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

PH M ỨC HUY NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG M T S H O M ỨNG DỤNG VÀO H TH NG CẢNH BÁO Ợ ẤT CÔNG NGH KỸ THU T – 2015 N TỬ, TRUYỀN THÔNG PH M ỨC HUY NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG M T S H O M ỨNG DỤNG VÀO H TH NG CẢNH BÁO Ợ ẤT Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử, Truyền Thông Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60520203 CÔNG NGH KỸ THU T O N TỬ, TRUYỀN THÔNG TRẦ – 2015 ỨC TÂN Lời cam đoan Tôi xin cam đoan, luận văn công trình nghiên cứu thực tôi, đƣợc thực dựa sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức chuyên ngành, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn dƣới hƣớng dẫn cán hƣớng dẫn PGS.TS Trần Đức Tân Các số liệu, bảng biểu kết luận văn tốt nghiệp trung thực, nhận xét, phƣơng hƣớng đƣa xuất phát từ thực tiễn kinh nghiệm thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo luận văn tốt nghiệp đƣợc nêu rõ mục “Tài liệu tham khảo”, có điều không trung thực xin nhận hoàn toàn trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật khoa nhà trƣờng đặt Tác giả luận văn Học viên Phạm Đức Huy Lời cảm ơn Trƣớc tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Đức Tân, ngƣời tạo điều kiện thuận lợi hƣớng dẫn em suốt thời gian làm luận văn vừa qua Mình xin chân thành cảm ơn bạn Nguyễn Đình Chinh, nghiên cứu viên môn vi điện tử nhiệt tình hƣớng dẫn chia sẻ kiến thức gặp phải vấn đề vƣớng mắc Tiếp theo em xin gửi lời cảm ơn đến hỗ trợ từ đề tài QG.14.05 giúp đỡ cung cấp cho em thiết bị, tạo điều kiện cho em thực luận văn Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô trƣờng ĐH Công Nghệ dạy dỗ em suốt hai năm học vừa qua cho em nhiều kiến thức, kỹ làm hành trang bƣớc vào đời Con xin cảm ơn bố, mẹ gia đình bên con, nuôi dƣỡng dạy dỗ con, cho động lực để học tập làm việc thật tốt Mình xin cảm ơn tất bạn bè sát cánh bên Các bạn sống học tập mình, yêu thƣơng, quý mến động viên suốt hai năm học vừa qua Cuối cùng, em xin hứa với thầy cô, xin hứa với bố mẹ, xin hứa với bạn, luôn cố gắng học tập, hoàn thiện thân để sau làm nhiều việc có ích cho xã hội, góp sức cống hiến cho quê hƣơng đất nƣớc 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 .9 CHƢƠNG I 12 TỔNG QUAN VỀ TRƢỢT ĐẤT, CÁC HỆ ĐO MƢA VÀ 12 HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT 12 1.1 Tổng quan trƣợt đất 12 1.2 Các hệ thống đo mƣa 14 1.2.1 Vũ kế 14 1.2.2 Hệ thống đo mƣa WS-3000 15 1.2.3 Radar hiệu ứng phân cực 15 1.3 Một số tiêu chuẩn thiết kế hệ thống đo mƣa 17 1.4 Hệ thống cảnh báo trƣợt đất 17 CHƢƠNG II 19 HỆ ĐO MƢA WS 3000 – MẠCH ARDUINO UNO R3 – MODUN GSM/GPRS – HIỂN THỊ LÊN MÁY TÍNH HOẶC WEB SERVER 19 2.1.Hệ đo mƣa WS-3000 19 2.1.1 Cảm biến tốc độ gió (Anemometer) 19 2.1.2 Cảm biến đo hƣớng gió 19 2.1.3 Cảm biến đo lƣợng mƣa (Pluviometer) 20 2.2 Mạch đo Arduino Uno R3 20 2.2.1.Lập trình phần mềm cho vi điều khiển AVR mạch Arduino 20 Uno R3 20 2.2.2.Căn chỉnh cảm biến 22 2.3 Giới thiệu Modun GSM giám sát GPRS Web 25 2.3.1.Giới thiệu