一种边坡落石灾害动态无线监测定位方法及系统与流程

文档序号:20873692发布日期:2020-05-26 16:10阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1、在边坡监测区域各潜在落石表面安装落石监测终端;每个落石监测终端具有固定唯一的编号;

步骤2、落石监测终端与无人机巡航定位系统协同获取落石监测数据;

无人机巡航定位系统中在边坡监测区域进行巡航;每轮巡航过程中,每隔一段时间发射一个无线电磁波信号;各落石监测终端接收无线电磁波信号,并记录接收到无线电磁波信号的时间,即信号到时;

步骤3、信息处理中心计算各潜在落石位置,评估边坡落实安全状态;

无人机巡航定位系统一轮巡航结束后,信息处理中心根据无人机巡航定位系统在本轮巡航过程中发射无线电磁波信号的位置和时间,以及各落石监测终端相应的信号到时数据,计算各落石监测终端在本轮巡航过程中的位置,并对每个落石监测终端,判断其在本轮与上一轮巡航过程中的位置是否发生变化,若位置发生变化,则发出该落石监测终端安装位置处发生边坡落石灾害的预警。

2.根据权利要求1所述的边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,预先在边坡监测区域规划巡航线路;在规划好的巡航线路上,每间隔一定距离确定一个信号发射点;每轮巡航过程中,无人机均按预先规划好的巡航线路进行巡航,且在每个信号发射点发射一个无线电磁波信号。

3.根据权利要求2所述的边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,无人机巡航定位系统通过gps高精度进定位模块进行定位,在规划的信号发射点通过信号发射模块向落石监测终端发射特定频段的无线电磁波信号,并根据gps高精度授时定位模块确定每次发射无线电磁波信号的时间。

4.根据权利要求1所述的边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,各落石监测终端将信号到时及其自身的编号通过数据传输模块反馈给无人机巡航定位系统;无人机巡航定位系统通过数据采集模块获取各落石监测终端反馈的数据,依各落石监测终端的编号i记录其对应的信号到时数据,并将记录的信号到时数据、发射无线电磁波信号的位置和时间传输至所述信息处理中心,完成一轮巡航监测工作。

5.根据权利要求1所述的边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,所述步骤3中,落石监测终端i的位置计算方法如下:

建立方程组:

其中,(x01,y01,z01)、(x02,y02,z02)和(x03,y03,z03)分别为3个信号发射点的坐标;t01、t02和t03分别为无人机在这3个信号发射点发射无线电磁波信号的时间,ti1、t02和ti3分别为落石监测终端i记录的相应的3个到时;c0为电磁波传播速度;

解上述方程组,求得落石监测终端i的位置(xi,yi,zi)。

6.根据权利要求1所述的边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,所述步骤3中,在落石监测终端i与无人机巡航定位系统的式中不同步,存在时间差的情况下,建立方程组:

其中,(x01,y01,z01)、(x02,y02,z02)、(x03,y03,z03)和(x04,y04,z04)分别为4个信号发射点的坐标;t01、t02、t03和t04分别为无人机在这4个信号发射点发射无线电磁波信号的时间,ti1、t02、ti3和ti4分别为落石监测终端i记录的相应的4个到时;c0为电磁波传播速度;

解上述方程组,求得落石监测终端i的位置(xi,yi,zi)及

7.根据权利要求1所述的边坡落石灾害动态无线监测定位方法,其特征在于,所述步骤3中,在电磁波在介质中的实际传播速度c未知的情况下,建立方程组:

其中,(x0n,y0n,z0n)和(x0m,y0m,z0m)分别为第n和m个信号发射点的坐标;t0n和t0m分别为无人机在第n和m个信号发射点发射无线电磁波信号的时间,t0n和t0m分别为落石监测终端i记录的相应的信号到时(落石监测终端i接收到第n和m个无线电磁波信号的时间);c0为电磁波传播速度;n为用于计算的信号发射点个数,n大于等于5;

解上述方程组,得到落石监测终端i的位置(xi,yi,zi)和电磁波在介质中的实际传播速度c。

8.一种边坡落石灾害动态无线监测定位系统,其特征在于,包括落石监测终端、无人机巡航定位系统和信息处理中心;

所述各落石监测终端分别安装在边坡监测区域的各潜在落石表面,潜在落石发生移动时,其表面安装的落石监测终端会随之移动;

所述无人机巡航定位系统中在边坡监测区域进行巡航;每轮巡航过程中,每隔一段时间发射一个无线电磁波信号;各落石监测终端接收无线电磁波信号,并记录接收到无线电磁波信号的时间,即信号到时;

所述信息处理中心计算各潜在落石位置,评估边坡落实安全状态;具体地,无人机巡航定位系统一轮巡航结束后,信息处理中心根据无人机巡航定位系统在本轮巡航过程中发射无线电磁波信号的位置和时间,以及各落石监测终端相应的信号到时数据,计算各落石监测终端在本轮巡航过程中的位置,并对每个落石监测终端,判断其在本轮与上一轮巡航过程中的位置是否发生变化,若位置发生变化,则发出该落石监测终端安装位置处发生边坡落石灾害的预警。

9.根据权利要求8所述的边坡落石灾害动态无线监测定位系统,其特征在于,所述无人机巡航定位系统配置有gps高精度授时定位模块;所述落石监测终端配置有纳米级时钟。


技术总结
本发明公开了一种边坡落石灾害动态无线监测定位方法及系统,在边坡监测区域各潜在落石表面安装落石监测终端;无人机巡航定位系统中在边坡监测区域进行巡航;每轮巡航过程中,每隔一段时间发射一个无线电磁波信号;各落石监测终端接收无线电磁波信号;无人机巡航定位系统一轮巡航结束后,信息处理中心根据无人机巡航定位系统在本轮巡航过程中发射信号的位置和时间,以及各落石监测终端相应的信号到时数据,计算各落石监测终端在本轮巡航过程中的位置,并对每个落石监测终端,判断其在本轮与上一轮巡航过程中的位置是否发生变化,若位置发生变化,则发出该落石监测终端安装位置处发生边坡落石灾害的预警。本发明能实现落石精准定位、成本低。

技术研发人员:董陇军;张义涵;陈永超
受保护的技术使用者:中南大学
技术研发日:2020.01.09
技术公布日:2020.05.26
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