鳳凰創(chuàng)意園地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

1、鳳凰創(chuàng)意園地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案書 杭州魯爾物聯(lián)科技有限公司 2014-07-02鳳凰創(chuàng)意園地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案書11. 概述22. 設(shè)計原則：32.1 先進(jìn)科學(xué)性：42.2 穩(wěn)定可靠性：42.3 方便擴(kuò)展性：42.4 安全保密性：43. 系統(tǒng)組成43.1 信息采集終端53.1.1 監(jiān)測采集傳感器53.2通信網(wǎng)絡(luò)53.2.1 節(jié)點(diǎn)通信53.2.2 網(wǎng)關(guān)通信63.3 后臺監(jiān)測中心63.3.1數(shù)據(jù)庫服務(wù)器63.3.2WEBGIS平臺6 1. 概述杭州鳳凰創(chuàng)意園坐落在轉(zhuǎn)塘鳳凰山腳下，其前身是轉(zhuǎn)塘雙流水泥廠，建于上世紀(jì)70年代，已關(guān)停近10年。現(xiàn)在，老廠房變身成了時尚的LOFT，起名為“

2、鳳凰·創(chuàng)意國際園”重新得到開發(fā)和利用，引來眾多企業(yè)入駐，為杭州的經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入了一份新力量。但是園區(qū)四面環(huán)山，地勢較低，且杭州陰雨天氣較多，所處山體遭到開發(fā)破壞，屬于地質(zhì)災(zāi)害敏感地帶，對園區(qū)的環(huán)境造成著潛在的威脅。近年來隨著社會經(jīng)濟(jì)和城市的快速發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度和破壞程度不斷增強(qiáng)，給社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生命財產(chǎn)安全帶來了重大影響和破壞，使得人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境受到直接威脅。因此，如何減少災(zāi)害造成的人員傷亡及財產(chǎn)損失，提高城市公共安全防護(hù)能力，推動城市管理信息化進(jìn)程，已經(jīng)成為社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、全面建設(shè)小康社會的客觀要求，和各級政府部門的工作重點(diǎn)。鑒于此，杭州魯爾物聯(lián)科技有限公司設(shè)計

3、，開發(fā)并推出了基于大區(qū)域覆蓋的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，對目標(biāo)體進(jìn)行實施動態(tài)監(jiān)測，將所采集到的的綜合信息進(jìn)行分析處理，對目標(biāo)體的穩(wěn)定狀態(tài)和變化趨勢作出判斷，并采用先進(jìn)的WEBGIS技術(shù)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測信息的實時化、可視化、空間化，提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報能力和應(yīng)急救災(zāi)快速反應(yīng)能力，讓相關(guān)部門迅速作出決策，保障人民生命和財產(chǎn)安全。2. 公司簡介杭州魯爾物聯(lián)科技有限公司成立于2013年8月，坐落于風(fēng)景怡人的杭州轉(zhuǎn)塘鳳凰國際創(chuàng)意中心，由德國亞琛工業(yè)大學(xué)數(shù)名博士共同創(chuàng)立。公司擁有一支由6名海外留學(xué)博士、2名海外留學(xué)碩士以及由德國亞琛工業(yè)大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)數(shù)名行業(yè)權(quán)威教授為顧問的核心技術(shù)團(tuán)隊，以物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研

4、發(fā)為依托，以地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警產(chǎn)品為核心，致力于將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害的防治，保障人們的生命財產(chǎn)安全。公司目前的主要產(chǎn)品SEWS系統(tǒng)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)）。系統(tǒng)原型來自2007年-2012年德國亞琛工業(yè)大學(xué)5年多時間的研發(fā)、測試產(chǎn)品。此產(chǎn)品已在德國、法國、菲律賓等地投入實際應(yīng)用4年多，可靠穩(wěn)定的第二代產(chǎn)品得到了使用者的肯定與資金支持。公司目前正在不斷完善SEWS系統(tǒng)，同時也著力于其他智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)。公司目標(biāo)在地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境、城市化建設(shè)、食品安全等領(lǐng)域成為安全衛(wèi)士的角色，為創(chuàng)建一個綠色、安全的生產(chǎn)生活環(huán)境略盡綿力。2. 設(shè)計原則：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計遵循“先

5、進(jìn)科學(xué)、穩(wěn)定可靠、方便擴(kuò)展、安全保密”的原則。并綜合考慮施工、維護(hù)等重要因素，同時也為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等留有余地。本系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的、全面的，設(shè)計方案具有科學(xué)性、合理性、實用性。2.1 先進(jìn)科學(xué)性：充分利用 WEBGIS、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式開發(fā)等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計，采用目前先進(jìn)的系統(tǒng)軟件平臺及終端采集傳輸設(shè)備。系統(tǒng)采用 B/S 結(jié)構(gòu)，電腦只要能上網(wǎng)，在獲得操作權(quán)限的情況下，即可通過瀏覽器進(jìn)行查看和部分管理。2.2 穩(wěn)定可靠性：由于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)使用環(huán)境的特殊性，必須保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。一是中心系統(tǒng)的可靠性，選用穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和服務(wù)器專用操作系統(tǒng)作為災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺載