Modun SIM900 25 2.3.2.Truyền nhận liệu 27 2.3.3 Truyền liệu GPRS 31 2.4 Hiển thị lên máy tính Web Server 32 CHƢƠNG III 35 XÂY DỰNG HỆ ĐO MƢA GIÁ RẺ 35 3.1 Thiết kế hệ thống 35 3.1.1 Giới thiệu phần cứng 35 3.1.2 Các khối chức mô tả hệ thống 37 3.1.3 Cách thức xác định ngƣỡng đƣa thông tin cảnh báo (rung chuông) thiết bị 40 3.2 Phân tích ƣu, nhƣợc điểm hệ thống 41 CHƢƠNG IV 42 ỨNG DỤNG HỆ ĐO MƢA VÀO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT 42 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hiện trƣờng 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 mƣ ……16 Hình 1.6 Hình ảnh sóng điện từ ra-đa phát ra………………………….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 hƣớng gió hệ WS 3000………………………… 20 Hình 2.3 Cảm biến đo lƣợng mƣa 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 hƣớng gió ………………………23 Hình 2.8 Hình ảnh biểu đồ chỉnh lƣợng mƣa……………………… 24 Hình 2.9 Hiển thị thông 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 đƣợc hiển thị lên webserver………………………….… 33 Hình2.15.Hiển thị thông số đo đƣợc lên máy tính qua Window Form….34 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ………………………………………….35 Hình 3.2 Bình chứa hệ đo mƣa giá rẻ ……………………………….36 Hình 3.3 Các khối chức ……………………………………………….37 Hình 3.4 Cảm biến đo mức nƣớc.…………………………………………….38 Hình 3.5 IC LM358 ………………………………………………………….38 Hình 3.6 Mạch nguyên lý thiết kế cho vạch đo sử dụng IC LM358……39 Hình 3.7 Chuông báo động cho hệ đo mƣa giá rẻ………………………… 40 Hình 3.8 Mạch thu liệu cảm biến hệ đo mƣa giá rẻ……………….41 Hình 4.1 Mô hình mặt cắt mái dốc………………………………………43 Hình 4.2 Kết minh họa phân bố áp lực nƣớc lỗ rỗng …………………44 Hình 4.3 Hình ảnh hệ thống đƣợc triển khai trƣờng …………….47 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 tƣơng tự - số GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn 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 Giai điệu kép đa tần số IVRS Interactive Voice Response Hệ thống đáp ứng tƣơng tác MP3 Movie Picture Experts GroupLayer Định dạng nén âm CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor Công nghệ mạch tích hợp số dùng chất bán dẫn giàu oxit metal TTL Transistor – transistor - logic Công nghệ mạch tích hợp số dùng transistor lƣỡng 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 MS Mobile Equipment and Subscriber Identity Module Những thiết bị di động thẻ nhận dạng thuê bao di động OMS Operation and Maintenance SubSystem Phân hệ vận hành bảo dƣỡng HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức tải siêu văn UART Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter Truyền thông nối tiếp không đồng M2M Machine Machine Phƣơng thức tích hợp máy với máy CHƢƠNG III XÂY DỰNG HỆ ĐO MƢA GIÁ RẺ 3.1 Thiết kế hệ thống Do tính chất đất địa hình nơi khác nhau, lƣợng mƣa khu vực khác nên việc lắp đặt nhiều hệ đo mƣa khu vực điều cần thiết Hệ đo mƣa sử dụng cảm biến WS 3000 nhƣ xác nhƣng chi phí cho hệ đo nhƣ lớn Để giảm bớt chi phí cho hệ đo, đề tài có xây dựng hệ đo mƣa giá rẻ với độ xác tƣơng đối cao lại tiện lợi dễ sử dụng Hệ đo mƣa