基于物聯網技術的地質災害多維異構組網與監測數據集成研究

(甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100)

0 引言

地質災害具有點多、面廣、規模小、突發性強、危害性大等諸多特點，給人民群眾的生命財產安全帶來巨大威脅，同時也給區域生態和地質環境造成巨大破壞[1]。為了實現地質災害實時動態的監測預警，必須要面臨地質災害監測無線傳感器網絡的布控、實時監測數據遠程傳輸的組網以及多維異構的監測數據集成等關鍵性問題[2]。因此，文章從物聯網的基本體系結構及其相關技術出發，運用組網思路來構建地質災害綜合監測自動傳輸網絡，并結合到開發相關應用程序中，以解決上述所提到的地質災害實時監測預警面臨的技術問題[3-4]，在此基礎上，研究如何改善原來地質災害監測數據遠程傳輸的不足，確保地質災害實時動態的監測預警要求[5]。

1 物聯網的體系結構

一般而言，物聯網可視為一種非常復雜、形式多樣的的綜合網絡應用系統[6]，根據信息的產生、數據傳送、數據處理及物聯網應用系統的應用過程可以把該網絡分為感知層(感知設備)、網絡層(網絡傳輸)及應用層(應用/中間件)，如圖1所示。

（2）地質鉆探深度的充分程度未到達要求標準，在施工過程中，無法發現墓穴、廢棄河道，因此，在工程施工中沒有采取相應的措施，對這些可能會對工程質量造成影響的進行處理。

圖1 物聯網體系架構圖

2 地質災害實時監測無線傳感器網絡

根據物聯網體系結構與地質災害監測的特點，構建地質災害綜合監測自動傳輸網絡(圖2)，主要由3個部分組成，分別為：負責現場采集數據的無線傳感器網絡(WSN)、遠程數據傳輸網絡及地質災害監測預警中心。地質災害監測數據通過各傳感器節點采集，無線傳感器網絡傳輸，由中間路傳輸至匯聚節點，再通過匯聚節點接入現有的有線或無線網絡，遠程傳輸至監測預警中心。中心將對監測到的數據進行處理與分析，根據前面所描述的建立的地質災害監測預警方法自動進行計算分析，給出地質災害實時的預警等級，為地質災害防治管理部門決策提供相應的技術支持。

3 地質災害遠程監測數據無線傳輸網絡

監測數據遠程無線傳輸是建立地質災害自動監測網絡最主要的技術之一，當前所采用的主要傳輸技術包括了GSM短信、GPRS/ CDMA、3G網絡、公網(Internet)、衛星通信等。GSM短信是單點傳輸，費用高且傳輸的數據量較低。GPRS/ CDMA與GSM短信相比較而言，傳輸速率有一定提高，可以滿足地質災害實時監測的需要，所以被廣泛采用，但是由于其對通信基站的依賴強，在通信繁忙或信號不好的情況下容易造成數據堵塞，傳輸延時，且在某些偏遠地方還存在信號盲區等問題。3G網絡是結合了無線通信技術與互聯網等多媒體通信的第三代的移動通信技術，支持高速的數據傳輸。公網或專網傳輸速度較快，可以直接傳輸視頻信息，但是采用有線傳輸的方式，在山區等遠距離條件下難以實現。 傳統衛星通信可以實現全域覆蓋，但是必須租用專門信道，成本較高。無線傳感器網絡以短報文方式進行數據傳輸，具備衛星通信的優點，且成本較低。為此，針對金川礦區地質災害遠程監測數據的傳輸要求，本文主要是通過對基于 GPRS與無線傳感器網絡的地質災害遠程監測無線傳輸網絡分別進行分析( CDMA、3 G網絡與 GPRS通信方式相似)，研究它們在地質災害監測遠程數據傳輸應用中的優缺點，并從中尋找出一種最合理的地質災害遠程無線傳輸方式。

圖3 地質災害監測數據編碼體系

4 地質災害多維異構監測數據集成

剪1 cm2大小的橡膠草葉片、葉柄接種至MS+6-BA 1 mg/L+NAA 0.5 mg/L固體培養基上進行培養，待其培養至15 d左右，發現葉片四周分化形成具有生長節基點的幼苗，而葉柄兩端快速分化形成較多結構緊實的愈傷組織（圖1A），與葉片相比容易誘導愈傷組織形成，原因有待進一步探究。挑選結構緊實的愈傷組織再次培養，將外植體脫分化形成的結構緊實的愈傷組織進行2次繼代培養，每隔5 d繼代1次，可得到結構松散、顏色為淡黃色或偏白的胚性愈傷組織（圖1B）。

物聯網基本體系結構包括感知層、網絡層與應用層，對應此3層架構體系，分別建立了相應的地質災害現場無線傳感網絡(WSN)、地質災害遠程監測數據傳輸網絡以及監測預警中心應用系統。分別對基于GPRS與無線傳感器網絡的地質災害監測遠程傳輸網絡進行深入分析，探索尋求一種合理的地質災害遠程監測數據傳輸方案。

地質災害監測數據傳輸網絡是由多種網絡所構成，是一種多維異構的網絡，因此必須考慮其相互融合及傳感器之間的協同工作問題，為了能夠很好解決在復雜的網絡條件下的實時監測數據集成問題，建立了圖3所示的地質災害監測數據編碼體系，以及圖4地質災害多維異構監測數據集成思路。從圖3可見，首先，對地質災害監測類型及其每種類型所對應的各種監測值進行編碼，建立統一識別的標志。任何一條監測數據都可以由一個18位的編碼來建立一種檢索關系，包括12位的地質災害隱患點編號，4位的監測點編號及2位的數據類型編號，根據此編碼體系則創建了災害點、監測數據、監測設備等多種信息之間的連接關系，不僅實現了多維異構網絡的監測數據集成，并且方便監測預警模型的分析與計算。

圖4 地質災害多維異構監測數據集成思路

5 結語

物聯網技術是以無線傳感器網絡為核心的一個綜合信息系統，它的出現不僅促進了傳統的生產、生活方式向著智能化方向轉變，并且為地質災害綜合監測自動傳輸網絡的建立提供了一種新思路。

圖4為地質災害多維異構監測數據集成思路，由于各種傳輸網絡條件下的監測數據接收終端存在較大差異，甚至工作方式與數據格式都完全不一樣。因此，為了能夠兼容多種傳感器，實現其協同工作，而又不對數據采集儀、傳輸網絡及接收終端做出較大改動，根據建立的地質災害監測數據編碼體系，通過開發監測數據異構集成終端系統服務，實現監測數據的同步接收，并直接匯聚于監測數據庫，便于地質災害監測預警分析。

構建一個較全面的的地質災害監測數據的編碼體系，開發一套監測數據集成的終端系統服務，解決多維異構網絡監測數據集成問題，實現各傳感器之間協調一致地工作，并將監測到的各類數據直接匯總到監測數據庫，便于日后的預警分析。