đề tài nghiên cứu và xây dựng một số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất

Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I 12 TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT ĐẤT, CÁC HỆ ĐO MƯA VÀ 12 HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƯỢT ĐẤT 12 1.1 Tổng quan trượt đất 12 1.2 Các hệ thống đo mưa 14 1.2.1 Vũ kế 14 1.2.2 Hệ thống đo mưa WS-3000 15 1.2.3 Radar đo mưa 16 1.3 Một số tiêu chuẩn thiết kế hệ thống đo mưa 17 1.4 Hệ thống cảnh báo trượt đất 18 CHƯƠNG II 19 HỆ ĐO MƯA WS 3000 – MẠCH ARDUINO UNO R3 – MODUN GSM/GPRS – HIỂN THỊ LÊN MÁY TÍNH HOẶC WEB SERVER 19 2.1 Hệ đo mưa WS-3000 19 2.1.1 Cảm biến tốc độ gió (Anemometer) 20 2.1.2 Cảm biến đo hướng gió 20 2.1.3 Cảm biến đo lượng mưa (Pluviometer) 20 2.2 Mạch đo Arduino Uno R3 21 2.2.1.Lập trình phần mềm cho vi điều khiển AVR mạch Arduino 21 Uno R3 2.2.2.Căn chỉnh cảm biến 2.3 Giới thiệu Modun GSM giám sát GPRS Web 2.3.1.Modun SIM900 21 22 25 25 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất 2.3.2.Truyền nhận liệu 28 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất 2.3.3 Truyền liệu GPRS 2.4 Hiển thị lên máy tính Web Server 30 33 CHƯƠNG III 35 XÂY DỰNG HỆ ĐO MƯA GIÁ RẺ 35 3.1 Thiết kế hệ thống 35 3.1.1 Giới thiệu phần cứng 36 3.1.2 Các khối chức mô tả hệ thống 39 3.1.3 Cách thức xác định ngưỡng đưa thông tin cảnh báo (rung chuông) thiết bị 41 3.2 Phân tích ưu, nhược điểm hệ thống CHƯƠNG IV 42 43 ỨNG DỤNG HỆ ĐO MƯA VÀO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƯỢT ĐẤT 43 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hiện trường vụ sạt lở đất quốc lộ 4D Lào Cai – SaPa… 13 Hình 1.2 Mặt cắt ngang mái dốc… 13 Hình 1.3 Hình ảnh vũ kế… 14 Hình 1.4 Hình ảnh hệ cảm biến WS-3000… 15 Hình 1.5 Ra-đa phát tín hiệu thu nhận xung phản hồi gặp mưa… 16 Hình 1.6 Hình ảnh sóng điện từ ra-đa phát 16 Hình 1.7 Minh họa việc lắp đặt hộp cảm biến kết nối thành mạng…18 Hình 2.1 Cảm biến đo tốc độ gió hệ WS 3000… 19 Hình 2.2 Cảm biến đo hướng gió hệ WS 3000… 20 Hình 2.3 Cảm biến đo lượng mưa hệ WS 3000… 20 Hình 2.4 Hình ảnh mạch ArduinoUno R3… 21 Hình 2.5 Cảm biến chuẩn WS-3000… 22 Hình 2.6 Hình ảnh biểu đồ chỉnh tốc độ gió… 23 Hình 2.7 Hình ảnh biểu đồ chỉnh hướng gió… 23 Hình 2.8 Hình ảnh biểu đồ chỉnh lượng mưa… 24 Hình 2.9 Hiển thị thơng số qua giao diện Arduino Uno R3… 25 Hình 2.10 Một số ứng dụng GSM 26 Hình 2.11 Kết nối SIM900 Vi điều khiển… 27 Hình 2.12 Cấu trúc mạng GSM 29 Hình 2.13 Modun SIM 900 GPRS… 31 Hình 2.14 Dữ liệu hiển thị lên webserver Hình2.15.Hiển thị thơng số đo lên máy tính qua Window Form 33 34 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống… 35 Hình 3.2 Bình chứa hệ đo mưa giá rẻ… 36 Hình 3.3 Các khối chức năng… 37 Hình 3.4 Cảm biến đo mức nước… Hình 3.5 IC LM358… 38 38 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 3.6 Chng báo động cho hệ đo mưa giá rẻ… 39 Hình 3.7 Mạch thu liệu cảm biến hệ đo mưa giá rẻ… 41 Hình 4.1 Mơ hình mặt cắt mái dốc… 43 Hình 4.2 Kết minh họa phân bố áp lực nước lỗ rỗng… 44 Hình 4.3 Hình ảnh hệ thống triển khai trường… 47 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ tiếng Anh Từ đầy đủ tiếng Việt WS Weather Station Trạm thời tiết ADC Analog-to-digital converter Chuyển đổi tương tự - số GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thơng tin di động tồn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ liệu di động dạng gói SIM Subscriber Identity Module Thẻ nhận dạng thuê bao di động DTMF Dual