6、體，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺具有權(quán)限操作功能，從應(yīng)用上保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行；二是使用高精度要求的傳感器，保證了采集信息的可靠性。 三是通信機(jī)制可靠，系統(tǒng)傳輸主要采用具有大面積穩(wěn)定覆蓋的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸高效可靠。2.3 方便擴(kuò)展性： 監(jiān)測終端支持接入現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)字、模擬傳感器，如位移計、側(cè)斜儀、雨量計、沉降儀、GPS、滲壓計、水位計，溫度傳感器、壓力傳感器等。 對于以后增加的特殊傳感可通過簡單修改硬件及軟件即可接入。本系統(tǒng)可根據(jù)要求開放部分?jǐn)?shù)據(jù)庫，方便其他系統(tǒng)從本系統(tǒng)中調(diào)取數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框架合理，方便以后各種功能模塊的添加。2.4 安全保密性：本系統(tǒng)實行嚴(yán)格的權(quán)限管理，只有持有一定權(quán)限的密鑰

7、才能訪問、監(jiān)控、管理、操作，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)方案3. 系統(tǒng)組成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要有信息采集，通信網(wǎng)絡(luò)，后臺監(jiān)測中心三大部分組成。其系統(tǒng)框架圖如下圖所示。 3.1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)框架圖3.1 信息采集終端信息采集指地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，該監(jiān)測終端配備了多種傳感器，可實時的對地表位移、大氣壓強(qiáng)、雨量、加速度、傾角等監(jiān)測監(jiān)控功能。并且終端采用了低功耗高性能的微處理器，可以根據(jù)需求擴(kuò)展更多的外置傳感器。本終端電路主要分為：微處理器系統(tǒng)模塊，電源管理模塊，儲存模塊，傳感器模塊，無線傳輸模塊五大部分。3.1.1 監(jiān)測采集傳感器 各種智能傳感器負(fù)責(zé)采集災(zāi)變體在時空域的變形信息和誘發(fā)因素信息

8、，傳感器根據(jù)災(zāi)變體所需的信息選擇，本終端使用的傳感器主要包括：l 三軸加速度傳感器：l 壓力傳感器：l 濕度傳感器：l 雨量計：降雨是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的一大主要因素， 災(zāi)變點(diǎn)的實際降雨量是監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)的必備內(nèi)容。天氣預(yù)報可以預(yù)報區(qū)域的降雨，但不能準(zhǔn)確到小范圍，安裝雨量計可以準(zhǔn)確的掌握災(zāi)變點(diǎn)的雨量，對監(jiān)測產(chǎn)生實際的意義。 雨量計可以采集十分鐘雨量、一小時雨量、一天雨量、一月雨量、一年雨量和連續(xù)雨量。l 位移傳感器：位移計可以直觀的監(jiān)測裂縫的變化，精度達(dá)到0.01MM，帶溫度補(bǔ)償，能監(jiān)測到裂縫的細(xì)微變化，同時位移計也是滑坡的輔助監(jiān)測傳感器。l 傾角傳感器： 主要應(yīng)用于滑坡的監(jiān)測，可以測量二維的角度變化，

9、精確到 0.01 度，帶溫度補(bǔ)償?？梢灾庇^的監(jiān)測滑坡各個地層的細(xì)微變化，對滑坡的治理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。3.2通信網(wǎng)絡(luò)3.2.1 節(jié)點(diǎn)通信由于地質(zhì)環(huán)境一般都比較惡劣，無法布置有線的信息采集終端，本系統(tǒng)使用了無線傳感網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，以無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給中心服務(wù)器。基于此，本系統(tǒng)建立基于 XBee-PRO 的digimesh無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，選用 Max Stream 公司與 ZigBee 兼容的以 Free

10、scale MC13193 芯片為核心的 XBee-PRO 模塊，設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，組建了一個合理有效的數(shù)字化、信息化、智能化的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)的應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中，提高了監(jiān)控數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性和可靠性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用電池供電，可以使用的電量非常有限，而對于在外部環(huán)境的節(jié)點(diǎn)來說，對電池的更換是非常困難，所以減少節(jié)點(diǎn)的功耗延長其工作壽命成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計中的核心問題，鑒于此，本系統(tǒng)中的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了digimesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的同睡同醒策略，使得節(jié)點(diǎn)的能量損耗大大降低，通過軟硬件的有力結(jié)合，可以使得節(jié)點(diǎn)的使用壽命達(dá)到1年。3.2.2 網(wǎng)關(guān)通信在整個系統(tǒng)中，網(wǎng)

11、關(guān)節(jié)點(diǎn)處于傳感器節(jié)點(diǎn)的上層，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)出口。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要完成接收傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理以及通過不同的傳輸方式與后臺監(jiān)控中心進(jìn)行通信。本網(wǎng)關(guān)采用CDMA的傳輸方式與后臺中心服務(wù)器進(jìn)行通信。3.3 后臺監(jiān)測中心后臺監(jiān)測中心作為系統(tǒng)控制和管理的核心，負(fù)責(zé)將從匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、分析、統(tǒng)計、顯示，并根據(jù)實際需要對監(jiān)測目標(biāo)的狀態(tài)進(jìn)行查詢、監(jiān)控等。因此，設(shè)計一種合理、可行、有效的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要。該監(jiān)測中心由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEBGIS平臺組成。3.3.1數(shù)據(jù)庫服務(wù)器本數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用來存儲所有監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，監(jiān)測數(shù)據(jù)包括地表位移、大氣壓強(qiáng)、雨量、加速度、傾角的監(jiān)測數(shù)據(jù)。3.3.2WEBGIS平