一种时空关联的地表移动变化监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种时空关联的地表移动变化监测系统，包括传感器网络、数据与控制中心服务器；传感器网络包括协调器、多个传感器节点，传感器节点挂载时钟模块、GPS模块、一个监测地表移动变化的低值传感器。利用低值传感器观测地表变化的同时，获取时间和位置信息，将观测数据与时空信息关联，传感器节点的观测周期调整由时钟模块控制，部署在监测区域内的传感器节点通过无线通信模块形成的一个自组织的ZigBee网络，传感器感知数据通过自组织网和互联网传输至数据与控制中心服务器，服务器则通过互联网和自组织网络，将各个传感器观测周期调整命令下传至每个传感器节点。本实用新型专利技术具有价低、准确和实时的特点，可以及时、有效地捕获地表变化信息。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种地表移动变化监测领域，尤其涉及一种时空关联的地表移动变化监测系统。
技术介绍
在我国部分地区，由于地质因素、气象因素或人为因素，导致山体滑坡经常发生，给人民的生命和财产安全造成了严重的威胁，甚至巨大损失，因此，面向滑坡灾害，开展地表移动监测研究工作，对于避免和减轻滑坡、泥石流等地质灾害及造成的损失，具有十分重要的现实意义和巨大的经济与社会效益。通过监测系统获取的滑坡体地表变化的过程，能为认识滑坡机理、以及滑坡预警预报、滑坡防治工程等提供可靠、实时、真实的数据。时空关联的地表移动监测系统不仅是获取地表变化信息的一种有效手段，而且，也是滑坡灾害预测预报、滑坡研究、滑坡防治工程的重要组成部分。现有的滑坡监测手段主要有:1)人工测量技术；2)GPS测量技术；3) TDR测量技术；4)分布式光纤传感技术。上述监测手段中，人工测量要求有人在现场进行人工的数据采集，这样做不仅耗费大量人力物力，而且自动化程度低，不能实现实时监测；第2)，第3)和第4)种测量技术不仅造价高、施工难度大、难以维护，而且没有实现周期性的时间控制。目前，需要一种低价、准确和实时的地表移动监测系统，及时、有效地捕获地表变化信息。
技术实现思路
本技术提供了一种时空关联的地表移动变化监测系统，它是利用低值传感器，捕获地表变化；通过时钟模块和GPS模块来获取时间和地理位置信息；在传感器数据生成时，自动关联时间和空间地理位置信息；传感器节点通过时钟模块控制传感器的观测周期；数据和控制中心通过互联网和无线传感器网络，调整监测系统各个传感器节点的观测周期，既防止数据发送过于频繁造成后台数据库数据冗余，又使监测频率与地表移动的速度相匹配。本技术采用如下技术方案实现:一种时空关联的地表移动变化监测系统，包括传感器网络、数据与控制中心服务器；传感器网络包括一个协调器、多个传感器节点，传感器节点挂载时钟模块、GPS模块、一个监测地表移动变化的传感器，时钟模块和GPS模块用于给传感器感知数据打上时间和位置标签；多个传感器节点与一个协调器连接，协调器通过GPRS模块与数据与控制中心服务器连接，数据与控制中心服务器中包含数据库和WEB显示单元。所述的传感器包括三维罗盘、磁力计、土壤温度传感器、土壤湿度传感器；每个传感器节点与上述传感器中的一个连接。所述传感器节点采用CC2430或CC2530，所有传感器节点通过无线通信模块形成ZigBee无线传感器网络，数据与控制中心服务器则通过互联网与分散在各地的无线传感器网络建立通信连接。所述传感器节点有6个，分别为I号、2号、3号、4号、5号、6号终端节点；1号、2号、3号终端节点均挂载了三维罗盘、GPS模块、时钟模块；4号终端节点挂载了时钟模块、GPS模块、磁力计；5号终端节点挂载了土壤温度传感器、GPS模块、时钟模块；6号终端节点挂载了土壤湿度传感器、GPS模块、时钟模块。本系统的优点是:在传感器节点采集数据的同时，获取时间和空间信息，做到传感器感知信息与时间和空间信息关联；数据与控制中心服务器通过互联网，将传感器周期调整命令传递到传感器节点，实现传感器节点观测周期可调整。具有价低、准确和实时的特点，可以及时、有效地捕获地表变化信息。【附图说明】图1是本技术的结构示意图；图2是本技术在现场的ZigBee传感器网络示意图；图3是终端节点挂载三维罗盘的示意图；图4是终端节点挂载磁力计的示意图；图5是终端节点挂载土壤温度传感器的示意图；图6是终端节点挂载土壤湿度传感器的示意图。