中轉(zhuǎn)站。ZigBee網(wǎng)關(guān)采用模塊化分層設(shè)計(jì)方案，由硬件層、軟件支持層和應(yīng)用層構(gòu)成，我們采用ARM9作為主控模塊。
[0031]如圖2所示為網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖，其中硬件層描述了網(wǎng)關(guān)的硬件實(shí)現(xiàn)；軟件層移植uC/
OS-1I實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核、ZigBee和嵌人式TCP/IP協(xié)議棧LwIP，實(shí)現(xiàn)了 ZigBee和TCP/IP協(xié)議的雙向透明轉(zhuǎn)換，同時(shí)封裝一些關(guān)鍵API函數(shù)供應(yīng)用層程序調(diào)用；應(yīng)用層運(yùn)行的是用戶編寫(xiě)的應(yīng)用程序，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要使用下層定義的API自行擴(kuò)充相關(guān)應(yīng)用。
[0032](4)標(biāo)示部分zigbee節(jié)點(diǎn)物理坐標(biāo)，作為參考節(jié)點(diǎn)。其他所有zigbee節(jié)點(diǎn)通過(guò)獲取與參考節(jié)點(diǎn)相互通信的RSSI值，自動(dòng)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行物理定位。該定位算法由FPGA實(shí)現(xiàn)硬件加速。
[0033]參考節(jié)點(diǎn)物理坐標(biāo)事先確定，坐標(biāo)數(shù)據(jù)已知，非參考節(jié)點(diǎn)在于這些參考節(jié)點(diǎn)相互通信的過(guò)程中，接收方將測(cè)出接收到數(shù)據(jù)的無(wú)線電信號(hào)能量RRSI數(shù)值的衰減，以及節(jié)點(diǎn)獨(dú)一無(wú)二的ID信息，并將這些信息傳遞出去。
[0034]每個(gè)節(jié)點(diǎn)與至少三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)之間建立ID與RSSI數(shù)值聯(lián)系，然后通過(guò)求解齊次方程組，可求得非參考節(jié)點(diǎn)的物理位置。為了加快運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳遞給FPGA，調(diào)用FPGA硬件資源實(shí)現(xiàn)硬件加速。
[0035](5)通過(guò)自動(dòng)定位獲取各個(gè)zigbee節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并讀取到節(jié)點(diǎn)相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)值，這些數(shù)據(jù)為離散值，采用雙線性插值算法，生成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分布式圖像信息。
[0036]通過(guò)傳感器采集到相應(yīng)泥石流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雖然傳感器可大量布置，但畢竟采集到的為離散數(shù)據(jù)，僅僅代表著監(jiān)測(cè)區(qū)域某一些點(diǎn)的值。為了獲得觀測(cè)區(qū)域連續(xù)區(qū)間上的值，采用數(shù)值分析領(lǐng)域常用的雙線性插值算法，在橫豎坐標(biāo)分別進(jìn)行線性差值。
[0037](6)Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有低功耗的特點(diǎn)，對(duì)于終端節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，一般的電池即可長(zhǎng)久供電。但是對(duì)于路由器、協(xié)調(diào)器以及網(wǎng)關(guān)來(lái)說(shuō)，耗電量較大，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)一套電源系統(tǒng)。采用太陽(yáng)能充電器和鋰離子電池作為供電系統(tǒng)。充電器使用太陽(yáng)能電池板，經(jīng)電路進(jìn)行直流電壓變換后給鋰離子電池充電，并能在電池充電完成后自動(dòng)停止充電。電源系統(tǒng)如圖3所不O
[0038](7)采集到的泥石流相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)建立的基于zigbee和GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程控制中心。控制中心根據(jù)泥石流預(yù)警模型，編寫(xiě)上位機(jī)程序，發(fā)布檢測(cè)任務(wù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)泥石流的預(yù)警。
[0039] 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種結(jié)合GPRS和ZigBee網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于包括以下步驟: (1)在可能發(fā)生泥石流的地域，布置大量泥石流傳感器，采集環(huán)境中與泥石流相關(guān)的參數(shù)信息，這些傳感器掛接在zigbee網(wǎng)絡(luò)上，經(jīng)由zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制，組成zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)； (2)傳感器網(wǎng)絡(luò)采用樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?duì)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改進(jìn)，形成了獨(dú)特的雙層樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)； (3)研制zigbee與GPRS雙向透明傳輸網(wǎng)關(guān)，zigbee網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)關(guān)傳輸至GPRS網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)分析傳感器數(shù)據(jù)，確定監(jiān)測(cè)區(qū)域是否可能發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，并按照相關(guān)預(yù)案實(shí)施預(yù)警； (4)標(biāo)示部分zigbee節(jié)點(diǎn)物理坐標(biāo)，作為參考節(jié)點(diǎn