đƣợc xây dựng, chế tạo kỹ lƣỡng phần cứng phần mềm Việc chế tạo hệ đo mƣa giá rẻ tuân thủ đầy đủ tiêu chuẩn thiết kế hệ đo mƣa sản phẩm hoàn toàn đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tế Sau mô tả chi tiết hệ đo mƣa giá rẻ 3.1.1 Giới thiệu phần cứng Trƣớc thiết kế hệ thống ta tìm hiểu sơ đồ khối sau: Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 35 Các modun thành phần:  Modun nguồn: dùng để cung cấp nguồn điện cho hệ thống, cấp nguồn cho hệ thống cảm biến, vi điều khiển, chuông báo động, sạc nguồn cho pin hệ thống Có trạng thái nguồn: trạng thái 1, nguồn tắt pin cung cấp điện cho hệ thống hoạt động Trạng thái 2, nguồn mở, nguồn điện đƣợc cung cấp cho hệ thống chạy sạc pin Do hệ thống đƣợc chạy cách liên tục chí nguồn bị tắt  Hệ thống cảm biến: hệ thống gồm cảm biến đo mực nƣớc theo kiểu đo thông mạch Nó gồm dài có 16 vạch đo, khoảng cách vạch 15mm lƣợng mƣa vạch điện cực tƣơng ứng Khi nƣớc dâng lên đến vạch điện cực đƣợc thông tín hiệu digital lên mức điện cực Cảm biến đo mực nƣớc đƣợc kết nối với IC ghi dịch giúp chuyển đổi tín hiệu bit song song thành tín hiệu bít nối tiếp  Bình chứa: bình đựng nƣớc mƣa hình trụ, đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn bình đo mƣa với chiều cao 300mm, đƣờng kính 195mm, đƣờng kính 200mm Hình 3.2 Bình chứa hệ đo mƣa giá rẻ 36  i điều khiển: vi điều khiển AVR đƣợc sử dụng cho xử lý tính toán liệu thu đƣợc từ hệ thống cảm biến AVR vi điều khiển tiêu tốn lƣợng điện hiệu hoạt động cao Nó phù hợp hữu ích cho việc tiết kiệm điện trạng thái nguồn điện tắt  huông báo động: loại loa có tần số cao, tạo cảm giác nguy hiểm, cấp bách, khẩn cấp nghe thấy  Pin: sử dụng pin Lithium 3000mAh có khả sạc lại đƣợc, cung cấp nguồn 6000mAh cho toàn hệ thống Với pin này, hệ thống sống ngày mà không phụ thuộc vào nguồn điện 3.1.2 Các khối chức mô tả hệ thống Hình 3.3 Các khối chức Cảm biến đo 16 mức nƣớc khác thùng chứa Tín hiệu từ điểm đo đầu vào cho so sánh, tín hiệu đầu so sánh tín hiệu dạng digital Nó đƣợc dùng làm đầu vào cho IC ghi dịch IC chuyển đổi từ tín hiệu bít song song sang tín hiệu bít nối tiếp góp phần làm giảm số lƣợng đƣờng truyền Vi điều khiển thu thập xử lý tín hiệu từ IC dịch tính toán thay đổi tín hiệu theo thời gian để hiển thị lƣợng mƣa Chuông báo động đƣợc định lƣợng mƣa vƣợt mức cho phép an toàn báo động 37 Cảm biến đƣợc thiết kế với 16 điểm đo Mỗi điểm mức nƣớc gầu Khoảng cách điểm 15mm Tƣơng ứng với 15mm lƣợng mƣa Dƣới hình ảnh đầu dò cảm biến Hình 3.4 Cảm biến đo mức nƣớc  IC LM358 đƣợc sử dụng với chức so sánh đƣợc thể hình vẽ dƣới đây: Hình 3.5 IC LM358 38 Mỗi vạch đo cảm biến đo mức nƣớc đƣợc thiết kế theo mạch nguyên lý nhƣ sau: Hình 3.6 Mạch nguyên lý thiết kế cho vạch đo sử dụng IC LM358  IC ghi dịch 74HC165 đƣợc sử dụng để chuyển đổi tín hiệu bít song song sang tín hiệu bit nối tiếp giúp giảm đƣợc số lƣợng đƣờng dây từ cảm biến đến hộp điều khiển IC ghi dịch 74HC65 thiết bị CMOS cổng Si tốc độ cao Có chân tƣơng thích với Schottky TTL  Vi điều khiển Atmega328 Dải điện áp hoạt động: 1,8-5,5V Dải nhiệt