CN111341074B - 一种基于5g定位技术的地质灾害警示的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法，包括按照如下的顺序依次包括步骤：将地质灾害监测区域分为多个子监测区，每个子监测区都非均匀设置多个非5G基站和设置一个5G基站，其中多个非5G基站分散的设置于子监测区内，5G基站设置于子监测区内的中心区域；在每个子监测区中，均匀的设置多个监测装置，监测装置用于对监测点的数据进行采集；在监测的过程中，利用5G基站进行同步和校准等步骤，可以快速高效的传输和处理出去，及时发现和警示地质灾害险情，从而实现即使有效的处理，降低了地质灾害带来的危险和减少了损失。

Description

一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法

技术领域

本发明涉及通讯、无线定位领域，具体涉及一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法。

背景技术

地质灾害是指在地球的发展演化过程中，由各种地质作用形成的灾害性地质事件。地质灾害在时间和空间上的分布变化规律，既受制于自然环境，又与人类活动有关，往往是人类与自然界相互作用的结果。在自然或者人为因素的作用下形成的地质灾害，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用(现象)，例如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、岩爆、坑道突水、突泥、突瓦斯、煤层自燃、黄土湿陷、岩土膨胀、砂土液化，土地冻融、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化，以及地震、火山、地热害等。目前，对于地质灾害的预警警示方法和系统大都比较落后，实时性差，且定位精度低，当可能或者出现险情时，不能及时快速的发觉和处理，并且由于不能准确的定位，及时发现也不能及时的处理，尤其在地质结构复杂的环境中，例如陡峭的山崖等，其定位精度的不准确直接导致处理位置的偏差错误，因为耽误时间而让险情不能得到快速有效的控制和处理。

第五代移动通信技术(简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，也是即4G(LTE-A、 WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

近年来，第五代移动通信系统5G已经成为通信业和学术界探讨的热点。5G的发展主要有两个驱动力。一方面以长期演进技术为代表的第四代移动通信系统4G已全面商用，对下一代技术的讨论提上日程；另一方面，移动数据的需求爆炸式增长，现有移动通信系统难以满足未来需求，急需研发新一代5G系统。5G的发展也来自于对移动数据日益增长的需求。随着移动互联网的发展，越来越多的设备接入到移动网络中，新的服务和应用层出不穷，全球移动宽带用户在2018年有望达到90亿，到2020年，预计移动通信网络的容量需要在当前的网络容量上增长1000倍。移动数据流量的暴涨将给网络带来严峻的挑战。5G移动网络与早期的2G、3G和4G移动网络一样，5G网络是数字蜂窝网络，在这种网络中，供应商覆盖的服务区域被划分为许多被称为蜂窝的小地理区域。表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输。蜂窝中的所有5G无线设备通过无线电波与蜂窝中的本地天线阵和低功率自动收发器(发射机和接收机)进行通信。收发器从公共频率池分配频道，这些频道在地理上分离的蜂窝中可以重复使用。本地天线通过高带宽光纤或无线回程连接与电话网络和互联网连接。与现有的手机一样，当用户从一个蜂窝穿越到另一个蜂窝时，他们的移动设备将自动“切换”到新蜂窝中的天线。5G网络的数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4GLTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟(更快的响应时间)，低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。由于数据传输更快，5G网络将不仅仅为手机提供服务，而且还将成为一般性的家庭和办公网络提供商，与有线网络提供商竞争。以前的蜂窝网络提供了适用于手机的低数据率互联网接入，但是一个手机发射塔不能经济地提供足够的带宽作为家用计算机的一般互联网供应。可见，5G具有快速高效，且容量大，带宽足的优势，然而现有的地质灾害中大都以传统的基站，最好也仅仅是 4G网络进行通信传输，传输效率低，实时性相对较差，对于快速的预警具有滞后等缺点，现有技术中没有利用5G技术进行地质灾害预警的方法和系统，即使使用5G技术，也仅仅是利用这种技术，并没有将5G技术和定位技术有机的结合在一起，并且在根据具体的地质环境有针对性的设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法，该方法可以快速高效的传输和处理出去，及时发现和警示地质灾害险情，从而实现即使有效的处理，降低了地质灾害带来的危险和减少了损失。

本发明提供了一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法，按照如下的顺序依次包括步骤：

(1)将地质灾害监测区域分为多个子监测区，每个子监测区都非均匀设置多个非5G基站和设置一个5G基站，其中多个非5G基站分散的设置于子监测区内，5G基站设置于子监测区内的中心区域；