Tone Multi Frequency IVRS Interactive Voice Response Hệ thống đáp ứng tương tác MP3 Movie Picture Experts Group- Layer Định dạng nén âm CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor Cơng nghệ mạch tích hợp số dùng chất bán dẫn giàu oxit metal TTL Transistor – transistor - logic Cơng nghệ mạch tích hợp số dùng transistor lưỡng cực NSS Network switching SubSystem Phân hệ chuyển mạch BTS Base transceiver station Trạm thu phát gốc RSS Radio SubSystem Phân hệ vô tuyến BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc Mobile Equipment and Subscriber Identity Module Operation and Maintenance SubSystem Những thiết bị di động thẻ nhận dạng thuê bao di động HyperText Transfer Protocol Giao thức tải siêu văn MS OMS HTTP Phân hệ vận hành bảo dưỡng Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất UART Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter M2M Machine Machine Truyền thơng nối tiếp khơng đồng Phương thức tích hợp máy với máy Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất LỜI MỞ ĐẦU ❖ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hàng năm, nước ta số nước giới phải chịu nhiều trận thiên tai làm ảnh hưởng đến đời sống kinh tế - xã hội Trong số đó, trượt đất loại thiên tai tác động lớn đến sống người gây nhiều hậu nghiêm trọng [4] Hiện tượng trượt lở đất diễn khắp nơi toàn giới, thu hút nhiều quan tâm từ phủ nước, quan quản lý nhà khoa học tác động nghiêm trọng có xu hướng tăng dần Có nhiều nguyên nhân gây sạt lở đất tính chất đất khu vực, độ ẩm đất, mực nước ngầm áp lực nước lỗ trống lịng đất…Một ngun nhân chủ yếu khơng thể khơng kể đến lượng mưa Lượng mưa khu vực nhân tố ảnh hưởng trực tiếp làm cho độ ẩm đất tăng cao, mực ngước ngầm áp lực nước rỗng lớn dẫn đến trượt lở đất đá sườn đồi [7] Để kiểm soát lượng mưa, tránh thảm họa trượt đất gây ra, có nhiều hệ thống đo mưa gửi liệu cho trung tâm cảnh báo sạt lở Trong có số hệ đo mưa hiệu quả, xác, thêm vào khả truyền phát thông tin trung tâm cảnh báo sạt lở đất sử dụng mạng cảm biến không dây sử dụng tương đối rộng rãi [1].[5] Nó cho phép người giám sát thơng số lượng mưa hay nhiều thông số khác tính chất đất, thời tiết mơi trường cách dễ dàng Các thông số lượng mưa truyền trung tâm, dựa vào thuật toán khác ngành địa chất nhằm đưa thông tin cảnh báo sớm sạt lở đất, giúp người hạn chế tối đa thiệt hại người trượt đất gây Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất” ❖ MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Với đề tài này, số hệ đo mưa khác giới thiệu Sau đề tài tập trung nghiên cứu hệ đo mưa WS-3000 có khả đo lượng mưa Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất xác thêm thông số tốc độ gió, hướng gió Dữ liệu đầu hệ đo Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Thời điểm mực nước dâng đến vạch đo t1,mực nước h1 Công thức đưa cảnh báo sau: a Hàm cảnh báo y = 131e-0.013x, y cường độ mưa (mm/h), x lượng mưa tích lũy (mm) Trong trường hợp cụ thể y1 = (h1-h0)/(t1-t0); x1 = h1-h0 >131 e−0 013 x1 b Nếu y1 đưa cảnh báo, không tiếp tục quan trắc Thời điểm mực nước dâng đến vạch đo n thời điểm tn,mực nước hn Công thức đưa cảnh báo dựa theo kịch sau: For i=2 to n For j=1 to i-1 y = (hi-hj)/(ti-tj) ‘Chú ý: Khi j=1 h1=h0 t1=t0 x = hi-hj If y > 131e-0.013x then “Cảnh báo” Next j, i Bình đo mưa đầy nước kết thúc mưa, tháo nước bình reset lại Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 3.7 Mạch thu liệu cảm biến hệ đo mưa giá rẻ 3.2 Phân tích ưu, nhược điểm hệ thống