CN205091884U - 一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统 - Google Patents

一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，包含数据处理中心、协调器节点、由多个终端节点组成的前端无线传感器网络，所述前端无线传感器网络通过协调器节点连接数据处理中心，本实用新型将无线传感网、物联网等技术应用到城市防汛，从而全面地感知监测区域的多维数据，实现动态预警的同时提高了预警准确性；系统具有高集成度、高精度、全天候自动化实时监测与自动预警的能力，同时还具有监测范围大、部署灵活的特点；本实用新型可有效地利用监测数据，提高信息预警和应急指挥能力，为市政防汛或交通等部门提供决策支持。

Description

一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统
技术领域
本实用新型涉及一种智能城市防汛系统，尤其涉及一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，属于智能城市防汛控制领域。
背景技术
在强降雨的诱发下，滑坡、崩塌、泥石流、塌陷等地质灾害经常发生，资料表明，由暴雨诱发的地质灾害的概率约占85％，其中近95％的滑坡等地质灾害发生在暴雨开始的10小时以后，86％的滑坡等地质灾害发生在强降雨开始的24小时以后。无论在暴雨过后多长时间发生地质灾害，往往和监测区域的有效降水量、河道水流情况、地质条件等密切相关。由于滑坡等地质灾害具有突发性、随机性，以及短时间内能造成巨大损失的特点，传统模型并不能实时准确地预测监测区域的危险系数。
近年来，城市暴雨出现突发和多发态势，导致城市内涝问题突出，威胁城市的正常运行，造成生命和财产的巨大损失。随着城市降雨积水监测网的建立，动态实时了解各地的降雨和积水情况成为可能。但是目前监测网数据仅用于实时信息的发布和展示，缺乏对这些时序数据的深度分析挖掘，造成了监测系统“只监不控”的局面(赵冬泉等,2012)。本文基于降雨积水的时序监测数据开展积水的短时预测研究，根据积水时间自相关性、降雨空间相关性以及降雨积水的互相关性，建立降雨积水的时空自相关移动平均模型(Spatial-TemporalAutoRegressiveandMovingAverage,STARMA)(王佳璆等,2012)，对城市暴雨积水点积水过程进行短时预测。该研究可有效地利用监测数据，提高信息预警和应急指挥能力，为市政防汛或交通等部门提供决策支持。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，包含数据处理中心、协调器节点、由多个终端节点组成的前端无线传感器网络，所述前端无线传感器网络通过协调器节点连接数据处理中心，所述终端节点包含传感器模块、第一处理器模块、第一ZigBee通信模块和第一能量供应模块，所述传感器模块和第一ZigBee通信模块连接在第一处理器模块的相应接口上，所述第一能量供应模块分别与传感器模块、第一处理器模块、第一ZigBee通信模块连接；所述协调器节点包含GPRS数据收发模块、第二处理器模块、第二ZigBee通信模块、第二能量供应模块，所述GPRS数据收发模块、第二ZigBee通信模块分别与第二处理器模块连接，所述第二能量供应模块分别与传感器模块、第二处理器模块、第二ZigBee通信模块连接。
作为本实用新型一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统的进一步优选方案，所述传感器模块包含依次连接的液位传感器和模数转换模块。
作为本实用新型一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统的进一步优选方案，所述第一ZigBee通信模块和第二ZigBee通信模块都包含依次连接的网络层模块、MAC模块和无线收发器。
作为本实用新型一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统的进一步优选方案，所述第一处理器模块和第二处理器模块均采用了ATMEL公司生产的ARM9芯片AT91RM9200。
作为本实用新型一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统的进一步优选方案，所述液位传感器选用LSF-2.5型液位传感器。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本实用新型将无线传感网、物联网等技术应用到城市防汛，从而全面地感知监测区域的多维数据，实现动态预警的同时提高了预警准确性；系统具有高集成度、高精度、全天候自动化实时监测与自动预警的能力，同时还具有监测范围大、部署灵活的特点；
