CN115442398A - 基于无基站差分gps定位技术的河湖智能界桩及监控系统 - Google Patents

基于无基站差分gps定位技术的河湖智能界桩及监控系统 Download PDF

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林子淇
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Abstract

本发明提供基于智能感知、图像识别和无基准站差分GPS定位技术的智能界桩，所述智能界桩包括监控模块，所述监控模块内嵌在智能界桩的内部；感应模块，所述感应模块内嵌在智能界桩的内部；传输模块，所述传输模块为无线传输组件，内嵌在智能界桩的内部；定位模块，所述智能界桩的内部安装有GPS/北斗定位模块，并采用无基准站差分定位技术，所述传输模块采用内置或外置供电的方式为网络传输模块供电，所述传输模块采用高带宽、低时延模式实时将各种监测信息传输至云端智能界桩管理系统，方便云端计算分析数据，优点为不仅能准确的对河湖划界、简化定位设施设备，而且提高定位灵活性。

Description

基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩及监控系统
技术领域
本发明涉及河湖管理范围和水利工程管理与保护范围划界的技术领域，具体涉及基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩及监控系统。
背景技术
依法依规开展河湖与水利工程管理范围划定工作，明确管理界线，设立界桩等保护标志，对河湖等自然生态空间进行统一确权登记，形成归属清晰、权责明确、监管有效的自然资源资产产权制度，是深化水利改革、加强水利工程管理的重要内容。
然而，一些河湖和水利工程管理范围、保护范围边界模糊不清，管理权属分散，协调困难，工作繁多且难度大，界桩经常损毁，加上河湖情况变化快，造成越界侵占河湖和水利工程用地范围，建筑及垃圾乱占、乱堆、乱建和乱采现象时有发生，严重影响河湖与水利工程行洪及生态安全。
面对以上难题，首先要解决的就是河湖和水利工程管理范围、保护边界划分不清晰的问题。引入智能界桩及其监测系统，利用界桩中感应探针的智能监测特性，实时探测、响应告警、主动推送信息，能够有效降低巡查人员的巡逻次数，及时发现损坏或被破坏的界桩信息，有目的地进行现场勘察。利用该系统能优化界桩的管理工作，把工作重点从现场巡逻界桩转移到线上监测和预警分析，提高对界桩区域的监督和管理效率。
检索到专利号为CN114241336A，专利名称为一种基于动态低分辨遥感图像的河湖水域确权划界方法的公开材料，通过分析该公开材料可知，其包括：根据所述动态低分辨遥感图像，获取包括所述河湖水域的边界的低分辨图像；获取所述低分辨图像的模糊水域边界区域；将所述模糊水域边界区域分段划分为若干个依次连接的单元图形；根据若干个所述单元图形的图像特征，将所述模糊水域边界进行精细划分，得到确权划界线；根据所述水域准确边界线对所述河湖水域进行确权划界；根据低分辨遥感图像获取河湖水域的低分辨图像的边界，划分为若干个依次连接的单元图形后，再进行精细划分，得到确权划界线，该方法不能精确的得到河湖的边界位置，不能达到精确的边界确权。
检索到专利号为CN114565493A，专利名称为一种河湖“四乱”问题智能研判方法与系统的公开技术，通过分析可知将对河湖岸线时空管理的相关数据入库，建立标准化、动态化的数据支撑管理系统，建立研判规则和模型，研判模型包括河道管理范围研判、河湖本底数据研判、岸线利用与保护规划研判、涉河项目审批研判、四乱专题数据研判，该公开技术中，没有提到通过精确的划界实现确权。
发明内容
有鉴于此，本发明提供基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩，不仅能准确的对河湖划界、简化定位设施设备，而且提高定位灵活性。
为了解决上述技术问题，本发明提供基于智能感知、图像识别和无基准站差分GPS定位技术的智能界桩，所述智能界桩包括
监控模块，所述监控模块内嵌在智能界桩的内部；
感应模块，所述感应模块内嵌在智能界桩的内部；
传输模块，所述传输模块为无线传输组件，内嵌在智能界桩的内部；
定位模块，所述智能界桩的内部安装有GPS/北斗定位模块，并采用无基准站差分定位技术；
所述智能界桩通过NB-IoT网络或4G/5G网络，实时精准反馈界桩周围环境、动态等信息，并同步传输至智能界桩监控管理系统。
进一步的，所述智能界桩的内部内嵌有智能语音系统，用于配合感应模块播报语音。
