[发明专利]一种山区突发性洪水监测与预警系统及其构建方法

说明书

技术领域

本发明属于大自然灾害实时监测及预警技术领域，特别是一种山区突发性洪水监测与预警系统及其构建方法。

背景技术

我国山区面积约占国土陆地面积的2/3，主要处于东亚季风区，地形、地貌、地质条件复杂多样，气候因素复杂多变，加之人口密集，人类活动影响程度高，由暴雨、持续性降雨诱发引起的山区突发性洪水灾害频发，每年造成大量人员伤亡和财产损失，是我国自然灾害造成人员伤亡的主要灾种之一。

建立山区突发性洪水监测及灾害预警系统是国家防治山洪灾害的一项重要的非工程性措施。山区突发性洪水综合监测及灾害预警系统体现监测、通信及预警一体化，由信息获取子系统、通信网络子系统、决策支持子系统、预警子系统组成。系统通过利用和重建气象站网、水文站网、地质灾害站网，对汛情和灾害情况，利用通信技术进行实时监测，并对信息进行加工处理，利用监控软件自动进行预测、预警，通过各种有关的预警通知和警报设施，提前通知有关成员单位、防汛责任人、危险区居户，做好山洪抢险组织、转移撤离准备，最大地减少人员和财产损失，提高对山区突发性洪水灾害快速、全面、准确的预报、预警以及指挥调度的技术手段。

目前采用无线传感网络监测山洪灾害和预警系统存在以下不足和问题：（1）所用的传感器比较单一，基本上只采用雨量传感器和位移传感器；（2）监测区域传感器网络拓扑结构不够合理，网络中部分节点能耗过大。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于无线传感网络的山区突发性洪水监测与预警系统及其构建方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：包括监测无线传感器网络和监控系统，每个监测无线传感网络包括若干传感器节点、簇头节点、汇聚网关，所述传感器节点获取实时数据通过多跳后经动态成簇的簇头节点上传至汇聚网关，所述汇聚网关负责网络的发起，拓扑的形成与维护，网络数据的汇聚与处理，与监控系统的通信与信息交互；所述监控系统用于接收监测无线传感器网络发送的数据并对信息进行分析处理和发布。

 

进一步地，本发明山区突发性洪水监测与预警系统中，传感器节点包括若干传感器、主控制器、USB接口、存储器、电源模块和太阳能电池板，所述传感器、USB接口、存储器和电源模块均与主控制器相连接，电源模块为主控制器提供电源，该电源模块同时还与太阳能电池板相连接，主控制器为TI公司的CC2530 ZigBee模块；

进一步地，本发明山区突发性洪水监测与预警系统中，所述传感器包括雨量传感器、土壤含水量传感器、渗透系数传感器、边坡位移传感器、水位传感器和流量传感器。

进一步地，本发明山区突发性洪水监测与预警系统中，汇聚网关包括嵌入式控制器、ZigBee通讯模块、控制器USB接口、控制器存储器、控制器电源模块、GPRS收发模块、SIM卡和太阳能电板，所述控制器USB接口、ZigBee通讯模块、控制器存储器、控制器电源模块、GPRS收发模块均与嵌入式控制器相连接，其中GPRS收发模块还与SIM卡相连接，控制器电源模块还与太阳能电板相连接。

进一步地，本发明山区突发性洪水监测与预警系统中，每个传感器节点之间采用网状拓扑结构；现场监测无线传感器网络中簇头节点和汇聚网关之间采用星形拓扑结构。

进一步地，本发明山区突发性洪水监测与预警系统中，所述监控系统包括乡村级监测站、县级监测中心和省级监测中心，所述乡村级监测站包括多个监控计算机用于接收并分析监测无线传感器网络发送的信息；所述县级监测中心与省级监测中心分别包括监控计算机、本地数据库服务器和WEB数据库服务器。

进一步地，本发明山区突发性洪水监测与预警系统中，所述监测无线传感器网络与监控系统之间采用GPRS和Internet通信。

一种基于上述山区突发性洪水监测与预警系统的构建方法，以多个监测区为实施客体，包括以下步骤：

步骤1、在每个监测区布设监测无线传感器网络，根据监测区的GIS信息、山坡降雨量的分布特性和山坡地址信息部署传感器节点；将汇聚网关部署在监测区中心的山顶；每个传感器节点之间采用网状拓扑结构；簇头节点和汇聚网关之间采用星形拓扑结构；

步骤2、监控系统根据级别划分乡村级监测站、县级监测中心和省级监测中心；在所述乡村级监测站布设若干台监控计算机，分别在县级监测中心和省级监测中心布设监控计算机、本地数据库服务器和WEB服务器；

步骤3、汇聚网关与乡村级监测站、县级监测中心和省级监测中心采用GPRS或者Internet通信；