RAPID: Low-cost Smart RF Sensor for Autonomous Floodwater Level Monitoring

RAPID:用于自主洪水水位监测的低成本智能射频传感器

基本信息

  • 批准号:
    1760497
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-10-01 至 2019-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project aims to experimentally investigate the efficacy and reliability of low-cost portable wireless radar sensors for floodwater monitoring in realistic environment by collecting real-time on-site data of receding floodwater at multiple locations after hurricane Harvey and Irma. The proposed automatic water monitoring solution is based on portable radio frequency sensors that can be quickly deployed and integrated into a wireless sensor framework. Compared with traditional water gauging technologies that are typically based on acoustic sensors, pressure sensors, or older float and shaft angle decoders, the proposed solution does not require contact with water and thus offers larger measurement range and robustness against biological buildup and corrosion. Compared with existing microwave technologies being investigated for water monitoring, the proposed solution features much lower cost and smaller hardware size taking advantage of advanced semiconductor technology, high-linearity demodulation, adaptive DC-tuning architecture, and embedded signal processing. Furthermore, the proposed system can operate with battery power and thus does not require continuous connection to powerlines, which could be vulnerable in the event of hurricanes. Field tests of monitoring receding water after hurricane flood and comparison with results from conventional measurements will validate the proposed approach. If proven to be successful based on measurement in realistic environment, the proposed technology can be widely deployed as a sensor network in many urban, suburban, and rural communities to help government and homeowners automatically and accurately obtain real-time flood level information across a large region, without sending volunteers to dangerous areas for manual check. In addition to benefiting the national infrastructure, it will be valuable to many households for local flood monitoring and home protection. Furthermore, the big data collected from a network of such sensors will serve as a valuable resource for the understanding of the history, pathways, and extent of floodwater. It may enable strong interdisciplinary collaborative effort between researchers from electrical and coastal engineering and may result in transdisciplinary tools in sensor technology and coastal science.
该项目旨在通过收集哈维和伊尔玛飓风后多个地点洪水退去的实时现场数据,实验研究低成本便携式无线雷达传感器在现实环境中用于洪水监测的有效性和可靠性。拟议的自动水监测解决方案基于便携式射频传感器,可快速部署并集成到无线传感器框架中。与通常基于声学传感器、压力传感器或较旧的浮子和轴角解码器的传统水计量技术相比,所提出的解决方案不需要与水接触,因此提供了更大的测量范围和对生物积累和腐蚀的鲁棒性。与现有的水监测微波技术相比,所提出的解决方案具有更低的成本和更小的硬件尺寸,利用先进的半导体技术,高线性度解调,自适应直流调谐架构和嵌入式信号处理。此外,所提出的系统可以用电池供电,因此不需要连续连接到电力线,这在飓风的情况下可能是脆弱的。飓风洪水后监测退水的现场试验和与常规测量结果的比较将验证所提出的方法。如果在现实环境中的测量被证明是成功的,那么所提出的技术可以作为传感器网络在许多城市,郊区和农村社区广泛部署,以帮助政府和房主自动准确地获得大区域的实时洪水位信息,而无需派遣志愿者到危险地区进行人工检查。除了有利于国家基础设施,它将是宝贵的许多家庭对当地的洪水监测和家园保护。此外,从这些传感器网络收集的大数据将成为了解洪水历史、路径和范围的宝贵资源。它可以使来自电气和海岸工程的研究人员之间的跨学科合作努力,并可能导致传感器技术和海岸科学的跨学科工具。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Long-time non-contact water level measurement with a 5.8-GHz DC-coupled interferometry radar
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