速發展，無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks，WSN)在不同領域得到了廣泛應用，因而通過無線傳感器技術對滑坡進行監測和預警，實現滑坡泥石流自然災害的有效控制和防范具有重要意義。目前，基于WSN的滑坡監測預警系統尚未有明確的環境信息的采集、傳輸和預警方法，提出一種合理有效的監測預警方法是實現滑坡實時有效監測的重要部分。技術實現要素：鑒于上述問題，本發明提出了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法。本發明提出一種基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法，包括：每隔預設周期，無線傳感器網絡WSN中的匯聚節點廣播數據收集請求信息，以使所述WSN中的各采集節點在接收到所述數據收集請求信息后，根據各采集節點對應的數據發送時間，發送所采集的環境數據到所述匯聚節點；所述匯聚節點將接收到的環境數據進行存儲；所述匯聚節點根據存儲的環境數據以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警。可選的，所述匯聚節點根據存儲的環境數據以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警，包括：所述匯聚節點對存儲的環境數據進行分析，剔除異常的環境數據，并根據預設的預警閾值以及剔除異常的環境數據后的剩余的環境數據，確定是否進行滑坡預警；所述預設周期通過下式得到：預設周期＝預設常數×(所述WSN中采集節點的數目×預設的發送時槽長度)；相應地，所述數據收集請求信息中攜帶有所述發送時槽長度以及所述匯聚節點的編號。可選的，所述WSN中的各采集節點在接收到所述數據收集請求信息后，根據各采集節點對應的數據發送時間，發送所采集的環境數據到所述匯聚節點，包括：所述WSN中的各采集節點在接收到所述數據收集請求信息后，根據所述數據收集請求信息中攜帶的所述發送時槽長度，確定各采集節點對應的數據發送時間；根據各采集節點對應的數據發送時間，發送所采集的環境數據到所述匯聚節點；所述各采集節點對應的數據發送時間＝各采集節點的編號×所述發送時槽長度。可選的，所述采集的環境數據中攜帶有采集節點的編號、匯聚節點的編號以及環境數據的類型；所述環境數據的類型包括：土壤溫濕度、傾角、雨量和沉降位移。可選的，所述匯聚節點將接收到的環境數據進行存儲，包括：所述匯聚節點將接收到的環境數據進行存儲，存儲信息包括：采集節點的編號、環境數據接收的時間以及環境數據的類型。可選的，所述存儲信息還包括：各類型環境數據對應的預設的存儲時長。可選的，所述匯聚節點對存儲的環境數據進行分析，剔除異常的環境數據，包括：所述匯聚節點將接收到的各采集節點所采集的環境數據中攜帶的信息不全或錯誤格式的環境數據剔除，得到各采集節點剩余的環境數據；所述匯聚節點統計所述各采集節點剩余的環境數據的個數；所述匯聚節點基于所述各采集節點剩余的環境數據的個數，確定并各采集節點對應的肖維納特系數以及確定各采集節點發送環境數據的平均值；所述匯聚節點基于所述各采集節點剩余的環境數據的個數以及所述各采集節點發送環境數據的平均值，確定各采集節點發送環境數據的標準差；所述匯聚節點依據肖維納特法對所述各采集節點剩余的環境數據進行可疑判斷，并舍棄可疑數據。可選的，所述剔除異常的環境數據之后，還包括：所述匯聚節點判斷當前周期內所述各采集節點剩余的環境數據個數是否為0，將為0的采集節點的故障指數加1，并將不為0的采集節點的故障指數置0；所述匯聚節點判斷各采集節點的故障指數是否大于預設值，生成故障報警信息，所述故障報警信息中攜帶有故障指數大于預設值的采集節點的編號。可選的，所述根據預設的預警閾值以及剔除異常的環境數據后的剩余的環境數據，確定是否進行滑坡預警，包括：預先設置所述各類型環境數據對應的預警閾值，當環境數據的采集值超出該環境數據的類型對應的預警閾值時，對各采集節點環境數據采集值進行分析，確定是否進行滑坡預警。可選的，所述當環境數據的采集值超出該環境數據的類型對應的預警閾值時，對各采集節點環境數據采集值進行分析，確定是否進行滑坡預警，包括：所述匯聚節點判斷當前周期內各采集節點發送環境數據的平均值是否均沒有超出環境數據的類型對應的預警閾值，若否，則將當前周期內各采集節點發送環境數據的平均值進行加權分析，從而對發生山體滑坡的可能性進行評估；預先劃分預警機制為三個層次，低危險程度預警，中危險程度預警以及高危險程度預警，并為每個層次的預警設定相應的解決措施；根據發生山體滑坡的可能性選擇使用預警層次。