(2)在每个子监测区中，均匀的设置多个监测装置，监测装置用于对监测点的数据进行采集；

(3)在监测的过程中，利用5G基站进行同步和校准；

(4)每个监测装置都利用与其距离最近的非5G基站校准后的时钟数据进行时间同步；同时，在每个监测装置利用同步后的时钟数据，利用此时钟数据对应的时刻获取来自卫星的观测数据后，直接将观测数据发送至5G基站，5G基站将每个监测装置获取的观测数据分别转发至远程云服务器； 5G基站将每个监测装置获取的观测数据分别转发至远程云服务器后，远程云服务器解算此时的观测数据进行定位，从而获得此时对应的位置信息，再传回定位结果至5G基站，5G基站再进行转发至各个非5G基站和监测装置；

(5)监测装置将采集的数据，按照预设的信息格式，发送至最近的非5G基站后进行转发至 5G基站，或者直接发送至5G基站，将这些数据通过5G基站发送至远程云服务器进行处理后返回，并且同时发送至远程监控设备；

(6)利用5G基站接收高清晰度的遥感图像，将其发送至远程监控设备，并且结合上述步骤(3) -(5)中获取的同步信息，位置信息、采集的数据进行处理后，以图像的形式进行实时的展示，进行灾情监控预警。

其中，每个子监测区都非均匀设置的多个非5G基站为5个。

其中，监测装置包括图像、温度、压力、湿度、风速、雨量、形变传感测量装置中的一种或多种。

其中，多个监测装置的布置是正方形、五边形或网状结构。

其中，所述步骤(3)具体包括如下步骤：

(3.1)5G基站接收卫星系统的时钟信息同步自身的时钟，并基于时钟产生一时钟编码，时钟编码的发送具有一定的发送时长，其中时钟编码具有子监测区的ID码，和此时钟编码的校验码以及多个时钟同步码，其中多个时钟同步码中包括开始码，时间码信息和结束码；

(3.2)时钟编码的发送具有一定的发送时长，在非5G基站对应设置有时钟解码器，子监测区中的5G基站发送时钟编码至多个非5G基站，其中多个时钟同步码按照非均匀的预设时长和间隔依次发射，具有持续的发射时间；

(3.3)多个非5G基站分别接收，多个非5G基站首先接收到时钟编码的ID码和此时钟编码的校验码，通过时钟解码器进行解码，如果满足对应条件，则继续接收；

(3.4)当接收到时钟同步码的开始码时开始计时，直到接收时钟结束码的时刻停止计时，通过计算结束时刻和同步开始时刻的差值得到多个时钟同步码的发送时长和以及通过接收时间之间差值得到多个时钟同步码之间的发送间隔；

(3.5)将计算得到的多个时钟同步码的发送时长和发送间隔与预设时长和间隔分别进行对比，得到对应的时长校准参数和间隔校准参数，利用对比结果选择时长校准参数或间隔校准参数分别对多个非5G基站进行校准。

其中，利用对比结果选择是利用发送时长和发送间隔与预设时长和间隔之间偏差的程度或者是灵敏度。

其中，远程云服务器根据广播星历或精密星历解算出该监测装置的原始位置；根据监测装置的原始位置，寻找附近的基站数据，并利用寻找附近的基站数据和监测装置的观测数据，对区域内的移动终端进行定位。

本发明的基于5G定位技术的地质灾害警示的方法，可以实现：

1)快速高效的传输和处理出去，及时发现和警示地质灾害险情，从而实现即使有效的处理，降低了地质灾害带来的危险和减少了损失；

2)将远程云服务器作为计算端可以大大的提高效率，节约时间，并且可以实现复杂计算，加上5G技术，在传输方面几乎没有影响，因此相比现有技术具有明显的有益效果；

3)利用5G基站进行同步，快速且准确。

附图说明

图1为基于5G定位技术的地质灾害警示系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法，该方法可以快速高效的传输和处理出去，及时发现和警示地质灾害险情，从而实现即使有效的处理，降低了地质灾害带来的危险和减少了损失，包括如下步骤：

将地质灾害监测区域分为多个子监测区，每个子监测区都非均匀设置多个非5G基站和设置一个5G基站，其中多个非5G基站分散的设置于子监测区内，5G基站设置于子监测区内的中心区域，具体的中心区域的设置位置可以根据信号强度和设置的难易进行调整，优选的方式中每个子监测区都非均匀设置的多个非5G基站为5个。通常情况下，对于小的区域内来说，非5G基站的传输速度已经足够快，如果都使用5G基站那么成本很高，而5G基站不但传输速度快，带宽也高，因此可仅设置一个，这样可以有效的降低成本，例如可以设置多个4G基站和一个5G基站，而4G基站比较优惠，并且对于更新换代后淘汰的4G设备，依然可以作为4G基站去设置，这样很大程度节约了成本，在实际的应用中有重要意义。