độ sử dụng: -40oC đến 85oC Tốc độ: đến 20MHz Tiêu thụ điện thấp 1MHz; 1,8V; 25oC Chế độ tích cực: 0,2mA Chế độ điện thấp: 0,1μA Chế độ tiết kiệm điện năng: 0,75μA  Chuông báo động loa nhƣ hình vẽ, làm việc giải điện áp 3,7V đến 12V 39 Hình 3.7 Chuông báo động cho hệ đo mƣa giá rẻ 3.1.3 Cách thức xác định ngƣỡng đƣa thông tin cảnh báo (rung chuông) thiết bị Thiết bị đo có 16 vạch đo mực nƣớc mƣa bình Thời điểm mực nƣớc chạm vạch đo thấp bình đo mƣa đƣợc ghi nhận t0, mực nƣớc thực tế bình đo h0 Thời điểm mực nƣớc dâng đến vạch đo t1,mực nƣớc h1 Công thức đƣa cảnh báo nhƣ sau: a Hàm cảnh báo y = 131e-0,013x, y cƣờng độ mƣa (mm/h , x lƣợng mƣa tích lũy đƣợc (mm) Trong trƣờng hợp cụ thể y1 = (h1-h0)/(t1-t0); x1 = h1-h0 b Nếu y1  131e 0,013x đƣa cảnh báo, không tiếp tục quan trắc Thời điểm mực nƣớc dâng đến vạch đo n thời điểm tn,mực nƣớc hn Công thức đƣa cảnh báo dựa theo kịch nhƣ 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 40 Bình đo mƣa đầy nƣớc kết thúc mƣa, tháo nƣớc bình reset lại Hình 3.8 Mạch thu liệu cảm biến hệ đo mƣa giá rẻ 3.2 Phân tích ƣu, nhƣợc điểm hệ thống Ƣu điểm: Hệ thống có giá thành tƣơng đối rẻ, dễ chế tạo, nhỏ gọn, sản xuất với số lƣợng lớn Nhƣợc điểm: Hệ thống có độ xác chƣa cao 41 CHƢƠNG IV ỨNG DỤNG HỆ ĐO MƢA VÀO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT Lƣợng mƣa lớn dẫn đến độ ẩm đất tăng cao Độ ẩm đất tăng yếu tố quan trọng gây ổn định mái dốc [9] Việc trƣợt lở đất đá có liên quan đến thay đổi độ ẩm nƣớc dƣới lòng đất mà chế độ mƣa đóng vai trò quan trọng Trƣợt đất thƣờng xảy phạm vi khu vực có lƣợng mƣa lớn gia tăng vào mùa mƣa Quá trình xâm nhập nƣớc mƣa vào đất dẫn đến: - Mực nƣớc ngầm dâng cao - Suy giảm cƣờng độ kháng cắt đất - Hệ số ổn định mái dốc giảm Cơ chế phá hoại xảy theo dạng trƣợt nông trƣợt sâu, tuỳ thuộc vào chiều dày lớp đất thành phần độ chặt đất nhƣ đặc tính mƣa Do lƣợng mƣa nguyên nhân chủ yếu gây trƣợt lở đất, nên sau đo đƣợc thông số lƣợng mƣa khu vực, nhiệm vụ phải xây dựng mô hình mái dốc tƣơng ứng với địa chất khu vực, sau mô phỏng, xác định đƣa đƣợc ngƣỡng an toàn xác Xác định xác ngƣỡng an toàn điều quan trọng để hệ thống cảnh báo hoạt động tốt, đƣa đƣợc thông tin cảnh báo sớm có ý nghĩa trƣớc trƣợt đất diễn Trong lĩnh vực địa chất, quan tâm đến ổn định hệ số an toàn cho sƣờn đồi, sƣờn dốc ngƣời ta thƣờng hay mô hình hoá, mô dựa mái dốc phù hợp với địa chất khu vực cụ thể để tính toán Sau đó, ngƣời ta đƣa thông số cho mô hình mái dốc gần giống nhƣ thông số sƣờn dốc cụ thể khu vực cần đặt hệ thống cảnh báo, sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính toán hệ số ổn định yếu tố tác động cụ thể lƣợng mƣa Sau có đƣợc mối quan hệ lƣợng mƣa hệ số ổn định mái dốc ta tính toán đƣợc ngƣỡng lƣợng mƣa để đƣa thông tin cảnh báo Dƣới ví dụ cho việc lựa chọn mô hình mái dốc thông số 42 Hình 4.1 Mô hình mặt cắt mái dốc Sau chọn mô hình, ngƣời ta thiết lập thông số ảnh hƣởng trực tiếp đến trƣợt lở cho mô hình nhƣ trọng lƣợng 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 toán riêng để tính toán hệ số an toàn