2、本实用新型可有效地利用监测数据，提高信息预警和应急指挥能力，为市政防汛或交通等部门提供决策支持；
3、本实用新型利用传感器网络实时感知监测区域的多种指标，对降雨型滑坡等地质灾害进行相对准确预报有效预防和避免了地质灾害，保护人民生命财产安全；
4、本实用新型采用了ATMEL公司生产的ARM9芯片AT91RM9200，由于AT91RM9200处理器具有丰富的系统与应用外设及标准的接口，因此根据应用的需要很容易就可实现功能模块的扩展，有效的提高了工作效率。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构图；
图2是本实用新型终端节点的结构图；
图3是本实用新型协调器节点的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
本实用新型的具体实施方式如下：
如图1所示，一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，包含数据处理中心、协调器节点、由多个终端节点组成的前端无线传感器网络，所述前端无线传感器网络通过协调器节点连接数据处理中心；
如图2所示，所述终端节点包含传感器模块、第一处理器模块、第一ZigBee通信模块和第一能量供应模块，所述传感器模块和第一ZigBee通信模块连接在第一处理器模块的相应接口上，所述第一能量供应模块分别与传感器模块、第一处理器模块、第一ZigBee通信模块连接；
如图3所示，所述协调器节点包含GPRS数据收发模块、第二处理器模块、第二ZigBee通信模块、第二能量供应模块，所述GPRS数据收发模块、第二ZigBee通信模块分别与第二处理器模块连接，所述第二能量供应模块分别与传感器模块、第二处理器模块、第二ZigBee通信模块连接。
其中，所述传感器模块包含依次连接的液位传感器和模数转换模块，所述第一ZigBee通信模块和第二ZigBee通信模块都包含依次连接的网络层模块、MAC模块和无线收发器，所述第一处理器模块和第二处理器模块均采用了ATMEL公司生产的ARM9芯片AT91RM9200，所述液位传感器选用LSF-2.5型液位传感器。
本实用新型将无线传感网、物联网等技术应用到城市防汛，从而全面地感知监测区域的多维数据，实现动态预警的同时提高了预警准确性；系统具有高集成度、高精度、全天候自动化实时监测与自动预警的能力，同时还具有监测范围大、部署灵活的特点；本实用新型可有效地利用监测数据，提高信息预警和应急指挥能力，为市政防汛或交通等部门提供决策支持；本实用新型利用传感器网络实时感知监测区域的多种指标，对降雨型滑坡等地质灾害进行相对准确预报有效预防和避免了地质灾害，保护人民生命财产安全；本实用新型采用了ATMEL公司生产的ARM9芯片AT91RM9200，由于AT91RM9200处理器具有丰富的系统与应用外设及标准的接口，因此根据应用的需要很容易就可实现功能模块的扩展，有效的提高了工作效率。
所述网络节点是一个微型嵌入式系统，是构成数据采集与信息传输系统的基本单元，它能在较小的体积内集成多种功能，如数据采集、信息处理和无线数据收发等功能。网络节点一般由第一处理器模块、第一ZigBee通信模块、第一能量供应模块、传感器模块等模块构成。其中传感器模块作为整个系统的“感知器官”，负责监测区域内信息的采集和数据转换；第一处理器模块作为整个节点的“大脑”，主要负责对传感器模块、第一ZigBee通信模块的控制及整个节点的协调等；第一ZigBee通信模块作为网络节点的“耳朵+嘴巴”，负责与其他网络节点进行无线数据通信。第一能量供应模块则是节点的“心脏”，为网络节点的各个组成部分提供足够的动力和能量。
根据实际功能需求及部署特点，采用星型的无线网络分布模型，具有组网简单快捷、数据传输快等特点。在该模型下只需设计两类节点：终端节点和协调器节点。其中，协调器节点负责收集小范围内终端节点所采集的数据信息，而终端节点主要负责信息采集并实时发送至协调器节点。在网络节点的能量供应设计方面，由于协调器节点既要负责收集整个ZigBee网络的信息，又要将数据包通过GPRS模块转发出去，需要较大的功率，可采用太阳能或线路供电等模式。而终端节点只需要定时将采集的数据包发送至协调器节点，然后就迅速进入睡眠状态，其功率较小，可采用电池单独供电，或者通过线路与协调器节点共用供电系统。