相比于現有技術，本發明提出的基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法，通過接收WSN中各采集節點基于各自對應的數據發送時間發送的環境數據以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警，解決現有WSN單一信道下多個采集節點數據傳輸過程中的信息碰撞問題并避開了傳感器節點之間的時間同步問題，同時能夠對數據和采集節點的異常進行監測和預警，以使滑坡監測預警系統更加準確和高效。附圖說明圖1為本發明實施例提供的一種基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法流程圖；圖2是本發明實施例的滑坡監測預警系統中數據采集傳輸和預警的標準內容；圖3是本發明實施例的數據包存儲要求；圖4是本發明實施例的匯聚節點異常檢測內容；圖5是本發明實施例的數據異常檢測與刪除過程；圖6是本發明實施例的采集數據的處理過程。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。如圖1所述，本實施例公開一種基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法，包括步驟101～103：101、每隔預設周期，無線傳感器網絡WSN中的匯聚節點廣播數據收集請求信息，以使所述WSN中的各采集節點在接收到所述數據收集請求信息后，根據各采集節點對應的數據發送時間，發送所采集的環境數據到所述匯聚節點；102、所述匯聚節點將接收到的環境數據進行存儲；103、所述匯聚節點根據存儲的環境數據以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警。相比于現有技術，本發明提出的基于無線傳感器網絡的滑坡預警方法，通過接收WSN中各采集節點基于各自對應的數據發送時間發送的環境數據以及預設的預警閾值，確定是否進行滑坡預警，解決現有WSN單一信道下多個采集節點數據傳輸過程中的信息碰撞問題并避開了傳感器節點之間時間同步問題，同時能夠對數據和采集節點的異常進行監測和預警，以使滑坡監測預警系統更加準確和高效。圖2是本發明的標準內容，本發明提供一種基于WSN的滑坡監測預警系統信息采集傳輸過程，包括以下內容：S1、匯聚節點以一定的周期廣播數據收集請求包Req；S2、采集節點在接收到該Req數據包以后，以一定的時間先后順序發送所采集的環境信息到匯聚節點；S3、匯聚節點將接收到的環境數據記錄在本地并存儲；S4、匯聚節點通過對保存到本地的數據進行分析，判斷并刪除異常數據，同時對節點的當前狀態進行檢測；S5、根據篩選得到的數據，通過閾值分析對當前的滑坡環境進行評估并預警。下面以具體實施方式對本發明進行闡述：匯聚節點的廣播周期及請求包Req命令內容如下：S101、匯聚節點周期性地廣播數據收集請求包Req；特別地，在每輪的數據收集中，匯聚節點周期性地廣播數據請求包Req，以觸發采集節點的數據傳輸。匯聚節點除了接收采集節點的數據外，還具有對數據進行存儲，解析，計算和評估的功能。S102、廣播周期＝1.5×(采集節點數目×發送時槽長度)。S103、發送時槽長度為10秒。S104、數據收集請求包Req具有特定的包格式。特別地，請求包Req的包格式為：匯聚節點編號數據收集請求時槽長度1字節1字節2字節當采集節點接收到上述形式的請求包Req時，在特定時槽內將采集數據傳輸給匯聚節點。采集節點的傳輸時槽和數據Packet格式的命名如下：S201、采集節點在特定的時段內傳輸采集數據Packet.采集節點接收到請求包Req后，根據Req的時槽長度信息計算開始向匯聚節點傳輸數據Packet的時間t，傳輸的時長為該時槽長度。其中，t＝節點自身編號×時槽長度S202、傳輸的采集數據Packet具有特定的包格式。采集節點編號匯聚節點編號數據類型數據值4字節4字節4字節12字節采集節點按上述的包格式向匯聚節點傳輸24字節的數據Packet；采集節點采集的數據類型分別為土壤溫濕度、傾角、雨量和沉降位移。S203、先后順序為采集節點初始化時配置的編號順序。