在每个子监测区中，均匀的设置多个监测装置，监测装置可以包括图像、温度、压力、湿度、风速、雨量、形变等传感测量装置中的一种或多种，多个监测装置的布置可以是正方形、五边形或网状结构。监测装置用于对监测点的数据进行采集，从而通过数据的采集情况进行分析得到是否出现或会出现灾情，从而进行预警。

在监测的过程中，都采用卫星系统进行同步，则会因为各个基站的设备性能和条件等多方因素的影响，使得同步时间不准确。因此，本申请一个重要的改进在于利用5G基站进行同步，快速且准确。具体的，5G基站接收卫星系统的时钟信息同步自身的时钟，并基于时钟产生一时钟编码，时钟编码的发送具有一定的发送时长，其中时钟编码具有子监测区的ID码，和此时钟编码的校验码以及多个时钟同步码，其中多个时钟同步码中包括开始码，时间码信息和结束码。由于时钟编码的发送具有一定的发送时长，因此如果需要完整接收，则需要一定的时间才能接收完整，并且如果以接收时间直接同步的方式则会因各个基站的设备性能和条件等多方因素的影响不准确，因此本申请通过在非5G基站对应设置有时钟解码器，子监测区中的5G基站发送时钟编码至多个非5G基站，其中多个时钟同步码按照非均匀的预设时长和间隔依次发射，具有持续的发射时间TM，多个非5G 基站分别接收，多个非5G基站首先接收到时钟编码的ID码和此时钟编码的校验码，通过时钟解码器进行解码，如果满足对应条件，则继续接收，在此时，当接收到时钟同步码的开始码时开始计时，直到接收时钟结束码的时刻停止计时，通过计算结束时刻和同步开始时刻的差值得到多个时钟同步码的发送时长和以及通过接收时间之间差值得到多个时钟同步码之间的发送间隔。将计算得到的多个时钟同步码的发送时长和发送间隔与预设时长和间隔分别进行对比，得到对应的时长校准参数和间隔校准参数，利用对比结果选择时长校准参数或间隔校准参数分别对多个非5G基站进行校准，其中利用对比结果选择可以是利用发送时长和发送间隔与预设时长和间隔之间偏差的程度，或者是灵敏度等方式进行。

多个监测装置均匀的设置在每个子监测区中，每个监测装置都利用与其距离最近的非5G基站进行时间同步，具体的每个监测装置都利用与其距离最近的非5G基站校准后的时钟数据进行时间同步。同时，每个监测装置利用同步后的时钟数据，利用此时钟数据对应的时刻获取来自卫星的观测数据，利用此时的观测数据进行自身的定位，从而获得此时位置信息，从而在出现灾害险情的时候可以将经过校准定位后的自身的位置信息发送至5G基站。监测装置进行自身位置的定位不需要实时进行，在一定周期定位一次即可。由于非5G基站和多个监测装置的计算能力有限，如果直接利用其自身进行定位，则效率低，而利用5G技术又可以克服传输速度和效率的问题，因此本申请进行了改进，在每个监测装置利用同步后的时钟数据，利用此时钟数据对应的时刻获取来自卫星的观测数据后，直接将观测数据发送至5G基站，5G基站将每个监测装置获取的观测数据分别转发至远程云服务器。由于远程云服务器具有强计算能力，即使是多个数据的处理也可以瞬间完成，因此将远程云服务器作为计算端可以大大的提高效率，节约时间，并且可以实现复杂计算，加上5G技术，在传输方面几乎没有影响，因此相比现有技术具有明显的有益效果。因此，5G基站将每个监测装置获取的观测数据分别转发至远程云服务器后，远程云服务器器解算再传回定位结果至5G基站，5G基站再进行转发至各个非5G基站和监测装置。其中，远程云服务器可以根据广播星历或精密星历解算出该监测装置的原始位置。然后，根据监测装置的原始位置，寻找附近的基站数据，并利用寻找附近的基站数据和监测装置的观测数据，对区域内的其他移动终端进行定位，具体的定位方式此处不再赘述。监测装置获取的观测数据中包括可用的载波观测值，可以是单频、双频或多频，也可以是单系统或多系统的。

