Atmosphere Demo 1 说明文档（beta5 · 算法 v2 第一版归档）

一、项目简介

Atmosphere 是面向野外溪流/漂流点的山洪 + 泥石流智能监测预警系统。

beta5 为第二版算法（v2）的第一版归档：在 beta4 基础上新增 LCD 现场显示、算法升级到 v2（传感器标定对齐 + 快速滑动基准 + 滞回保持 + 土壤饱和规则），并接入风速网络数据。

主控：Arduino Nano（ATmega328P，新 Bootloader）

两个文件（均已放入本文件夹）：

FlowSensor.ino —— Arduino 固件（串口 115200，每秒输出一行 JSON）：

三路采集：土壤湿度（带断线检测）、流速（YF-S401 脉冲计数）、温湿度（DHT11）
水泵 PWM 调速 + 软启动（0→255 约 0.5 秒平滑升降），D7 拉低兜底防误开
流速脉冲上升沿/下降沿分开计数 + D8 电平输出（诊断沿方向/接线问题）
LCD 显示：行 1 W12.3 S45% F0.50（风速 km/h · 土湿度 % · 流速 L/min），行 2 ALARM:3 L3（预警等级 0~3）
LCD 数据由服务端串口下发，D 行协议：D<风速km/h>,<预警等级>\n（如 D12.3,2）

server.py —— Python Web 服务（端口 8080）：

串口读取 + 风速 HTTP 集成（轮询 http://192.168.1.200:8001/wind）+ v2 预警模型 + 网页（水泵滑块、四卡 + 曲线 + 预警卡）
lcd_sender 线程：每秒向 Arduino 下发 D 行（风速 + 当前等级）
网页显示：泥石流 D / 山洪 F / 土壤 S / 流量 Q / 突变 dQ / 土湿涨 ΔS / 尖峰风险 / 风速风险

等级体系（数字越大越严重）：0 = 正常 / 1 = 一级 / 2 = 二级 / 3 = 三级（最高）

最终等级 = max(泥石流 D, 山洪 F, 风速, 流量尖峰, 突变, 土壤饱和)   ← 0~3

泥石流路径：

D = 0.30·S̄ + 0.35·Q̄ + 0.20·dQ̄ + 0.15·ΔS̄

门槛：土壤 < 60%（未饱和）时跳过本路径（山洪/风速不受限）
阈值：D ≥ 0.75 → 三级；≥ 0.55 → 二级；≥ 0.45 → 一级
特殊规则：土壤超当地 P90 + 流量上涨 + 5 分钟持续上升 → 直接三级；土壤超当地 P90 + 流量 ≥ 70% 满槽 → 二级；土壤 10 分钟涨幅 ≥ 20% → 至少一级

山洪路径（独立指数）：

F = 0.60·Q̄ + 0.40·dQ̄

风速路径： ≥25 km/h → 一级；≥40 km/h → 二级；≥60 km/h → 三级

流量尖峰路径： 秒级变化率超当地历史 P95 → 二级；归一化 ≥ 0.8 → 一级（基准不足回退：变化率 ≥ 0.5 L/min/s = 满刻度）

突变路径（秒级响应）： 土壤 5 秒内涨 ≥20% / 风速 60 秒内涨 ≥12 km/h → 立即一级

土壤饱和路径（v2 新增）： 土壤 ≥85% 或超当地 P90 → 至少一级（土体饱和本身就是危险，不依赖流量）

滞回保持（v2 新增）： 升级立即生效并保持；降级需超过保持时间——一级 10 秒 / 二级 15 秒 / 三级 20 秒（防抖）

滑动基准： 24 小时窗口每分钟采样，当前值映射到当地 [P10,P95] → 0~1；冷启动 15 分钟；数据不足回退绝对值（Qn=flow/3、dQn=变化率/0.5）

beta5 为算法 v2 的第一版归档：Demo 1 完结后进入算法迭代阶段（数学预警模型 v1→v2，文档见 demo1/algorithm-iterations/）；超声波水位方案已砍掉（与流速功能重叠，不做曼宁 70%）。