CN112945078B - 一种基于mimo边坡变形监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及接收机组件的校正技术领域，具体涉及一种基于MIMO边坡变形监测预警系统，包括监测模块、多天线接收模块、处理模块和预警模块，监测模块监测参考站的参考信息和边坡的位移信息，多天线接收模块接收多个方向上传输来的参考信息和位移信息并发送至处理模块，处理模块将接收到的参考信息和位移信息进行滤波处理抑制多径效应，处理模块对进行了滤波处理后的参考信息和位移信息进行拆分处理，处理模块根据拆分处理后的参考信息和位移信息计算边坡的变形信息，处理模块根据变形信息向预警模块发送预警信号，预警模块根据预警信号进行边坡变形预警。本发明极大地降低了多径效应的干扰，提高后续依据数据分析边坡变形信息的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及接收机组件的校正技术领域，具体涉及一种基于MIMO边坡变形监测预警系统。
背景技术
快速的城市化进程加快了道路、桥梁和隧道的建设，由此而来也产生了较多的边坡地带。边坡地带具有一定的倾斜角度并通过钢筋混凝土结构进行加固，即使对边坡地带进行了加固，边坡地带还是容易因内部地质变形而产生滑坡等地质灾害，边坡地带的变形监测关系到地质灾害的预测与防控，所以，边坡地带的变形监测非常重要。
针对边坡地带的变形监测，通常使用全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System)进行，如：公开号为CN111880206A的专利公开了一种基于卫星定位技术的边坡变形监测系统，包括边坡监测子系统、通信基站、数据分析子系统、后台监控子系统和云端服务器；边坡监测子系统和数据分析子系统通过通信基站通信连接，数据分析子系统通讯连接后台监控子系统，后台监控子系统无线连接云端；边坡监测子系统包括卫星信号接收模块、土压力检测模块、边坡沉降检测模块、空隙水压力检测模块、边坡倾斜检测模块、土壤湿度检测模块和数据采集模块。利用卫星定位、联合解算技术对边坡监测部位进行实时定位和数据分析，定位精度高，监测效果好，并且通过多种监测仪器来对边坡的各项数据进行检测，不仅对边坡的变形监测起到辅助作用以进一步提高监测效果，还方便了解边坡的各项信息。
但是，在实际的利用GNSS技术进行边坡监测的过程中，因边坡周围具有树木、山体和建筑物等障碍物，GNSS信号受到各种障碍物的影响而产生多径效应，使得接收模块接收到数据存在很大误差，让边坡的变形监测结果不准确。
发明内容
本发明意在提供一种基于MIMO边坡变形监测预警系统，以提高边坡变形监测的准确性。
本方案中的基于MIMO边坡变形监测预警系统，包括监测模块、多天线接收模块、处理模块和预警模块，所述监测模块用于监测参考站的参考信息和边坡的位移信息，所述多天线接收模块接收多个方向上传输来的参考信息和位移信息并发送至处理模块，所述处理模块将多天线接收模块上每根天线接收到的参考信息和位移信息进行滤波处理抑制多径效应，所述处理模块对进行了滤波处理后的参考信息和位移信息进行拆分处理，所述处理模块根据拆分处理后的参考信息和位移信息计算边坡的变形信息，所述处理模块根据变形信息向预警模块发送预警信号，所述预警模块根据预警信号进行边坡变形预警。
本方案的有益效果是：
通过多天线接收模块接收经过自然环境传输的参考信息和位移信息，能够接收到经过不同路径传输后的信息，然后通过滤波处理能够过滤掉信息中的干扰噪声，再对信息进行拆分处理，以分离出不同边坡位置上的移位数据，最后根据分离出的信息计算边坡的变形信息，并根据变形信息让预警模块进行预警，多天线接收模块从多个方向是接收数据提高了数据接收的完整性，并对每根天线接收到的信息进行滤波处理，极大地降低了多径效应的干扰，提高后续依据数据分析边坡变形信息的准确性。
进一步，所述多天线接收模块上设有调节模块，所述处理模块对位移信息中变形监测点数量进行计算，当变形监测点数量小于预设值时，所述处理模块向调节模块发送调节信号，所述调节模块根据调节信号带动多天线接收模块按照预设方位改变接收方位，所述处理模块对下一时刻收到的位移信息中的变形监测点数量再次进行计算，若再次计算的变形监测点数量小于预设值，所述处理模块判断信号丢失或者监测模块部分损坏，若再次计算的变形监测点数量等于预设值，所述处理模块判断信号丢失。