Ưu điểm: Hệ thống có giá thành tương đối rẻ, dễ chế tạo, nhỏ gọn, sản xuất với số lượng lớn Nhược điểm: Hệ thống có độ xác chưa cao Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG HỆ ĐO MƯA VÀO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƯỢT ĐẤT Lượng mưa lớn dẫn đến độ ẩm đất tăng cao Độ ẩm đất tăng yếu tố quan trọng gây ổn định mái dốc [9] Các điểm trượt lở có quy mơ lớn có liên quan đến thay đổi độ ẩm nước lịng đất mà chế độ mưa đóng vai trị quan trọng Trượt đất thường xảy phạm vi khu vực có lượng mưa lớn gia tăng vào mùa mưa Quá trình xâm nhập nước mưa vào đất dẫn đến: - Mực nước ngầm dâng cao - Suy giảm cường độ kháng cắt đất - Hệ số ổn định mái dốc giảm Cơ chế phá hoại xảy theo dạng trượt nông trượt sâu, tuỳ thuộc vào chiều dày lớp đất thành phần độ chặt đất đặc tính mưa Do lượng mưa nguyên nhân chủ yếu gây trượt lở đất, nên sau đo thông số lượng mưa khu vực, nhiệm vụ phải xây dựng mơ hình mái dốc tương ứng với địa chất khu vực, sau mơ phỏng, xác định đưa ngưỡng an tồn xác Xác định xác ngưỡng an tồn điều quan trọng để hệ thống cảnh báo hoạt động tốt, đưa thơng tin cảnh báo sớm có ý nghĩa trước trượt đất diễn Trong lĩnh vực địa chất, quan tâm đến ổn định hệ số an toàn cho sườn đồi, sườn dốc người ta thường hay mơ hình hố, mơ dựa mái dốc phù hợp với địa chất khu vực cụ thể để tính tốn Sau đó, người ta đưa thơng số cho mơ hình mái dốc gần giống thông số sườn dốc cụ thể khu vực cần đặt hệ thống cảnh báo, sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính tốn hệ số ổn định yếu tố tác động cụ thể lượng mưa Sau có mối quan hệ lượng mưa hệ số ổn định mái dốc ta tính toán ngưỡng lượng mưa để đưa thơng tin cảnh báo Dưới ví dụ cho việc lựa chọn mơ hình mái dốc Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất thông số Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 4.1 Mơ hình mặt cắt mái dốc Sau chọn mơ hình, người ta thiết lập thơng số ảnh hưởng trực tiếp đến trượt lở cho mơ trọng lượng riêng, góc ma sát trong, hệ số thấm, lực liên kết lớp cát pha sét đất sét mái dốc cho qua phần mềm chuyên dụng với thuật tốn riêng để tính tốn hệ số an tồn Thơng thường người ta hay sử dụng phần mềm mô trượt đất gây mưa phần mềm Geostudio xây dựng cơng ty Geo-slope Canada [10] Thuật tốn phân tích cách tích hợp modun Vadose/W với modun Slope/W Modun Vadose/W dùng để giải toán thấm, bốc Kết tính tốn thấm modun Vadose/W dạng file áp lực nước lỗ rỗng, chuyển trực tiếp q trình tính sang modun Slope/W để phân tích ổn định mái dốc Việc mơ hình hố mơ để tìm ngưỡng an tồn cần thông Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất tin lượng mưa cường độ mưa vùng mưa kéo dài thời gian Thông số lượng mưa thông số đầu vào cho việc mơ tìm ngưỡng cảnh báo Ngồi ra, để đưa ngưỡng ổn định người ta cần tìm hiểu, nghiên cứu chế thấm lớp đất đá sườn dốc Đất, đá nứt nẻ lịng đất có cấu tạo hạt mơi trường rời rạc, phân tán có tính lỗ rỗng cao Sự chuyển động chất lỏng môi trường đất, đá nứt nẻ mơi trường xốp nói chung, gọi thấm Dựa vào mối quan hệ áp lực nước lỗ rỗng hàm lượng nước, người ta có sở để thiết lập chế thấm phân tích q trình thấm Sau thiết lập đầy đủ thơng số cho mơ hình, q trình mơ diễn nhằm tính tốn hệ số ổn định sườn dốc thay đổi thông số khác Kết nhiều nghiên cứu cho rằng, thơng số khác tính chất đất, lực liên kết, trọng lượng riêng…được cố định ta thấy thời gian mưa cường độ mưa tăng dẫn đến hệ số ổn định mái dốc giảm Ngồi phần mềm mơ cịn đưa hệ số ổn định cụ thể ứng với lượng mưa