)，其他所有zigbee節(jié)點(diǎn)通過(guò)獲取與參考節(jié)點(diǎn)相互通信的RSSI值，自動(dòng)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行物理定位，該定位算法由FPGA實(shí)現(xiàn)硬件加速； (5)通過(guò)自動(dòng)定位獲取各個(gè)zigbee節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并讀取到節(jié)點(diǎn)相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)值，這些數(shù)據(jù)為離散值，采用雙線性插值算法，生成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分布式圖像信息； (6)路由器、協(xié)調(diào)器及網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)需要單獨(dú)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池供電系統(tǒng)； (7)根據(jù)預(yù)警模型編寫(xiě)上位機(jī)軟件，傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程控制中心，控制中心發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而判斷可能的泥石流地質(zhì)災(zāi)害，發(fā)布預(yù)警。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟(I)具體是利用zigbee網(wǎng)絡(luò)掛接大量傳感器，形成一種獨(dú)特的用于泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟(2)具體是對(duì)原始的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，形成雙層樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟⑶具體是研制zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)，使得數(shù)據(jù)在zigbee網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)雙向透明傳輸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟(4)具體是通過(guò)基于RSSI的定位算法，實(shí)現(xiàn)大量非參考節(jié)點(diǎn)的物理位置自動(dòng)標(biāo)定。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟(5)具體是采用雙線性插值解決只能采集到離散數(shù)據(jù)的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域分布式圖像的生成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟(6)具體是設(shè)計(jì)單獨(dú)用于路由器、協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，解決電池容量小的問(wèn)題。8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟(7)具體是編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)用于泥石流災(zāi)害預(yù)警的上位機(jī)控制軟件，實(shí)現(xiàn)發(fā)布檢測(cè)任務(wù)及對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以判斷是否可能發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害并發(fā)布預(yù)警的功能。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:將zigbee網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)初步融合起來(lái)，為今后物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展打下一定基礎(chǔ)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用GPRS和Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)泥石流監(jiān)測(cè)及預(yù)警的系統(tǒng)。方案中，傳感器節(jié)點(diǎn)可掛接多種泥石流傳感器，傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)，然后由ARM設(shè)備初步處理，最后通過(guò)GPRS連接接入IP網(wǎng)絡(luò)，再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)與管理中心進(jìn)行儲(chǔ)存和處理，管理員則通過(guò)反向鏈路對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)，收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，上位機(jī)軟件立即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)各個(gè)關(guān)鍵因子的臨界值，得出監(jiān)測(cè)泥石流的數(shù)據(jù)信息，達(dá)到監(jiān)測(cè)泥石流的效果，并在有災(zāi)害危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)發(fā)出泥石流預(yù)警，并能由監(jiān)控人員實(shí)時(shí)開(kāi)啟ARM設(shè)備處的圖像采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)高效的圖像壓縮算法后，通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)的圖像信息傳輸至上位機(jī)或者監(jiān)測(cè)中心。
【IPC分類(lèi)】G08B25/10, G08B21/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105632108
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410686183
【發(fā)明人】王國(guó)成, 張?jiān)? 王一軍
【申請(qǐng)人】王國(guó)成, 張?jiān)? 王一軍
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月26日