有益效果是：通过对位移信息中变形监测点数量进行计算，以此来判断是否所有的变形监测点都发送了位移信息，在只有部分变形监测点发送了位移信息时，让调节模块带动多天线接收模块改变接收方位，先排除掉因多天线接收模块自身位置引起的漏接，并对再次计算的变形监测点数量进行计算后再次判断，根据再次计算的变形监测点梳理判断监测模块的情况，及时发现监测模块的监测情况，提高监测数据接收的完整性。
进一步，当再次计算的变形监测点数量小于预设值时，所述处理模块识别相邻的前后两次位移信息中所缺少的变形监测点标识并判断是否相同，若相同，所述处理模块判断监测模块部分损坏，若不相同，所述处理模块判断信号丢失。
有益效果是：在再次发现缺少变形监测点时，再判断两次变形监测点的标识是否相同，由此来判断是否监测模块部分损坏，能够及时发现监测模块的损坏情况。
进一步，所述监测模块包括基准单元和多个监测单元，所述基准单元设置在不变形区域上，所述监测单元均匀布设在变形区域上，所述监测单元上均设有通信器和控制器，所述通信器接收相邻监测单元发送的位移信息并向控制器发送接收信息，所述控制器根据接收信息判断接收方位角，当接收方位角位于预设范围外时，所述控制器控制给位移信息添加异常标识，所述处理模块在变形监测点数量小于预设值时识别异常标识，所述处理模块根据收到的位移信息判断异常的监测单元。
有益效果是：接收信息是通信器接收位移信息时标识信息，如信号接收强度和接收的方位角等，通过判断每个监测单元接收相互间位移信息的接收方位角，根据接收方位角添加异常标识，及时发现对应的监测单元的异常状况，防止部分边坡区域因周围人群种菜导致监测单元被随意移位或者破坏引起误判断。
进一步，在判断到接收方位角位于预设范围外时，所述控制器对预设范围外的接收方位角的数量进行计数得到计数值，所述控制器将计数值与阈值进行对比，当计数值小于阈值时，所述控制器给位移信息添加异常标识，所述处理模块将未收到位移信息对应的监测单元判断为异常监测单元。
有益效果是：由于在变形区域上设置了多个监测单元，任一监测单元接收到的相邻监测单元的位移信息数量有多个，而处于被移位状态的监测单元收到的多个位移信息的接收方位角均会产生异常，处于损坏状态的监测单元能够收到多个位移信息且其他完好监测单元都接收不到该损坏监测单元的位移信息，所以，本技术方案通过对预设范围外的接收方位角进行计数，在计数值小于阈值时才给位移信息添加异常标识，以在异常监测单元不能发送位移信息或位置改变导致发送的位移信息无法被接收到时，及时发送具体是哪一个监测单元产生了异常。
进一步，所述处理模块在判断到是监测模块部分损坏时向调节模块发送复位信号，所述调节模块根据复位信号带动多天线接收模块复位，在判断到是信号丢失时，所述处理模块判断到监测点数量等于预设值后向调节模块发送固定信号，所述调节模块根据固定信号停止带动多天线接收模块移动。
有益效果是：在判断到监测模块部分异常时让调节模块带动多天线接收模块复位，即不是多天线接收模块的问题时复位，保证多天线接收模块以预设位置工作接收信号，在丢失信号时，由处理模块判断能够接收到所有信号的多天线接收模块的位置，提高接收信号的准确性和完整性。
附图说明
图1为本发明基于MIMO边坡变形监测预警系统实施例一的示意性框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
实施例一
基于MIMO边坡变形监测预警系统，如图1所示：包括监测模块、多天线接收模块、处理模块和预警模块，监测模块用于监测参考站的参考信息和边坡的位移信息，监测模块为现有GNSS边坡变形监测站，具体为，监测模块包括基准单元和多个监测单元，基准单元检测标准坐标作用参考信息，监测单元检测其位于变形区内的坐标作为位移信息，基准单元和监测单元为GNSS监测站，基准单元设置在不变形区域上，监测单元均匀布设在变形区域上，监测单元上均安装有通信器和控制器，通信器接收相邻监测单元发送的位移信息并向控制器发送接收信息，通信器可用3G移动线通信模块，控制器根据接收信息判断接收方位角，接收方位角的判断可用现有的波达角估计算法进行计算，当接收方位角位于预设范围外时，如监测单元倾斜或倾倒时引起的接收方位角变化，预设范围为监测单元安装后通信器能够接收到信号的范围，控制器控制给位移信息添加异常标识，具体为，控制器对位于预设范围外的接收方位角进行计数得到计数值，控制器将计数值与阈值进行对比，当计数值小于阈值时，阈值可以设置成监测单元的数量或者其他合适的数值，控制器给位移信息添加异常标识，处理模块将未收到位移信息对应的监测单元判断为异常监测单元，处理模块在变形监测点数量小于预设值时识别异常标识，处理模块根据收到的位移信息判断异常的监测单元。