【具体实施方式】以下结合附图详细说明本系统的结构和工作方式:该时空关联的地表变化监测系统包括传感器网络、数据与控制中心服务器，如图1所示，传感器网络采用CC2430或CC2530作为开发板，有一个协调器以及若干个传感器节点，每个终端节点挂载一个传感器加上GPS模块和时钟模块，所述传感器包括三维罗盘、磁力计、土壤温度传感器、土壤湿度传感器，传感器采集到相应的数据，并附有时间和位置标签，共同经终端节点传输给协调器，协调器将数据传输给GPRS模块，然后GPRS模块经过2G/3G网络将数据传输给数据和控制中心，数据和控制中心将数据存入数据库中，最后数据与控制中心服务器对数据进行相应处理后进行WEB发布。同时，决策者可以根据不同的情况通过数据和控制中心向前端传感网发送周期控制命令，控制前端传感器的数据采集时间。所述传感器中的三维罗盘，通过其观测的俯仰角、横滚角、航向角的值来监测地表的变化情况。所述传感器中的磁力计是三轴磁力计，通常滑坡灾害发生时，其周围的物理场也要发生相应的变化，磁力计监测到的磁场强度能反应其中的变化情况，而磁力计监测到的加速度值能够反应滑坡引起的地表移动大小和方向。所述传感器中的土壤温度传感器采用的是土壤温度传感器，该传感器采用进高精度温敏器件，具有测量精度高、稳定性好的特点。通过其采集的温度数据来监测地表土壤温度的变化情况。所述传感器中的土壤湿度传感器，采用电磁脉冲原理测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤真实水分含量，具有快速准确、精度高、不受土壤中化肥和金属离子的影响等特点。通过其采集的湿度数据来监测地表土壤的湿度变化情况。所述GPS模块是定位模块，通过其采集的海拔高度、经玮度的值来监测地表的变化，也为传感器数据打上位置标签。所述时钟模块专门用于计时，功耗极低，模块自身带有备用电池，不用担心计时丢失的问题，让采集到的所有数据在前端都打上时间标签。所述数据与控制中心服务器，通过互联网，接收现场传感器网采集到的所有数据，并将它们存入数据库中，经过相应的数据处理，通过WEB进行发布，决策者可以观察地表变化情况，由服务器通过互联网，发送周期调整命令给传感器节点。传感器节点根据接收到的周期调整命令，调整传感器的数据采集周期。目的是避免数据在不必要的时刻频繁地发送给后台，造成数据冗余，而且，在地表变化时，加快传感器数据采集速度，以利于捕获地表移动的速度。整个布置在现场的传感网络由CC2430或CC2530、各类地表监测传感器、GPS、时钟模块组成，如图2所示，一个协调器和6个终端节点，每个节点上挂载时钟模块、GPS模块和各类传感器，具体如下:1号、2号、3号终端节点均挂载了三维罗盘、GPS和时钟模块，如图3所示；4号终端节点挂载了时钟模块、GPS和磁力计，如图4所示；5号终端节点挂载了土壤温度传感器、GPS和时钟模块，如图5所示；6号终端节点挂载了土壤湿度传感器、GPS和时钟模块，如图6所示。【主权项】1.一种时空关联的地表移动变化监测系统，其特征在于:包括传感器网络、数据与控制中心服务器；传感器网络包括一个协调器、多个传感器节点，传感器节点挂载时钟模块、GPS模块、一个监测地表移动变化的传感器；多个传感器节点与一个协调器连接，协调器通过GPRS模块与数据与控制中心服务器连接，数据与控制中心服务器中包含数据库和WEB显示单元。2.根据权利要求1所述的一种时空关联的地表移动变化监测系统，其特征在于:所述的传感器包括三维罗盘、磁力计、土壤温度传感器、土壤湿度传感器；每个传感器节点与上述传感器中的一个连接。3.根据权利要求2所述的一种时空关联的地表移动变化监测系统，其特征在于:所述传感器节点采用CC2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时空关联的地表移动变化监测系统，其特征在于：包括传感器网络、数据与控制中心服务器；传感器网络包括一个协调器、多个传感器节点，传感器节点挂载时钟模块、GPS模块、一个监测地表移动变化的传感器；多个传感器节点与一个协调器连接，协调器通过GPRS模块与数据与控制中心服务器连接，数据与控制中心服务器中包含数据库和WEB显示单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卜方玲，聂冰，谌超，徐兆卓，徐新，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42