基于RFID的山洪地质灾害智能监测预警系统

引 言

随着科技的发展，目前人们已经可以较准确地预报天气、空气质量、河流水位等自然现象，但是山洪地质灾害是局部地区特殊的地质环境与短期内的降水情况相结合产生的，具有多发、易发、突发、破坏性大等特点，严重危害当地居民的生命财产安全，在不同的地点利用自动识别技术，借助软件平台，快速收集和准确分析各类相关的数据信息，可以提前预警， 使损失减到最小。

1 RFID技术

1.1 RFID原理

当前，自动识别技术是利用信息技术自动获得数据信息的一门新型技术，已经在各行各业中得到广泛的应用。射频识别（RFID）是当前应用比较广泛的一种识别技术，除此之外， 识别技术还有磁条识别技术、生物识别技术和条形码识别技术等。不同的识别技术其差异主要体现在对识别码的存储和解析上，每种识别技术都有其自己独有的应用范围。

RFID 的工作原理是：RFID 识别器利用天线与标签（目标）之间无需进行光学或机械式的接触，主要通过无线电讯号进行识别，在读写器的识读有效范围内发现特定目标后，会自动存储和发送发现的目标信息，将对数据信息的处理和判断交给系统端完成。其原理如图１所示。

1.2 RFID的选型

RFID 的种类很多，可以根据需要应用在不同的场合。影响RFID 的主要技术参数有以下几种：

(1) 工作频率，主要决定了 RFID的应用范围、成本和可行性。

(2) 作用距离，主要决定写读器与目标之间的有效距离。

(3) 安全性，主要指读写器的身份识别和数据加密。

(4) 识别能力，在有效的范围内，对目标的识别和判断能力。

对于山洪地质灾害智能监测预警来说，RFID 设备的选型，应该具有以下几个具体要求：

(1) 由于设备需要安装在户外，能够适应该地区天气温度和湿度的变化，可以在极端恶劣的自然天气下正常工作。

(2) 为了提高识读性，监测目标与写读器之间要留有一定的距离。另外，设备安装在户外的山体中，为了避免被动物或山洪破坏，在确保有效距离的同时，需要对读写器采用一定保护措施。

(3) 山体中可以在任何地方出现山洪地质灾害，需要对多目标进行监测，因此写读器的数据存储量要足够大。

根据山洪地质灾害的需要，可以在不同地段安装RFID 识别设备，本文根据实际需求，采用NRF24LE1 型号，工作频率为 2.4 GHz，识别距离可达 90 米，最大传输速率可达到Mb/s，采用 GFSK调制模式，可以同时识别 200个以上目标。

2 山洪地质灾害智能监测预警系统的设计

2.1 系统设计原则

山洪地质灾害智能监测预警系统的设计要遵循一定的原则，在此原则上进行系统的研发，提高系统的最大利用率。其原则主要有：

(1) 坚持以人为本的根本原则，将人民群众的生命财产安全考虑放在第一位。在山洪易发地区，一般情况下，人口相对比较集中居住在平地上，山洪地质灾害可能在极短时间内造成巨大损害。预警系统要实时监测、及时预警、快速转移， 使损害降至最低。

(2) 坚持以科学依据为准绳。要结合当地的实际情况， 与水利部门、地质部门进行详细的沟通，借助当前气象、水利测量设备，以其他地区成功的案例为借鉴，不断总结完善山洪预警系统。

(3) 坚持设计规范化。山洪地质灾害的预警系统不是一蹴而就的工程，而是不断完善、不断细化的系统。在设计中， 无论是硬件设备的选择、软件开发，还是通信协议，都要严格按照国家规定要求，这样即有利于系统的维护，又可以在此基础上对工程进行升级和更新，使之具有更为强大的功能。

2.2 水雨情监测

监测雨情和水情要与山洪地质灾害易发区的实际地理、地质特点相结合，对于信息的收集一方面要依靠当地雨量自动站、气象部门等，另外要充分发挥 RFID 设备的作用，当前地方上常用的水雨情测量有：

(1) 自动水位站

自 动水位站是在无需人员控制的情况下，将河水的水位情况通过实时传输的方式给服务器，是山洪预警的第一手资料。

(2) 自动雨量站

自动雨量站也是在无人值守的情况下，自动将采集的雨量信息实时传递给服务器，采用上报——确认的方式。

(3) 气象站

气象站作为整个地区气象的管理监测中心，人工、自动两种方式对当地的风向、雨量、温度等进行准确地预测，为预警工作提供最可靠的资料。

2.3 系统总体结构

根据我国山洪地质灾害区域的分析，大部分集中在山区， 结合山洪和泥石流发生时伴随的自然现象，预警系统要与当地的水利部门和气象部门的信息充分共享，另外要能够实时接收RFID 所传送的数据。其系统的总体结构如图 2 所示。

如图 2 所示，整个系统分为雨水情监测系统和预警系统， 其中雨水情监测系统主要是对水雨信息的监测，主要来源于气象部门和RFID 两部分，将测量的数据通过无线网络和有线传输两个渠道实时传输给预警系统，以确保数据信息的实时性、准确性和无差错。预警系统主要是对信息的汇总和查询，能够第一时间对所收集的信息进行分析，假如出现危险的情况， 能够在第一时间向有关部门和人员发出明显的警报，确保危险区域内的人身安全。

根据总体设计，将整个山洪地质灾害智能监测预警系统划为以下几个功能模块，具体如图 3 所示。

3 系统实现

本文的系统采用 B/S 和 C/S 相结合的模式，对于信息的 发布和查询采用 B/S 模式，而对于信息的采集和存储采用 C/S 模式。

在本文中，对于信息的采集至关重要，由于采用无线和 有线两种通道同时传输，信息的发送和接收，特别是 RFID 设 备与计算机之间的兼容，要采用统一的协议进行传输，其 IP 地址和端口要保持一致。其核心代码如下：

4 结 语

本文对山洪地质灾害智能监测预警系统进行研究，由于 山洪地质灾害的突发性和破坏性非常大，对民众的危害无法 估计，建立强大的预警系统可以有效地降低损失。本文对系 统的总体设计和部分实现代码进行了分析，但由于篇幅所限， 对于 RFID 的选择、核心模块的具体实现没有给出，希望大家 共同交流。