Thông thƣờng ngƣời ta hay sử dụng phần mềm mô trƣợt đất gây mƣa phần mềm Geostudio đƣợc xây dựng công ty Geo-slope Canada [10] Thuật toán đƣợc phân tích cách tích hợp modun Vadose/W với modun Slope/W Modun Vadose/W đƣợc dùng để giải toán thấm, bốc Kết tính toán thấm modun Vadose/W dƣới dạng file áp lực nƣớc lỗ rỗng, đƣợc chuyển trực tiếp trình tính sang modun Slope/W để phân tích ổn định mái dốc Việc mô hình hoá mô để tìm ngƣỡng an toàn cần thông 43 tin lƣợng mƣa nhƣ cƣờng độ mƣa vùng mƣa kéo dài thời gian Thông số lƣợng mƣa thông số đầu vào cho việc mô tìm ngƣỡng cảnh báo Ngoài ra, để đƣa ngƣỡng ổn định ngƣời ta cần tìm hiểu, nghiên cứu chế thấm lớp đất đá sƣờn dốc Đất, đá nứt nẻ lòng đất có cấu tạo hạt môi trƣờng rời rạc, phân tán có tính lỗ rỗng cao Sự chuyển động chất lỏng môi trƣờng đất, đá nứt nẻ môi trƣờng xốp nói chung, gọi thấm Dựa vào mối quan hệ áp lực nƣớc lỗ rỗng hàm lƣợng nƣớc, ngƣời ta có sở để thiết lập chế thấm phân tích trình thấm Sau thiết lập đầy đủ thông số cho mô hình, trình mô đƣợc diễn nhằm tính toán hệ số ổn định sƣờn dốc thay đổi thông số khác Kết nhiều nghiên cứu cho rằng, thông số khác nhƣ tính chất đất, lực liên kết, trọng lƣợng riêng…đƣợc cố định ta thấy đƣợc thời gian mƣa cƣờng độ mƣa tăng dẫn đến hệ số ổn định mái dốc giảm Ngoài phần mềm mô đƣa đƣợc hệ số ổn định cụ thể ứng với lƣợng mƣa khác Hình 4.2 minh họa phân bố áp lực nƣớc lỗ rỗng với mật độ mƣa 12,6 mm/h Để hiểu đƣợc tính ổn định đất, mô đƣợc tiến hành với cƣờng độ mƣa khác để thu đƣợc hệ số đánh giá an toàn Hình 4.2 Kết minh họa phân bố áp lực nƣớc lỗ rỗng 44 Việc đƣa thông tin cảnh báo hệ thống cảnh báo phụ thuộc vào nhiều thông số đo từ loại cảm biến khác nhƣng mối quan hệ lƣợng mƣa hệ số ổn định sƣờn dốc sở quan trọng phục vụ cho hệ thống cảnh báo trƣợt đất [12-17] 45 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ Trong luận văn này, thiết kế đƣợc hai hệ đo lƣợng mƣa ứng dụng cho hệ thống cảnh báo sạt lở đất, sản phẩm chạy thử cho kết khả quan ổn định Về phần cứng, thiết kế đƣợc hệ thống đo mƣa số mạch liên quan Ở mạch, chức mƣa nguyên lý hoạt động mạch đƣợc nêu rõ Các linh kiện, thiết bị Modun đƣợc lựa chọn kỹ để hệ thống hoạt động tốt đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt Phần cứng hoạt động ổn định với độ xác cao Về phần mềm, lập trình cho vi điều khiển đọc đƣợc tín hiệu cảm biến, đƣa công thức chỉnh cảm biến cách xác, thiết kế giao diện để hiển thị thông số thời tiết đo đƣợc Luận văn phần dự án thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trƣợt đất sử dụng mạng cảm biến không dây – dự án môn vi điện tử khoa Điện tử Viễn thông –Trƣờng ĐH Công Nghệ thực Hệ thống đƣợc sử dụng để đo đạc triển khai thử nghiệm vài địa phƣơng nƣớc thƣờng xuyên xảy tƣợng sạt lở đất đá Trên sở nghiên cứu lý thuyết chế tạo thành công hệ thống đo lƣợng mƣa, cách tiếp cận luận văn hoàn toàn áp dụng để đo số thông số khác ảnh hƣởng đến trƣợt đất nhƣ độ ẩm đất, mực nƣớc ngầm, áp lực nƣớc lỗ rỗng Tất thông số khác ảnh hƣởng đến trƣợt đất ta đo từ cảm biến khác nhau, sau áp dụng