Nghiên cứu Khoa học

Thiết kế hệ thống phát hiện lở đất

HỆ THỐNG PHÁT HIỆN LỞ ĐẤT

Hệ thống bao gồm 3 phần:

Phần 1: Node cảm biến

Các node cảm biến được đặt ở thực địa, đo đạc các thông số: Độ ẩm đất, lượng mưa, độ rung động trong đất. Trong đó, cảm biến đo độ rung động và độ ẩm đất đóng vai trò quan trọng hơn cả. Cảm biến đo độ ẩm cho biết được đặc tính nhão của lớp đất, trong khi cảm biến đo độ rung cho phép thăm dò các xung động giữa các lớp đất với nhau. Dựa vào 2 thông số này, ta có thể dự báo sự cố sạc lở đất rất chính xác. Ngoài ra, cảm biến đo lưu lượng mưa có thể thêm vào hệ thống để củng cố dữ liệu từ cảm biến đo độ ẩm và cung cấp thêm thông tin để tính toán các xác suất xảy ra sự cố sạt lở đất.

Số lượng node cảm biến là không hạn chế, được phân bố rải rác ở các khu vực có nguy cơ sạt lở đất. Mật độ lắp đặt các node cảm biến phụ thuộc vào 2 yếu tố chính:

1. Thứ nhất là khoảng cách truyền thông của các module giao tiếp RF trong mạng cảm biến không dây. Thông thường các module RF công nghiệp có khả năng giao tiếp trong phạm vi từ 2 đến 10km. Module có khoảng cách truyền thông càng thấp thì mật độ lắp đặt các node cảm biến phải càng cao.
2. Thứ hai là độ tin cậy của hệ thống. Hệ thống càng có nhiều node cảm biến thì số liệu thu thập được càng lớn, càng tin cậy hơn, mật độ node cảm biến càng dày thì khả năng đưa ra các thông báo giả càng thấp. Tuy nhiên, để giá thành hệ thống không bị đẩy lên quá cao, mật độ cảm biến thường không quá dày, chỉ cần đảm bảo khoảng cách truyền thông để dữ liệu được liên tục.

Số lượng các node cảm biến được lắp đặt phụ thuộc vào diện tích khu vực cần giám sát. Diện tích càng lớn thì số lượng các node cảm biến phải càng nhiều để đảm bảo tính chính xác của hệ thống cảnh báo. Kết cấu địa chất của sườn núi (loại đất, độ dốc sườn núi, kết cấu đất đá…các thông số này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ mảng địa chất bị sạt lở) cũng là một thông số cần quan tâm. Trong trường hợp kết cấu địa chất phức tạp, không đồng đều trong một khu vực thì ta cần lắp đặt nhiều node sensor hơn.

Các node cảm biến truyền thông không dây với trạm thu thập dữ liệu theo mô hình mạng cảm biến không dây, dữ liệu được thu thập và định tuyến hợp lý đến Sink Node. Các giao thức truyền thông không dây thông dụng bao gồm Zigbee, LoRa hoặc SMS. Trong những năm gần đây, nhờ vào đặc tính ưu việt của mình, LoRa thường được sử dụng trong các ứng dụng quan trắc môi trường hay phát hiện sớm thiên tai.

Về cấu trúc phần cứng, mỗi node cảm biến bao gồm bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ thu phát không dây và nguồn điện. Về cấu trúc phần mềm, ngoài chức năng đo đạc và truyền thông, hệ thống còn có các bộ lọc nhiễu số, đảm bảo tín hiệu cảnh báo luôn chính xác (tránh nguy cơ cảnh báo nhầm do nhiễu nội tại của thiết bị).

Trên thực tế, các hệ thống cảnh báo sạt lở đất đã được triển khai như WINSOC, AMRITA…, người ta lắp đặt từ 20 đến 25 node cảm biến (số lượng cảm biến từ 50 đến 150) trên diện tích khảo sát 50 km².

Phần 2: Sink Node và báo động tại chỗ

Phần này có 2 chức năng chính: Thu thập dữ liệu từ các node cảm biến bằng Sink Node và đưa ra các báo động bằng hệ thống báo động tại chỗ. Dữ liệu từ các node cảm biến được thu thập tại Sink Node và phân tích nhanh các thông số quan trọng tại đây. Thông thường, các dữ liệu này sẽ được chuyển về trạm xử lý trung tâm để đưa lên server đám mây phục vụ lưu trữ và phân tích trên cơ sở dữ liệu lớn. Còn trong trường hợp hệ thống phát hiện được nguy cơ sạt lở đất cao, cơ cấu báo động tại chỗ đặt ngay tại vị trí chân núi hoặc các con đường xuyên núi sẽ liên tục phát tín hiệu cảnh báo. Các thông tin báo động bao gồm LED/Loa công suất cao, được phát liên tục để thu hút sự chú ý của người dân trong khu vực liền kề lở đất.

 

Phần 3: Trạm xử lý trung tâm và báo động từ xa

Trạm xử lý trung tâm nhận dữ liệu từ Sink Node, đồng bộ dữ liệu lên Server thông qua Wifi hoặc 4G. Hệ thống báo động từ xa đặt ở các khu dân cư lân cận có nguy cơ bị ảnh hưởng bởi lở đất cũng được kích hoạt. Thông tin báo động sẽ được phát trực tiếp trên diện rộng qua Loa trong khu dân cư, đồng thời tin nhắn SMS/Call/Mail sẽ được gửi đến các cơ quan chức năng để kịp thời có các phản ứng.

Vị trí lắp đặt hệ thống phát hiện lở đất

Chú thích:

- 1. Các Node cảm biến,

- 2. Sink Node

- 3. Hệ thống xử lý trung tâm

Các tin khác

• Giới thiệu Contrast và Brightness trong ảnh số
• XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GAME 2D ĐA NỀN TẢNG VỚI COCOS2D-X GAME ENGINE
• ĐIỀU KHIỂN BÀN PHÍM PS2 SỬ DỤNG FPGA
• Chương trình điều khiển máy cho ca ăn tự động
• Mã QR code