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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2010年
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边坡数字无线监测系统关键技术研究

刘绍波  
【摘要】: 在目前的边坡监测中,大多数都采用有线方式进行数据传输,这种方式给监测带来了很多不便。虽然有些边坡采用了GPRS无线传输技术,但是这种监测方式只能针对少数节点或参数单一的边坡监测,存在很大局限性。 针对上述问题,本文以多测点、多参数的边坡监测为研究对象,采用了无线传感器网络技术进行数据传输,主要研究了适合边坡监测的网络节点路由协议、网络内部数据融合算法以及网络远程数据传输的问题,主要研究内容和研究成果概括如下: 1.提出了一种基于ZigBee无线通信技术的为基础的边坡监测无线传输方案,该技术方案具有功耗低、可扩展性好、自组网和可自我修复能力强、网络容量大、节点成本和运营成本比较低等优点,比蓝牙、WiFi、移动通信等无线技术更有优势,可以满足多测点、多变量的边坡监测无线传输要求。 2.设计了一种基于改进APTEEN协议的边坡监测网络路由算法,该路由算法融合了GEAR协议的地理位置信息路由优点,同时具有APTEEN协议的响应型和主动策略型两种数据传输机制以及“非簇头节点——簇头节点——Sink节点”的多级节点管理策略的优点,适合边坡监测节点布设特点。为了验证算法的可行性,采用著名开源仿真软件OMNeT++模拟,结果表明该算法的有效性和可扩展性。 3.设计了一种基于改进集中式Kalman滤波的边坡监测网络数据融合算法,该算法充分利用了边坡路由协议中监测数据在簇头节点和Sink节点集中的特点,在簇头节点和Sink节点实现集中式数据融合操作,大大提高了数据融合效率,减少监测数据误差。为了验证算法的可行性,采用MATLAB软件进行模拟,证明了该算法的有效性和误差修正功能。 4.提出了基于移动通信网络和基于WiFi/Internet网络的两种边坡监测远程数据传输方案,详细描述了两种方案的数据发送流程以及数据帧封装。这两种方案都能有效弥补ZigBee远程数据传输的不足,可以实现从监测现场到远程监控中心的数据传输。
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