如圖3所示，匯聚節點接收到的數據包的存儲過程，要求如下：S301、存儲數據的格式；針對各個采集節點發送過來的數據，我們采用如下的數據格式來對數據進行存儲：采集節點編號數據接收時間數據類型數據值4字節8字節4字節12字節4字節的采集節點編號；8字節的數據接收時間；4字節的數據類型；12字節的數據值。S302、數據的存儲時間；由于受限的內存資源，在滑坡環境監測中，傾角、土壤溫濕度以及雨量等傳感器所采集到的數據不可能長期保存，為此，需要為匯聚節點接收到的各個類型的環境數據設計相應的存儲時間。由于滑坡環境的變化是一個長期緩慢演變的過程，因此，針對匯聚節點接收到的各個類型的環境數據，可以分別以一個固定的存儲時間來對接收到的環境數據進行存儲，例如，分別以一周和兩周為存儲時間來對斜坡的傾角數據和土壤溫濕度數據進行存儲，當前采集到的傾角和土壤溫濕度數據會分別在存儲一周和兩周后被舍棄。如圖4所示，節點和數據異常的檢測內容如下：S401、數據異常檢測并刪除；在一個具體的例子中，步驟S401還包括圖5中所示的子步驟S4011至S4016。S4011、匯聚節點在每個周期內對每個采集節點所采集的數據進行收集，并依據每個采集節點所采集數據應滿足的數據格式對每個數據包格式進行判斷，剔除格式不正確的數據包。S4012、統計所收集到每個采集節點格式正確的數據包的個數。其中，匯聚節點在未接收到某一編號采集節點發送的數據包或所收到該編號采集節點發送的數據包均不滿足格式要求時，記該編號采集節點發送數據包個數為0，且不進行以下S4013至S4016步驟。S4013、根據步驟S4012統計每個采集節點對應的剩余數據包個數，查找每個節點所含剩余數據包個數對應的肖維納特系數。S4014、根據步驟S4011和步驟S4012計算每個采集節點當前周期內所發送數據的平均值。S4015、根據步驟S4011、步驟S4012和步驟S4014計算每個采集節點當前周期內所發送數據的標準差。S4016、依據肖維納特法對匯聚節點所接收到每個采集節點發送的正確格式數據包進行可疑判斷，并舍棄可疑數據。S402、節點異常檢測與報警；在一個具體的例子中，S402還包括圖4中未示出子步驟S4021至S4022。S4021、匯聚節點判斷當前周期內接收到每一編號采集節點正確格式數據包個數是否為0，為0則該編號采集節點故障指數加1，不為0則該編號采集節點故障指數置0。S4022、匯聚節點判斷每一編號采集節點故障指數是否大于5，當大于5時發送該編號采集節點故障報警信息。如圖6所示，對采集數據的處理過程，包含如下：S501、閾值分析；為了對匯聚節點接收到的數據進行閾值分析，我們首先需要對每個類型的環境數據事先設置一個閾值，當該類型的環境數據的采集值超出這個閾值時，就需要對整體的監測數據進行分析，從而確定發生山體滑坡的可能性。閾值是根據具體的滑坡監測場地以及試驗和人為經驗來給出的。S502、各個采集節點環境數據采集值的獲取；獲取由S4得到的當前周期內各個采集節點剩余環境數據的平均值作為當前時刻各個采集節點的環境數據采集值。S503、滑坡環境評估；在滑坡環境監測中，如果匯聚節點所接收到的傾角、土壤溫濕度、雨量以及沉降數據的采集值都沒有超出事先所給定的閾值，那么，我們就認為當前滑坡環境安全，即，沒有發生山體滑坡。相反，若有某個采集節點的采集值超出了事先所給定的閾值，那么就需要對全部的接收到的采集節點環境數據的采集值進行加權分析，從而對發生山體滑坡的可能性進行評估。S504、預警機制；將預警機制劃分為三個層次，低危險程度預警，中危險程度預警以及高危險程度預警，并為每個層次的預警設定相應的解決措施。根據所得到的發生山體滑坡的可能性來選擇使用哪個層次的預警，然后采用對應層次預警的對應措施來對發生山體滑坡情況進行確認。本領域普通技術人員可以理解：實現上述實施例的全部步驟可以通過程序指令和相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于匯聚節點和采集節點的單片機中，該程序在執行時，匯聚節點和采集節點根據對應角色執行上述實施例的相關步驟。最后應說明的是：以上實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中的部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不是相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁1 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