多天线接收模块接收多个方向上传输来的参考信息和位移信息并发送至处理模块，多天线接收模块可用现有的MIMO天线，处理模块将多天线接收模块上每根天线接收到的参考信息和位移信息进行滤波处理抑制多径效应，参考信息和位移信息的滤波处理通过现有的滤波电路进行，处理模块对进行了滤波处理后的参考信息和位移信息进行拆分处理，拆分处理可用现有变形观测处理软件进行，处理模块根据拆分处理后的参考信息和位移信息计算边坡的变形信息，处理模块根据变形信息向预警模块发送预警信号，预警模块根据预警信号进行边坡变形预警，预警模块可用现有的蜂鸣器进行声音报警。
多天线接收模块上安装有调节模块，调节模块包括液压缸和底座，底座焊接在液压缸的活塞杆上，多天线接收模块固定安装在底座上；处理模块对位移信息中变形监测点数量进行计算，变形监测点即设置监测单元的点位，处理模块根据位移信息中关于监测单元的识别码确定变形监测点数量，当变形监测点数量小于预设值时，预设值为监测单元的数量，处理模块向调节模块发送调节信号，调节模块根据调节信号带动多天线接收模块按照预设方位改变接收方位，预设方位为多天线接收模块能够移动的距离，处理模块对下一时刻收到的位移信息中的变形监测点数量再次进行计算；若再次计算的变形监测点数量小于预设值，处理模块判断信号丢失或者监测模块部分损坏，具体为，处理模块识别相邻的前后两次位移信息中所缺少的变形监测点标识并判断是否相同，变形监测点标识即每个监测单元的识别码，若相同，处理模块判断监测模块部分损坏，若不相同，处理模块判断信号丢失；若再次计算的变形监测点数量等于预设值，处理模块判断信号丢失。
处理模块在判断到是监测模块部分损坏时向调节模块发送复位信号，调节模块根据复位信号带动多天线接收模块复位，即让多天线接收模块回到初始位置；在判断到是信号丢失时，处理模块判断到监测点数量等于预设值后向调节模块发送固定信号，调节模块根据固定信号停止带动多天线接收模块移动。
具体实施过程如下：
在对边坡进行变形监测时，将基准单元固定到不变形区域上，将多个监测单元均匀固定到边坡上，由通信器接收相邻单元的位移信息并向控制器发送接收信息，让控制器从接收信息中获取接收方位角，由控制器判断接收方位角是否位于预设范围内，在接收方位角位于预设范围外时，由控制器计算位于预设范围外接收方位角的数量，即计数值，在计数值小于阈值时，由控制器给位移信息添加异常标识，由处理模块将未收到位移信息对应的监测单元判断为异常，通过GNSS技术进行参考信息和位移信息的监测并发送至处理模块。
由处理模块根据收到的位移信息计算变形监测点数量，若变形监测点数量小于预设值，则通过处理模块向调节模块发送调节信号，让调节模块根据调节信号带动多天线接收模块按照预设方位改变接收方位，通过调节模块的移动还能在监测单元倾斜或倾倒时增加接收到的信号数量，减少数据因多天线模块位置的影响而丢失的量；并由处理模块根据再次获取的位移信息再次计算变形监测点数量，若再次计算的变形监测点数量小于预设值，由处理模块识别相邻的前后两次位移信息中所缺少的变形监测点标识并判断是否相同，若相同，处理模块判断监测模块部分损坏，若不相同，处理模块判断信号丢失；若再次计算的变形监测点数量等于预设值，处理模块判断信号丢失。
通过多天线接收模块接收经过自然环境传输的参考信息和位移信息，能够接收到经过不同路径传输后的信息，然后通过滤波处理能够过滤掉信息中的干扰噪声，再对信息进行拆分处理，以分离出不同边坡位置上的移位数据，最后根据分离出的信息计算边坡的变形信息，并根据变形信息让预警模块进行预警，多天线接收模块从多个方向是接收数据提高了数据接收的完整性，并对每根天线接收到的信息进行滤波处理，极大地降低了多径效应的干扰，提高后续依据数据分析边坡变形信息的准确性。
实施例二
