基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害多維異構(gòu)組網(wǎng)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成研究

(甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害具有點(diǎn)多、面廣、規(guī)模小、突發(fā)性強(qiáng)、危害性大等諸多特點(diǎn)，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅，同時(shí)也給區(qū)域生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境造成巨大破壞[1]。為了實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)預(yù)警，必須要面臨地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布控、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)慕M網(wǎng)以及多維異構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成等關(guān)鍵性問題[2]。因此，文章從物聯(lián)網(wǎng)的基本體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)技術(shù)出發(fā)，運(yùn)用組網(wǎng)思路來構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)自動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合到開發(fā)相關(guān)應(yīng)用程序中，以解決上述所提到的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警面臨的技術(shù)問題[3-4]，在此基礎(chǔ)上，研究如何改善原來地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)牟蛔悖_保地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)預(yù)警要求[5]。

1 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

一般而言，物聯(lián)網(wǎng)可視為一種非常復(fù)雜、形式多樣的的綜合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)[6]，根據(jù)信息的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)處理及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用過程可以把該網(wǎng)絡(luò)分為感知層(感知設(shè)備)、網(wǎng)絡(luò)層(網(wǎng)絡(luò)傳輸)及應(yīng)用層(應(yīng)用/中間件)，如圖1所示。

（2）地質(zhì)鉆探深度的充分程度未到達(dá)要求標(biāo)準(zhǔn)，在施工過程中，無法發(fā)現(xiàn)墓穴、廢棄河道，因此，在工程施工中沒有采取相應(yīng)的措施，對(duì)這些可能會(huì)對(duì)工程質(zhì)量造成影響的進(jìn)行處理。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖

2 地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)自動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)(圖2)，主要由3個(gè)部分組成，分別為：負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中心。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過各傳感器節(jié)點(diǎn)采集，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸，由中間路傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過匯聚節(jié)點(diǎn)接入現(xiàn)有的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)測(cè)預(yù)警中心。中心將對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，根據(jù)前面所描述的建立的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算分析，給出地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)的預(yù)警等級(jí)，為地質(zhì)災(zāi)害防治管理部門決策提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

3 地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸是建立地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)最主要的技術(shù)之一，當(dāng)前所采用的主要傳輸技術(shù)包括了GSM短信、GPRS/ CDMA、3G網(wǎng)絡(luò)、公網(wǎng)(Internet)、衛(wèi)星通信等。GSM短信是單點(diǎn)傳輸，費(fèi)用高且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，所以被廣泛采用，但是由于其對(duì)通信基站的依賴強(qiáng)，在通信繁忙或信號(hào)不好的情況下容易造成數(shù)據(jù)堵塞，傳輸延時(shí)，且在某些偏遠(yuǎn)地方還存在信號(hào)盲區(qū)等問題。3G網(wǎng)絡(luò)是結(jié)合了無線通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信的第三代的移動(dòng)通信技術(shù)，支持高速的數(shù)據(jù)傳輸。公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)傳輸速度較快，可以直接傳輸視頻信息，但是采用有線傳輸?shù)姆绞?，在山區(qū)等遠(yuǎn)距離條件下難以實(shí)現(xiàn)。 傳統(tǒng)衛(wèi)星通信可以實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，但是必須租用專門信道，成本較高。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以短報(bào)文方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具備衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)，且成本較低。為此，針對(duì)金川礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸要求，本文主要是通過對(duì)基于 GPRS與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行分析( CDMA、3 G網(wǎng)絡(luò)與 GPRS通信方式相似)，研究它們?cè)诘刭|(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，并從中尋找出一種最合理的地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程無線傳輸方式。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)編碼體系

4 地質(zhì)災(zāi)害多維異構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，待其培養(yǎng)至15 d左右，發(fā)現(xiàn)葉片四周分化形成具有生長節(jié)基點(diǎn)的幼苗，而葉柄兩端快速分化形成較多結(jié)構(gòu)緊實(shí)的愈傷組織（圖1A），與葉片相比容易誘導(dǎo)愈傷組織形成，原因有待進(jìn)一步探究。挑選結(jié)構(gòu)緊實(shí)的愈傷組織再次培養(yǎng)，將外植體脫分化形成的結(jié)構(gòu)緊實(shí)的愈傷組織進(jìn)行2次繼代培養(yǎng)，每隔5 d繼代1次，可得到結(jié)構(gòu)松散、顏色為淡黃色或偏白的胚性愈傷組織（圖1B）。

物聯(lián)網(wǎng)基本體系結(jié)構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，對(duì)應(yīng)此3層架構(gòu)體系，分別建立了相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)、地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)測(cè)預(yù)警中心應(yīng)用系統(tǒng)。分別對(duì)基于GPRS與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入分析，探索尋求一種合理的地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方案。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是由多種網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，是一種多維異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，因此必須考慮其相互融合及傳感器之間的協(xié)同工作問題，為了能夠很好解決在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)條件下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成問題，建立了圖3所示的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)編碼體系，以及圖4地質(zhì)災(zāi)害多維異構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成思路。從圖3可見，首先，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)類型及其每種類型所對(duì)應(yīng)的各種監(jiān)測(cè)值進(jìn)行編碼，建立統(tǒng)一識(shí)別的標(biāo)志。任何一條監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都可以由一個(gè)18位的編碼來建立一種檢索關(guān)系，包括12位的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)編號(hào)，4位的監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)及2位的數(shù)據(jù)類型編號(hào)，根據(jù)此編碼體系則創(chuàng)建了災(zāi)害點(diǎn)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備等多種信息之間的連接關(guān)系，不僅實(shí)現(xiàn)了多維異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成，并且方便監(jiān)測(cè)預(yù)警模型的分析與計(jì)算。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害多維異構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成思路

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為核心的一個(gè)綜合信息系統(tǒng)，它的出現(xiàn)不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)的生產(chǎn)、生活方式向著智能化方向轉(zhuǎn)變，并且為地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)自動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的建立提供了一種新思路。

圖4為地質(zhì)災(zāi)害多維異構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成思路，由于各種傳輸網(wǎng)絡(luò)條件下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接收終端存在較大差異，甚至工作方式與數(shù)據(jù)格式都完全不一樣。因此，為了能夠兼容多種傳感器，實(shí)現(xiàn)其協(xié)同工作，而又不對(duì)數(shù)據(jù)采集儀、傳輸網(wǎng)絡(luò)及接收終端做出較大改動(dòng)，根據(jù)建立的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)編碼體系，通過開發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異構(gòu)集成終端系統(tǒng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的同步接收，并直接匯聚于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，便于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警分析。

構(gòu)建一個(gè)較全面的的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的編碼體系，開發(fā)一套監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成的終端系統(tǒng)服務(wù)，解決多維異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成問題，實(shí)現(xiàn)各傳感器之間協(xié)調(diào)一致地工作，并將監(jiān)測(cè)到的各類數(shù)據(jù)直接匯總到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，便于日后的預(yù)警分析。