基于WSN的废弃矿山垃圾填埋场边坡监测系统的研究

论文摘要

为解决垃圾围城和废弃矿山综合治理的难题,将废弃矿山作为垃圾填埋场是一种能够同时解决这两种问题的有效方法。然而由于废弃矿山高陡边坡的不稳定性,在使用过程中容易发生滑坡灾害,所以需要一种有效的监测手段对边坡的稳定进行监测和预测。本文选用GPS接收单元和无线传感器网络作为监测系统的核心,在监测点的安装固定方面设计一种固定装置,利用ANSYS分析验证了装置在受到较大外力情况下装置的稳定性。根据无线传感器网络数据传输的特点,建立网络模型,对网络的数据传输能耗进行分析计算,得出能量均衡条件下最小能量损耗的数据传输策略。同时,利用以CC2530为核心的ZigBee开发套件和GPS接收单元现场模拟系统实验。在不同土壤含水率条件下监测坡体滑坡位移,并将监测数据传输至计算机进行处理,利用MATLAB对数据进行拟合计算,得出土壤含水率与滑坡位移的变化规律,验证了系统的有效性。最后,采用基于全局信息的卡尔曼滤波对监测的GPS三坐标数据进行融合计算,并将融合结果与实测值进行对比,验证了这种融合算法能够准确地预测边坡位移的趋势,增加预测的精度。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 课题研究的目的和意义
• 1.1.2 研究目标
• 1.2 相关研究领域及其发展现状
• 1.2.1 监测方法的研究现状
• 1.2.2 监测数据传输方法的研究现状
• 1.2.3 无线传感器网络的研究进展
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的论文安排
• 2 废弃矿山垃圾填埋场边坡监测系统方案设计
• 2.1 废弃矿山垃圾填埋场的特点
• 2.2 废弃矿山垃圾填埋场边坡监测的目的
• 2.3 边坡监测的常用方法
• 2.4 废弃矿山垃圾填埋场监测参数的确定
• 2.5 基于边坡监测的无线传输技术
• 2.5.1 边坡监测系统要求及传输方式选择
• 2.5.2 数据无线传输技术分类
• 2.6 ZigBee无线传感网络的体系结构
• 2.6.1 网络结构
• 2.6.2 协议栈结构
• 2.7 本章小结
• 3 废弃矿山垃圾填埋场边坡监测的关键技术研究
• 3.1 边坡监测系统设计要求
• 3.2 边坡监测系统设计原则
• 3.3 监测设备的安装固定
• 3.3.1 传感器节点的固定装置
• 3.3.2 连接头的抗冲击分析
• 3.4 ZigBee无线传感器网络系统的优化
• 3.4.1 传感器网络路由及传感器能耗影响
• 3.4.2 系统模型的建立
• 3.4.3 能耗分析
• 3.4.4 数值结果和讨论
• 3.5 本章小结
• 4 现场模拟实验及数据结果的优化处理
• 4.1 现场实验
• 4.1.1 监测实验系统的建立
• 4.1.2 监测点数据传输的流程
• 4.1.3 实验结果及分析
• 4.2 监测数据融合
• 4.2.1 数据融合的起源
• 4.2.2 数据融合的分类
• 4.2.3 边坡监测的数据融合
• 4.2.4 卡尔曼滤波
• 4.2.5 数据的融合处理
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集