除此之外，监测装置还可以将采集的数据，例如图像、温度、压力、湿度、风速、雨量、形变等采集数据，按照预设的信息格式，发送至最近的非5G基站后进行转发至5G基站，或者直接发送至5G基站，同样的将这些数据通过5G基站发送至远程云服务器进行处理后返回，并且同时发送至远程监控设备。当然了，也可以直接由5G基站发送至远程监控设备，实现直观的监控。当出现地质灾害险情时，则可以在远程监控设备端及时的发现，然后进行快速的处理。

高清晰度的遥感图像通常较大，传输时间较慢，5G技术则可以克服这一点，因此利用5G基站接收高清晰度的遥感图像，将其发送至远程监控设备，并且结合上述步骤中获取的位置信息、采集的数据等信息进行处理后，以图像的形式进行实时的展示，更加的直观且有效。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (3)

1.一种基于5G定位技术的地质灾害警示的方法，其特征在于，按照如下的顺序依次包括步骤：

(1)将地质灾害监测区域分为多个子监测区，每个子监测区都非均匀设置多个非5G基站和设置一个5G基站，其中多个非5G基站分散的设置于子监测区内，5G基站设置于子监测区内的中心区域；

(2)在每个子监测区中，均匀的设置多个监测装置，监测装置用于对监测点的数据进行采集；

(3)在监测的过程中，利用5G基站进行同步和校准；

(4)每个监测装置都利用与其距离最近的非5G基站校准后的时钟数据进行时间同步；同时，在每个监测装置利用同步后的时钟数据，利用此时钟数据对应的时刻获取来自卫星的观测数据后，直接将观测数据发送至5G基站，5G基站将每个监测装置获取的观测数据分别转发至远程云服务器；5G基站将每个监测装置获取的观测数据分别转发至远程云服务器后，远程云服务器解算此时的观测数据进行定位，从而获得此时对应的位置信息，再传回定位结果至5G基站，5G基站再进行转发至各个非5G基站和监测装置；

(5)监测装置将采集的数据，按照预设的信息格式，发送至最近的非5G基站后进行转发至5G基站，或者直接发送至5G基站，将这些数据通过5G基站发送至远程云服务器进行处理后返回，并且同时发送至远程监控设备；

(6)利用5G基站接收高清晰度的遥感图像，将其发送至远程监控设备，并且结合上述步骤(3)-(5)中获取的同步信息，位置信息、采集的数据进行处理后，以图像的形式进行实时的展示，进行灾情监控预警；

每个子监测区都非均匀设置的多个非5G基站为5个；

监测装置包括图像、温度、压力、湿度、风速、雨量、形变传感测量装置中的一种或多种；

多个监测装置的布置是正方形、五边形或网状结构；

所述步骤(3)具体包括如下步骤：

(3.1)5G基站接收卫星系统的时钟信息同步自身的时钟，并基于时钟产生一时钟编码，时钟编码的发送具有一定的发送时长，其中时钟编码具有子监测区的ID码，和此时钟编码的校验码以及多个时钟同步码，其中多个时钟同步码中包括开始码，时间码信息和结束码；

(3.2)时钟编码的发送具有一定的发送时长，在非5G基站对应设置有时钟解码器，子监测区中的5G基站发送时钟编码至多个非5G基站，其中多个时钟同步码按照非均匀的预设时长和间隔依次发射，具有持续的发射时间；

(3.3)多个非5G基站分别接收，多个非5G基站首先接收到时钟编码的ID码和此时钟编码的校验码，通过时钟解码器进行解码，如果满足对应条件，则继续接收；

(3.4)当接收到时钟同步码的开始码时开始计时，直到接收时钟结束码的时刻停止计时，通过计算结束时刻和同步开始时刻的差值得到多个时钟同步码的发送时长和以及通过接收时间之间差值得到多个时钟同步码之间的发送间隔；

(3.5)将计算得到的多个时钟同步码的发送时长和发送间隔与预设时长和间隔分别进行对比，得到对应的时长校准参数和间隔校准参数，利用对比结果选择时长校准参数或间隔校准参数分别对多个非5G基站进行校准。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：利用对比结果选择是利用发送时长和发送间隔与预设时长和间隔之间偏差的程度或者是灵敏度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：远程云服务器根据广播星历或精密星历解算出该监测装置的原始位置；根据监测装置的原始位置，寻找附近的基站数据，并利用寻找附近的基站数据和监测装置的观测数据，对区域内的移动终端进行定位。

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