khác Hình 4.2 minh họa phân bố áp lực nước lỗ rỗng với mật độ mưa 12,6 mm/h Để hiểu ổn định lở đất, mô tiến hành với cường độ mưa khác để thu hệ số đánh giá an tồn Hình 4.2 Kết minh họa phân bố áp lực nước lỗ rỗng Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Việc đưa thơng tin cảnh báo hệ thống cảnh báo cịn phụ thuộc vào nhiều thông số đo từ loại cảm biến khác mối quan hệ lượng mưa hệ số ổn định sườn dốc sở quan trọng phục vụ cho hệ thống cảnh báo trượt đất [12-17] Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ Trong khóa luận này, tơi thiết kế hệ đo lượng mưa ứng dụng cho hệ thống cảnh báo sạt đất, sản phẩm chạy thử cho kết khả quan, hoạt động ổn định Về phần cứng, thiết kế hệ thống đo số mạch liên quan Ở mạch, chức nguyên lý hoạt động mạch nêu rõ Các linh kiên, thiết bị Modun lựa chọn kỹ để hệ thống có khả phù hợp yêu cầu đặt Phần cứng chế tạo, lựa chọn với tính tốn kỹ đạt chất lượng tốt Về phần mềm, tơi lập trình để vi điều khiển đọc tín hiệu cảm biến, đưa cơng thức chỉnh phù hợp, thiết kế giao diện để hiển thị thông số đo Luận văn phần dự án thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt đất sử dụng mạng cảm biến không dây – dự án môn vi điện tử khoa Điện tử Viễn thông –Trường ĐH Công Nghệ thực Hệ thống sử dụng để đo đạc triển khai thử nghiệm vài địa phương nước thường xuyên xảy tượng sạt lở đất đá Trên sở nghiên cứu lý thuyết chế tạo thành công hệ thống đo lượng mưa, cách tiếp cận luận văn hoàn tồn đo thơng số khác ảnh hưởng đến trượt đất Đo thông số khác từ cảm biến khác với cách thu thập liệu, xử lý liệu truyền thông tượng tự luận văn, ta hồn tồn tạo nên hệ thống mạng cảm biến không dây thu liệu đưa cảnh báo trượt đất sớm, làm giảm thiểu thiệt hại tượng sạt lở đất đá gây Sau thiết kế chế tạo, hệ thống triển khai thực tế để đo đạc lượng mưa số nơi Hình 4.3 hình ảnh hệ thống triển khai Hà Giang tháng 11 năm 2015 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 4.3 Hình ảnh hệ thống triển khai trường Dưới vài kiến nghị để phát triển thêm sản phẩm luận văn: ● Tối ưu hệ thống đo lượng mưa, giúp tăng độ xác giảm thiểu chi phí thuận lợi cho việc sử dụng có khả triển khai với số lượng lớn ● Nâng cao kiến trúc mạng để tiện lợi cho kết nối cảm biến với trạm trung tâm, thiết kế nhiều chế độ truyền thông khác để tối ưu mạng cảm biến không dây ● Đưa giải pháp nhằm tiết kiệm lượng cung cấp cho hệ thống cảnh báo trượt đất Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Phạm Anh Tuấn, Nghiên cứu thiết kế mạng cảm biến không dây phục vụ cảnh báo trượt lở đất Luận văn thạc sĩ Đại học Công nghệ, 2014 [2] Vũ Cao Minh Báo cáo tóm tắt: Nghiên cứu thiên tai trượt lở Việt Nam, 2000 [3] Nguyễn Văn Thìn Ảnh hưởng mưa đến ổn định mái dốc Trường Đại học Thuỷ lợi Tài liệu tiếng Anh [4] Petley D N., “The global occurrence of fatal landslides in 2007”, Geophysical research abstracts, vol 10, p 3, 2008 [5] Terzis A., Anandarajah A., Moore K., and Wang I., "Slip surface localization in wireless sensor networks for landslide prediction", In Proceedings of the 5th international conference on Information processing in sensor networks, 2006, vol 5, pp 109-116 [6] Ali A., Huang J., Lyamin A V., Sloan S W., Griffiths D V., Cassidy M J., and Li J H., “Simplified quantitative risk assessment of rainfall-induced landslides modeled by infinite slopes”, Engineering Geology, Vol 179, pp.102-116, 2014 [7] Collins B D., and Znidarcic D., Stability analyses of rainfall induced