基于无线传感网的边坡监测系统

贾普仁 罗 刚 兰 宇

（重庆电子工程职业学院通信工程学院，重庆 401331）

1 前言

近3年来，全国地质灾害平均每年5423起，其中滑坡事故占比50%以上，给人民群众生命和财产安全带来极大的隐患，因此,在进行边坡设计时需要更多的考虑边坡的地质条件对其稳定性的影响及其变化趋势。

2 边坡监测系统需求分析

边坡监测系统由前端数据采集系统、中端数据传输系统、后端数据处理系统等三大部分组成，综合运用了传感器与检测、通信、计算机、岩土工程学等多学科知识，集监测、控制、通信功能于一体，通过一系列相关活动，实现对边坡岩土体内部位移、结构倾斜、土壤湿度、雨量、孔隙水压力及环境变化等数据的连续自动化监测。

边坡监测系统是一个具备探测、汇集、传输、处理、发布、查询功能的边坡监测数据综合处理系统，通过工程技术与信息技术的有机结合，对滑坡这一客观事件进行定量描述和各类监测指标的抽象化，对边坡进行科学化、可视化管理，为相关管理部门和公众做出各种应急对策、采取有效的行动提供可靠的依据。

设计通信网络前，充分挖掘出网络的通信需求，有助于构建高效，高质量，且存活寿命长的通信系统。

2.1 实时性需求

边坡监测系统实现对边坡的无人监测，主要监测边坡滑坡现象，具体的监测参数是岩体的位移。建立坡体结构主要考虑三个方面的问题，即边坡所在岩体的浅表层改造特征，自然营力对坡体浅层的作用程度和影响范围，坡体地质力学模型涉及的范围。而要充分考虑这三个方面带来的影响，需要首先进行研究区的工程地质调查和地质勘查资料的分析。收集研究区的气象，水文，地震，工程地质和水文地质信息。其次还需要分析边坡岩体的结构特征，分析坡体浅表层改造形迹和自然营力形迹，分析坡体中的地应力，地下水等因素的作用及影响规律。

因此，建立边坡模型进行滑坡监测需要考虑较多方面，且要根据边坡实际情况进行特定分析，分析过程复杂且容易出错。这就要求边坡监测系统能够辅助解决模型预测不准的问题。也就是说一旦真实位移和预测位移的偏差超过一定范围，边坡监测系统能够及时上传真实位移数据，供地质专家研究分析，改进边坡滑坡模型。考虑边坡在滑坡后期时，位移迅速，一旦预测的滑坡模型预测不准，可能造成严重损失，因此要求边坡监测系统在预警后期，要能尽快的把危险信息传递给相关人员进行报警。

2.2 寿命需求

边坡监测系统除了担负起边坡滑坡监测的任务，还需要定期上传边坡气象，水文，边坡表层位移，边坡深层位移，温度等相关参数，供地质学家分析研究。考虑到一年四季情况不同，一个分析周期最短时间为一年，即在一年内的数据要能无丢失的上传到后台数据库，因此边坡监测系统寿命要求一年以上。

2.3 可靠性需求

边坡监测系统要求整个系统有较强的容错能力，其上传的数据要为真实数据。在边坡监测网络中的某些节点因为边坡滑坡导致损坏的前提下，其他节点仍然能够正常工作并上传数据。在边坡监测路段加入新增监测节点后，原来的节点不受影响，不需要人为重新调整原来节点以配合新增节点加入系统，新增节点和原节点能够同时正常 工作。

2.4 覆盖面积需求

边坡监测系统要求所设计通信网络的网络覆盖面积要能达到实际边坡监测范围的需求。

3 边坡监测系统系统架构设计

3.1 前端数据采集系统

前端数据采集系统由监测节点和监测传感器组成，主要功能是对位移、结构倾斜、土壤湿度、雨量、孔隙水压力等参数进行感知和探测。其主要构成设备是各型传感器以及与传感器相连的监测节点。

3.2 中端数据传输系统

中端数据传输系统主要是实现各个监测节点数据上传的功能，由监测节点和基站共同组成。

中端数据传输系统面临的问题主要是如何及时无误的把监测节点采集到的数据传送给基站，由于实际现场受制于能源，无线发送功率，以及节点之间的相互干扰等阻碍因素。有必要设定一个通信的规则，以此来约束各监测节点的无线通信行为，使得整个传感器网络的通信指标满足边坡监测系统的需求。

3.3 后端数据处理系统

后端数据处理系统由后台服务器组成。其主要功能是将前端传回到数据库中的数据信息通过数学方法和相关程序处理和分析，研究边坡运动的规律，对发展趋势进行预测，实现边坡监测系统的预警。其主要组成是边坡监测数据库和岩土工程学数据处理系统。

4 总结

本系统采用深度位移传感器和结构物倾斜状态监测传感器对边坡进行精确位移计算，实现了对边坡位移数据的实时监测、实时预警、远程调整监测设备参数等功能，通过自组网传感器网络和无线通信网络进行传输，确保监测数据的稳定性、实时性和准确性。通过对监测历史数据分析和地质情况综合研判，有针对性提出监测点位是否出现滑坡异常，并进行预警报告，有效地减少了因地质灾害等问题带来的人民生命财产损失。