cách thu thập liệu, xử lý liệu truyền thông tƣợng tự nhƣ luận văn này, ta hoàn toàn tạo nên đƣợc hệ thống mạng cảm biến không dây, kết hợp thông số đo đƣợc để đƣa cảnh báo trƣợt đất sớm, làm giảm thiểu thiệt hại tƣợng sạt lở đất đá gây Sau thiết kế chế tạo, hệ thống đƣợc triển khai thực tế để đo đạc lƣợng mƣa số nơi Hình 4.3 hình ảnh hệ thống đƣợc triển khai Hà Giang tháng 11 năm 2015 46 Hình 4.3 Hình ảnh hệ thống đƣợc triển khai trƣờng Dƣới vài kiến nghị để phát triển thêm sản phẩm luận văn:  Tối ƣu hệ thống đo lƣợng mƣa, giúp tăng độ xác giảm thiểu chi phí, thuận lợi cho việc sử dụng có khả triển khai với số lƣợng 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 ƣu mạng cảm biến không dây  Đƣa giải pháp nhằm tiết kiệm lƣợng cung cấp cho hệ thống cảnh báo trƣợt đất 47 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 trƣợt lở đất Luận văn thạc sĩ Đại học Công nghệ, 2014 [2] Vũ Cao Minh Báo cáo tóm tắt: Nghiên cứu thiên tai trƣợt lở Việt Nam, 2000 [3] Nguyễn Văn Thìn Ảnh hƣởng mƣa đến ổn định mái dốc Trƣờng 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 48 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 Technology, Vol 30, No 6S-B, 2014, pp 202-210 49 [...]... Nghệ đã đƣa ra đề tài và cho phép học viên cao học Phạm Đức Huy thực hiện đề tài: Nghiên cứu và xây dựng một số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất  MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Với đề tài này, một số hệ đo mƣa khác nhau sẽ đƣợc giới thiệu Sau đó đề tài tập trung nghiên cứu hệ đo mƣa WS-3000 có khả năng đo lƣợng mƣa chính xác và thêm cả các thông số nhƣ tốc độ gió, hƣớng gió Dữ liệu đầu ra của hệ. .. – hiển thị lên máy tính hoặc Web Server Chƣơng 3: Xây dựng hệ đo mƣa giá rẻ Chƣơng 4: Ứng dụng hệ đo mƣa vào hệ thống cảnh báo trƣợt đất 11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRƢỢT ĐẤT, CÁC HỆ ĐO MƢA VÀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT 1.1 Tổng quan về trƣợt đất Trƣợt lở đất đá là một dạng của tai biến địa chất, thực chất đó là quá trình dịch chuyển trọng lực các khối đất đá cấu tạo sƣờn dốc từ trên xuống phía dƣới chân... cảnh báo sớm về hiện tƣợng trƣợt đất, có rất nhiều các nghiên cứu liên quan và các hệ thống cảnh báo đƣợc đƣa ra Trong đó hiệu quả hơn cả là hệ thống cảnh báo nhờ vào các cảm biến đo độ dịch chuyển, đo độ ẩm đất và các thông số thời tiết Với sự hỗ trợ đắc lực của mạng cảm biến không dây, hệ thống này sẽ cho phép con ngƣời nắm bắt các thông số và đƣa ra đƣợc những cảnh báo sớm về sự sạt lở 17 Hình 1.7... tài còn xây dựng thêm một hệ đo mƣa giá rẻ những cũng rất tiện lợi và dễ chế tạo, dễ sử dụng  PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài này chủ yếu tập trung nghiên cứu hệ đo mƣa, đo các thông số nhƣ lƣợng mƣa, rồi gửi qua mạng không dây [11] về các trạm trung tâm Việc sử dụng các thông số này nhƣ thế nào, giá trị đến bao nhiêu để đƣa ra tín hiệu cảnh báo phục thuộc vào tính chất đất tại từng vùng miền và do ngành... bằng modun SIM900 Để giảm chi phí và có thể triển khai hệ thống tại nhiều khu