地质灾害监测RTU的软件设计与实现

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泥石流灾害一旦爆发往往带来巨大的人员伤亡和经济损失,给山区群众的生命财产造成严重威胁。我国山区地质条件复杂,泥石流灾害频发,依靠人工观测的传统手段无法进行全天候的有效监测。现有的泥石流预警装置对环境的适应性相对较差,测量参数也较为单一,相比国际上同类产品稳定性较低,野外恶劣工况下难以长期稳定工作。因此,有必要开发一种可在野外保持长期工作,可远程全自动全天候监控泥石流信息的监测设备。本文设计的地质灾害监测远程终端单元RTU能够根据泥石流灾害的演变、发展及其形成形态,对泥石流易发地的气象、水文、声音等数据进行采集,并进行智能分析与决策。本文的主要工作内容如下:(1)完成RTU设备端的软件设计,主要包括低功耗管理设计和传感器采集设计。为了使RTU长期工作在野外,本文从软件角度为RTU设计了低功耗管理模式,RTU系统可通过定时休眠唤醒以降低整体运行功耗。根据传感器信号输入类型分别对采集函数进行设计,针对不同传感器的工作特点设计不同的数据采集方式。(2)为了使RTU设备端采集数据发送至上位机,本文设计了基于4G通信和北斗短报文通信技术的双信道网络通信技术。其中北斗通信为辅助通信方式,4G通信作为RTU设备的主通信方式需要结合消息队列遥测协议MQTT,连接到阿里云平台来完成消息的发布和接收。(3)地灾RTU采集的数据最终会发送至上位机,当上位机采集到异常数据时系统需要自动发出预警。本文引入一种基于自编码器单分类学习的方法,对地灾RTU采集数据中的异常数据进行辨识。当发生泥石流灾害时,异常数据特征变化明显,系统将自动辨识出上报数据中的异常数据特征并发出预警信息。最后以汶川地区采集的降雨量信号和泥水位信号对自编码器算法进行仿真验证。本文最后利用搭建的RTU平台样机对RTU采集系统进行整体测试。首先对RTU设备端的低功耗模式进行测试。接着从传感器采集信号输入类型,以模拟量、开关量和RS485信号输入形式分别对各采集传感器进行测试。然后对RTU系统的双通道组网通信进行测试,通过对4G模块的测试,验证了整个采集系统的设计完整性和数据传输有效性。最后完成了异常数据状态的辨识测试,通过利用监测设备采集的降雨量数据对泥石流预警系统进行了测试,测试结果表明自编码器算法可以更好的辨识出采集数据中的异常数据。
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