landslides, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 130(4), 2004, pp 362-372 [8] Fredlund, Delwyn G., and Harianto Rahardjo, Soil mechanics for unsaturated soils, John Wiley & Sons, 1993 [9] Mei-hai, Jin, Zhang Liang, and Zhang Le, "Research on Sliding Mechanism and Treatment Measure of Slope with Thick Accumulation Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Horizon under Rainfall Condition", Journal of Convergence Information Technology, Vol.8(8), 2013 [10] Tian Dong Fang, "A Slope Stability Analysis Method Based on Unsaturated Seepage of Slope and its Comparison with Geo-Seep Software", Applied Mechanics and Materials, Vol 540, 2014 [11] Do, D D., Nguyen, H V., Tran, N X., Ta, T D., Tran, T D., & Vu, Y V (2011, December) Wireless ad hoc network based on global positioning system for marine monitoring, searching and rescuing (MSnR) In Microwave Conference Proceedings (APMC), 2011 Asia-Pacific (pp 15101513) [12] Chinh D Nguyen, Tan D Tran, Nghia D Tran, Tue Huu Huynh, Duc T Nguyen, Flexible and Efficient Wireless Sensor Networks for Detecting Rainfall Induced Landslides, International Journal of Distributed Sensor Networks, 2015 [13] Tran Duc-Tan, Nguyen Dinh-Chinh, Tran Duc-Nghia, Ta Duc-Tuyen, Development of a Rainfall-Triggered Landslide System using Wireless Accelerometer Network, IJACT: International Journal of Advancements in Computing Technology, ISSN: 2005-8039, 2015 [14] Dinh-Chinh Nguyen, Duc-Tan Tran, "Development and implementation of a wireless sensor system for landslide monitoring application in Vietnam”, International Journal of Information and Communication Technology, 2015, [SCOPUS] [15] Dinh-Tuan Pham, Dinh-Chinh Nguyen, Van-Vinh Pham, Ba-Cuong Doan and Duc-Tan Tran, Development of a Wireless Sensor Network for Indoor Air Quality Monitoring, the 6th IEICE International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification (ICDV 2015), ISBN 97888552-300-7, 2015, pp 178-183 [16] Dinh-Chinh Nguyen, Duc-Nghia Tran, Tran Duc-Tan, Application of Compressed Sensing in Effective Power Consumption of WSN for Landslide Scenario, Asia Pacific Conference on Multimedia and Broadcasting, pp 111115, April 2015 [17] Nguyen Dinh Chinh, Tran Duc Nghia, Le Ngoc Hoan, Ta Duc Tuyen, Pham Anh Tuan,Tran Duc Tan, Multi-sensors integration for landslide monitoring application, VNU Journal of Science – Natural Science and Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Technology, Vol 30, No 6S-B, 2014, pp 202-210 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Website tham khảo https://www.arduino.cc/ http://www.libelium.com http://automation.net.vn/ http://www.dientuvietnam.net/ www.dweet.io www.freeboard.io https://dweet.io/follow/untilvinh Truyền liệu GPRS 30 Hiển thị lên máy tính Web Server 33 CHƯƠNG III 35 XÂY DỰNG HỆ ĐO MƯA GIÁ RẺ 35 Thiết kế hệ thống 35 Giới thiệu phần cứng 36 Các khối chức mô tả hệ thống 39 Cách thức xác định ngưỡng đưa thông tin cảnh báo (rung chng) thiết bị Phân tích ưu, nhược điểm hệ thống 42 CHƯƠNG IV 43 ỨNG DỤNG HỆ ĐO MƯA VÀO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƯỢT ĐẤT 43 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 41 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hiện trường vụ sạt lở đất quốc lộ 4D Lào Cai – SaPa… 13 Hình 1.3 Hình ảnh vũ kế… 14 Hình 1.5 Ra-đa phát tín hiệu thu nhận xung phản hồi gặp mưa… 16 Hình 1.7 Minh họa việc lắp đặt hộp cảm biến kết nối thành mạng…18 Hình 2.1 Cảm biến đo tốc độ gió hệ WS 