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

2．2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是一個微型嵌入式系統(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、信息處理和無線數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般由處理器模塊、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系統(tǒng)的“感知器官”，負責(zé)監(jiān)測區(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節(jié)點的“大腦”，主要負責(zé)對傳感器模塊、ZigBee通信模塊的控制及整個節(jié)點的協(xié)調(diào)等；ZigBee通信模塊作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的“耳朵+嘴巴”，負責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行無線數(shù)據(jù)通信。其中終端節(jié)點僅包含Zigbee通信模塊，協(xié)調(diào)器節(jié)點包含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)點的“心臟”，為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各個組成部分提供足夠的動力和能量。
根據(jù)實際功能需求及部署特點，采用星型的無線網(wǎng)絡(luò)分布模型，具有組網(wǎng)簡單快捷、數(shù)據(jù)傳輸快等特點。在該模型下只需設(shè)計兩類節(jié)點：終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點，其結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。其中，協(xié)調(diào)器節(jié)點負責(zé)收集小范圍內(nèi)終端節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)信息，而終端節(jié)點主要負責(zé)信息采集并實時發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量供應(yīng)設(shè)計方面，由于協(xié)調(diào)器節(jié)點既要負責(zé)收集整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信息，又要將數(shù)據(jù)包通過GPRS模塊轉(zhuǎn)發(fā)出去，需要較大的功率，可采用太陽能或線路供電等模式。而終端節(jié)點只需要定時將采集的數(shù)據(jù)包發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點，然后就迅速進入睡眠狀態(tài)，其功率較小，可采用電池單獨供電，或者通過線路與協(xié)調(diào)器節(jié)點共用供電系統(tǒng)。

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的操作系統(tǒng)選擇方面，考慮到節(jié)點的任務(wù)量相對少，而數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求較高，系統(tǒng)可選用一些實時性較強、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)測區(qū)域選擇性部署電子自動雨量計，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(shè)置多個孔洞，每個孔洞下端部署一個液位傳感器，在不同深度部署數(shù)個液體流速傳感器，實時采集監(jiān)測區(qū)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(biāo)，河道水位深度及流速作為輔助指標(biāo)。同時，在易發(fā)斷層裂縫處部署多個縫距傳感設(shè)備，測量地表裂縫分割體之間相對張開、閉合、位錯及垂直向升降的變化量，從而全面感知監(jiān)測區(qū)域的動態(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)來確定，即通過一定方法綜合各位專家對各指標(biāo)給出的權(quán)重進行的賦權(quán)。經(jīng)統(tǒng)計，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。