在监测区域选择性部署电子自动雨量计，并在由于暴雨已发生滑坡、泥石流所经河道的水坝前设置多个孔洞，每个孔洞下端部署一个液位传感器，在不同深度部署数个液体流速传感器，实时采集监测区域降雨及河道水流信息。同时，在易发断层裂缝处部署多个缝距传感设备，测量地表裂缝分割体之间相对张开、闭合、位错及垂直向升降的变化量，从而全面感知监测区域的降雨量的动态变化，进而有效的完成防汛警报。有效的通过液位监测传感器有效的获取降雨量的动态变化，进而有效的完成防汛警报。
所述液位传感器选用LSF-2.5型液位传感器，其中“L”表示光电的，“S”表示传感器，“F”表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。LSF系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量，应用此原理可制成单点或多点液位开关，LSF光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。
为了提高系统工作效率，本实用新型采用了ATMEL公司生产的ARM9芯片AT91RM9200。由于AT91RM9200处理器具有丰富的系统与应用外设及标准的接口，因此根据应用的需要很容易就可实现功能模块的扩展。该芯片融合了ARM920TARMThumb处理器特性：工作于180MHz时性能高达200MIPS，存储器管理单元，16KB的数据缓存，16KB的指令缓存，写缓冲器，含有调试信道的内部仿真器，中等规模的嵌入式宏单元结构；低功耗：VDDCORE电流为30.4mA，待机模式电流为3.1mA；附加的嵌入式存储器：SRAM为16KB；ROM为128KB；外部总线接口：支持SDRAM，静态存储器，BurstFLASH，无缝连接的CompactFlashSmartMedia及NANDFLASH；提高性能而使用的系统外设：2个有双PLL的片上振荡器，低速的时钟操作模式与软件功耗优化能力，4个可编程的外部时钟信号，调试单元、两线UART并支持调试信道，有8个优先级的高级中断控制器，独立的可屏蔽中断源，伪中断保护，7个外部中断源及1个快速中断源，有122个可编程I/O口线的4个32位PIO控制器，各线均有输入变化中断及开漏能，20通道的外设数据控制器；10/100Base-T型以太网卡接口：独立的媒体接口或简化的独立媒体接口，对于接收与发送有集成的28BFIFO及专用的DMA通道；USB2.0全速主机双端口：双片上收发器：集成的FIFO及专用的DMA通道；USB2.0全速器件端口：片上收发器，2KB可配置的集成FIFO；多媒体卡接口：自动协议控制及快速自动数据传输，与MMC及SD存储器卡兼容，支持2个SD存储器；主机/从机串行外设接口：8～16位可编程数据长度，可连接4个外设；所有数字引脚的IEEE1149.1JTAG边界扫描。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，其特征在于：包含数据处理中心、协调器节点、由多个终端节点组成的前端无线传感器网络，所述前端无线传感器网络通过协调器节点连接数据处理中心，所述终端节点包含传感器模块、第一处理器模块、第一ZigBee通信模块和第一能量供应模块，所述传感器模块和第一ZigBee通信模块连接在第一处理器模块的相应接口上，所述第一能量供应模块分别与传感器模块、第一处理器模块、第一ZigBee通信模块连接；所述协调器节点包含GPRS数据收发模块、第二处理器模块、第二ZigBee通信模块、第二能量供应模块，所述GPRS数据收发模块、第二ZigBee通信模块分别与第二处理器模块连接，所述第二能量供应模块分别与传感器模块、第二处理器模块、第二ZigBee通信模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，其特征在于：所述传感器模块包含依次连接的液位传感器和模数转换模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，其特征在于：所述第一ZigBee通信模块和第二ZigBee通信模块都包含依次连接的网络层模块、MAC模块和无线收发器。
4.根据权利要求1所述的一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，其特征在于：所述第一处理器模块和第二处理器模块均采用了ATMEL公司生产的ARM9芯片AT91RM9200。
5.根据权利要求2所述的一种基于暴雨预测模型的智能城市防汛系统，其特征在于：所述液位传感器选用LSF-2.5型液位传感器。
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