3000… 19 Hình 2.3 Cảm biến đo lượng mưa hệ WS 3000… 20 Hình 2.5 Cảm biến chuẩn WS-3000… 22 Hình 2.7 Hình ảnh biểu đồ chỉnh hướng gió… 23 Hình 2.9 Hiển thị thông số qua giao diện Arduino Uno R3… 25 Hình 2.11 Kết nối SIM900 Vi điều khiển… 27 Hình 2.13 Modun SIM 900 GPRS… 31 Hình2.15.Hiển thị thơng số đo lên máy tính qua Window Form 34 Hình 3.2 Bình chứa hệ đo mưa giá rẻ… 36 Hình 3.4 Cảm biến đo mức nước… 38 Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 3.6 Chuông báo động cho hệ đo mưa giá rẻ… 39 Hình 3.7 Mạch thu liệu cảm biến hệ đo mưa giá rẻ… Hình 4.1 Mơ hình mặt cắt mái dốc… 43 Hình 4.2 Kết minh họa phân bố áp lực nước lỗ rỗng… 44 Hình 4.3 Hình ảnh hệ thống triển khai trường… 41 47 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU KẾT CẤU LUẬN VĂN CHƯƠNG I Tổng quan trượt đất Hình 1.1 Hiện trường vụ sạt lở đất quốc lộ 4D Lào Cai - SaPa Hình 1.2 Mặt cắt ngang mái dốc Các hệ thống đo mưa Vũ kế Hình 1.3 Hình ảnh vũ kế Hệ thống đo mưa WS-3000 Hình 1.4 Hình ảnh hệ cảm biến WS-3000 Radar đo mưa Hình 1.5 Ra-đa phát tín hiệu thu nhận xung phản hồi gặp mưa Hình 1.6 Hình ảnh sóng điện từ ra-đa phát Một số tiêu chuẩn thiết kế hệ thống đo mưa Hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 1.7 Minh họa việc lắp đặt hộp cảm biến kết nối thành mạng CHƯƠNG II Cảm biến tốc độ gió (Anemometer) Cảm biến đo hướng gió Hình 2.2 Cảm biến đo hướng gió hệ WS 3000 Cảm biến đo lượng mưa (Pluviometer) Hình 2.3 Cảm biến đo lượng mưa hệ WS 3000 Mạch đo Arduino Uno R3 Lập trình phần mềm cho vi điều khiển AVR mạch Arduino Uno R3 Hình 2.4 Hình ảnh mạch ArduinoUno R3 Căn chỉnh cảm biến Hình 2.5 Cảm biến chuẩn WS-3000 Hình 2.6 Hình ảnh biểu đồ chỉnh tốc độ gió Hình 2.7 Hình ảnh biểu đồ chỉnh hướng gió Hình 2.9 Hiển thị thông số qua giao diện Arduino Uno R3 Đặc điểm: Các ứng dụng Modun SIM900 Cách thức hoạt động: Trên sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trượt lở đất, môn Vi điện tử, khoa Điện tử viễn thông, trường ĐH Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất Hình 2.11 Kết nối SIM900 Vi điều khiển Truyền nhận liệu Hình 2.12 Cấu trúc mạng GSM Truyền liệu GPRS Giám sát Web Hình 2.13 Modun SIM 900 GPRS Hiển thị lên máy tính Web Server Hiển thị lên Webserver Hình 2.14 Dữ liệu hiển thị lên webserver CHƯƠNG III Thiết kế hệ thống Giới thiệu phần cứng Hình 3.2 Bình chứa hệ đo mưa giá rẻ Các khối chức mơ tả hệ thống Hình 3.4 Cảm biến đo mức nước Hình 3.5 IC LM358 Hình 3.6 Chng báo động cho hệ đo mưa giá rẻ Hình 3.7 Mạch thu liệu cảm biến hệ đo mưa giá rẻ CHƯƠNG IV Hình 4.1 Mơ hình mặt cắt mái dốc Hình 4.2 Kết minh họa phân bố áp lực nước lỗ rỗng KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ Hình 4.3 Hình ảnh hệ thống triển khai trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Tài liệu tiếng Anh Website tham khảo ... Huy thực đề tài: ? ?Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG HỆ ĐO MƯA VÀO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƯỢT ĐẤT Lượng mưa lớn dẫn đến độ ẩm đất tăng cao... đề tài: ? ?Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất? ?? ❖ MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Với đề tài này, số hệ đo mưa khác giới thiệu Sau đề tài tập trung nghiên cứu hệ đo mưa WS-3000... Công Nghệ đưa đề tài cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực đề tài: ? ?Nghiên cứu xây dựng số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất ❖ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài xây dựng hệ đo lượng