与实施例一的区别在于，每个监测单元上设有热释电红外传感器，热释电红外传感器检测人体信号后发送至控制器，控制器根据人体信号在添加异常标识同时给位移信息添加人体干扰标识，处理模块根据人体干扰标识判断同一个监测单元的位移信息的变化次数，处理模块在变化次数大于预设阈值时判断人体干扰并给对应的监测单元添加移位标签，同时，处理模块向预警模块发送警示信号，预警模块通过灯光进行移位警示，当变化次数小于预设阈值时，处理模块停止发送警示信号，便于及时发现在有人进入边坡区域时监测单元的移位信息。
由于在边坡的变形监测时，多个监测单元分散的范围会较大，且边坡区域会有地势上的高低起伏，导致多个监测单元不会在较为完整的一个视野范围内，所以，无法通过设置一个摄像头完成全部的检测，本实施例通过人体红外检测，能够在及时发现进入边坡区域的人员异常情况，对位移信息的变化次数进行统计，在变化次数大于预设阈值时通过移位警示以及给监测单元添加移位标签，即变化次数可以代表有人种菜影响监测，移开某个监测单元后再移回来的情况，能够及时进行标识，以进行后续处理，从监测单元的前端和多天线接收模块的后端进行异常干扰情况的检测，排除干扰对结果的营销，提高边坡变形监测的有效性。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种基于MIMO边坡变形监测预警系统，包括监测模块，所述监测模块用于监测参考站的参考信息和边坡的位移信息，其特征在于：还包括多天线接收模块、处理模块和预警模块，所述多天线接收模块接收多个方向上传输来的参考信息和位移信息并发送至处理模块，所述处理模块将多天线接收模块上每根天线接收到的参考信息和位移信息进行滤波处理抑制多径效应，所述处理模块对进行了滤波处理后的参考信息和位移信息进行拆分处理，所述处理模块根据拆分处理后的参考信息和位移信息计算边坡的变形信息，所述处理模块根据变形信息向预警模块发送预警信号，所述预警模块根据预警信号进行边坡变形预警；
所述多天线接收模块上设有调节模块，所述处理模块对位移信息中变形监测点数量进行计算，当变形监测点数量小于预设值时，所述处理模块向调节模块发送调节信号，所述调节模块根据调节信号带动多天线接收模块按照预设方位改变接收方位，所述处理模块对下一时刻收到的位移信息中的变形监测点数量再次进行计算，若再次计算的变形监测点数量小于预设值，所述处理模块判断信号丢失或者监测模块部分损坏，处理模块识别相邻的前后两次位移信息中所缺少的变形监测点标识并判断是否相同，若相同，处理模块判断监测模块部分损坏，若不相同，处理模块判断信号丢失，若再次计算的变形监测点数量等于预设值，所述处理模块判断信号丢失。
2.根据权利要求1所述的基于MIMO边坡变形监测预警系统，其特征在于：当再次计算的变形监测点数量小于预设值时，所述处理模块识别相邻的前后两次位移信息中所缺少的变形监测点标识并判断是否相同，若相同，所述处理模块判断监测模块部分损坏，若不相同，所述处理模块判断信号丢失。
3.根据权利要求2所述的基于MIMO边坡变形监测预警系统，其特征在于：所述监测模块包括基准单元和多个监测单元，所述基准单元设置在不变形区域上，所述监测单元均匀布设在变形区域上，所述监测单元上均设有通信器和控制器，所述通信器接收相邻监测单元发送的位移信息并向控制器发送接收信息，所述控制器根据接收信息判断接收方位角，当接收方位角位于预设范围外时，所述控制器控制给位移信息添加异常标识，所述处理模块在变形监测点数量小于预设值时识别异常标识，所述处理模块根据收到的位移信息判断异常的监测单元。
4.根据权利要求3所述的基于MIMO边坡变形监测预警系统，其特征在于：在判断到接收方位角位于预设范围外时，所述控制器对预设范围外的接收方位角的数量进行计数得到计数值，所述控制器将计数值与阈值进行对比，当计数值小于阈值时，所述控制器给位移信息添加异常标识，所述处理模块将未收到位移信息对应的监测单元判断为异常监测单元。
5.根据权利要求4所述的基于MIMO边坡变形监测预警系统，其特征在于：所述处理模块在判断到是监测模块部分损坏时向调节模块发送复位信号，所述调节模块根据复位信号带动多天线接收模块复位，在判断到是信号丢失时，所述处理模块判断到监测点数量等于预设值后向调节模块发送固定信号，所述调节模块根据固定信号停止带动多天线接收模块移动。
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