vực khác nhau, đề tài xây dựng thêm một hệ thống đo mƣa giá rẻ vừa tiện lợi, dễ sử dụng mà độ chính xác cũng không giảm đi nhiều so với cảm biến chuẩn  KẾT CẤU LUẬN VĂN Nội dụng luận văn gồm ba chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về trƣợt đất, các hệ đo mƣa và hệ thống cảnh báo trƣợt đất Chƣơng 2: Hệ đo WS 3000 – mạch Arduino Uno R3–Modun... họa do trƣợt đất gây ra, đã có rất nhiều hệ thống đo mƣa và gửi dữ liệu về cho trung tâm cảnh báo sạt lở Trong đó có một số hệ đo mƣa hiệu quả, chính xác, thêm vào đó là khả năng truyền phát thông tin về trung tâm cảnh báo sạt lở đất sử dụng mạng cảm biến không dây đã và đang đƣợc sử dụng tƣơng đối rộng rãi [1][5] Nó cho phép con ngƣời giám sát đƣợc các thông số về lƣợng mƣa hay nhiều thông số khác về... 16 động của ra-đa đo mƣa cũng có rất nhiều sách và các bài báo nói về vấn đề này Nhìn chung, với một hệ thống đo mƣa nhƣ vậy chúng ta sẽ có các thông số về lƣợng mƣa rất chính xác, phục vụ cho việc cảnh báo sạt lở đất 1.3 Một số tiêu chuẩn trong thiết kế hệ thống đo mƣa  Khái niệm và đơn vị chuẩn:  Lƣợng mƣa (Precipitation) là lƣợng nƣớc mƣa rơi trong một thời gian nào đó, đƣợc ký hiệu là X, đơn vị... chúng ta sẽ đƣa ra một sơ đồ khối chức năng cho toàn hệ thống nhƣ sau: 10  NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài xây dựng hệ đo lƣợng mƣa sử dụng cảm biến WS-3000, ngoài đo lƣợng mƣa cảm biến còn cho biết thêm thông số về tốc độ gió và hƣớng gió Mạch đo Arduino Uno R3 đƣợc sử dụng để đọc và xử lý tín hiệu từ đầu ra cảm biến Nếu cảm biến đặt gần trạm trung tâm ta có thể hiển thị luôn đƣợc thông số đầu ra lên máy... tính, đo mƣa, độ ẩm là rất cần thiết Để phục vụ cho hệ thống cảnh báo trƣợt lở, đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị đo các thông số thời tiết nhƣ lƣợng mƣa, tốc độ gió, hƣớng gió sử dụng thiết bị đo Weather Station (WS-3000), mạch đo Arduino Uno R3, truyền tín hiệu qua mạng không dây và hiển thị các thông số đo đƣợc, vẽ biểu đồ trên giao diện Window Form, phục vụ cho modun cảnh báo sạt... số khác về tính chất của đất, thời tiết và môi trƣờng một cách dễ dàng Các thông số nhƣ lƣợng mƣa sẽ đƣợc truyền về trung tâm, dựa vào các thuật toán khác nhau của ngành địa chất nhằm đƣa ra các thông tin cảnh báo sớm về sự sạt lở đất, giúp con ngƣời có thể hạn chế tối đa sự thiệt hại về ngƣời và của do trƣợt đất gây ra Trên cơ sở thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo trƣợt lở đất, bộ môn Vi cơ điện tử, ... 3: Xây dựng hệ đo mƣa giá rẻ Chƣơng 4: Ứng dụng hệ đo mƣa vào hệ thống cảnh báo trƣợt đất 11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRƢỢT ĐẤT, CÁC HỆ ĐO MƢA VÀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT 1.1 Tổng quan trƣợt đất. .. 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 mƣa khác đƣợc giới thiệu Sau đề tài tập trung nghiên cứu hệ đo mƣa WS-3000... mặt đất 1,5 m 1.4 Hệ thống cảnh báo trƣợt đất Để khắc phục đƣợc nguyên nhân nhƣ đƣa cảnh báo sớm tƣợng trƣợt đất, có nhiều nghiên cứu liên quan hệ thống cảnh báo đƣợc đƣa Trong hiệu hệ thống cảnh