进一步的，所述传输模块采用内置或外置供电的方式为网络传输模块供电，所述传输模块采用高带宽、低时延模式实时将各种监测信息传输至云端智能界桩管理系统，方便云端计算分析数据。
进一步的，所述智能界桩的内部安装有感知震动或倾斜的监测模块，同时内嵌水位检测、桩体淹没检测等组件，当界桩检测到自身角度发生倾斜、位置发生变化、桩体被河水淹没等异常状态时，通过数据端口、电子锅自动同步信息将加速度计参数、水平仪参数、定位坐标传送至河湖管理智能界桩监控系统，并发出警戒指令，及时通知管理人员到达现场巡检或处理。
进一步的，所述智能界桩内置监控探头，用于固定时间间隔采集桩体周围环境图片并实时传输至河湖管理智能界桩监控系统。
进一步的，所述无基准站差分定位技术中差分定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。
一种智能界桩的监控系统，包括上述所述的智能界桩，利用云平台计算和存储资源，基于云服务提供商的Pssa服务，开发部署河湖管理智能界桩监控系统。
进一步的，所述监控系统包括使用ArcMap、ArcScene绘制GIS 地图要素，所述GIS地图要素包括行政区划图、DEM图，将所述GIS 地图要素加载至mxd地图文档，并对各地图要素进行符号化渲染。
进一步的，所述监控系统还包括在电子地图中标记智能界桩位置，并调整相关参数完成界桩状态的监测。
进一步的，所述监控系统还包括将mxd地图文档发布至服务端上的ArcGISServer服务器，在发布时指定服务类型，通过Web数据服务向客户端多用户同时推送GIS地图。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、界桩内嵌各种监控模块、感应探针和无线传输组件，利用 NB-IoT网络或4G/5G网络，实时精准反馈界桩周围环境、动态等信息，并同步传输至智能界桩监控管理系统，界桩内置GPS/北斗定位模块，采用无基准站差分定位技术，简化定位设备，提高定位灵活性，开发部署河湖管理智能界桩监控系统，实时获取智能界桩反馈的各项信息数据，利用计算机的强大算力分析识别各种情形下的环境乱象。
2、界桩内置NB-IoT或4G/5G网络传输模块，采用内置或外置供电的方式为网络传输模块供电。网络传输模块采用高带宽、低时延模式实时将各种监测信息传输至云端智能界桩管理系统，方便云端计算分析数据。
3、界桩集成加速度计、水平仪等可感知震动或倾斜的监测模块，同时内嵌水位检测、桩体淹没检测等组件，当界桩检测到自身角度发生倾斜、位置发生变化、桩体被河水淹没等异常状态时，通过数据端口、电子锅自动同步信息将加速度计参数、水平仪参数、定位坐标传送至河湖管理智能界桩监控系统，并发出警戒指令，及时通知管理人员到达现场巡检或处理。
4、智能界桩内置GPS/北斗定位模块，采用无基准站差分定位技术，简化定位设备，提高定位灵活性。
附图说明
图1是实施例中基于智能感知、图像识别、无基准站差分GPS 定位技术的智能界桩及其监控系统的流程示意图；
图2是实施例中基于界桩坐标形成的*县河段范围图；
图3是实施例中用户在Web端根据智能界桩绘制的河岸线图；
图4是实施例中Web端发出的智能界桩实时告警图；
图5是实施例中用户在Web端依据划界结果进行界桩点绘制的界面图；
图6是实施例中智能界桩结果展示图。
图7是图6的局部放大图；
图8是无基准站差分GPS定位示意图
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-8，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-8所示：
实施例1
基于智能感知、图像识别和无基准站差分GPS定位技术的智能界桩，所述智能界桩包括监控模块，所述监控模块内嵌在智能界桩的内部；感应模块，所述感应模块内嵌在智能界桩的内部；传输模块，所述传输模块为无线传输组件，内嵌在智能界桩的内部；定位模块，所述智能界桩的内部安装有GPS/北斗定位模块，并采用无基准站差分定位技术；所述智能界桩通过NB-IoT网络或4G/5G网络，实时精准反馈界桩周围环境、动态等信息，并同步传输至智能界桩监控管理系统。
本实施例中，界桩内嵌各种监控模块、感应探针和无线传输组件，利用NB-IoT网络或4G/5G网络，实时精准反馈界桩周围环境、动态等信息，并同步传输至智能界桩监控管理系统，界桩内置GPS/ 北斗定位模块，采用无基准站差分定位技术，简化定位设备，提高定位灵活性，开发部署河湖管理智能界桩监控系统，实时获取智能界桩反馈的各项信息数据，利用计算机的强大算力分析识别各种情形下的环境乱象。
实施例2
所述智能界桩的内部内嵌有智能语音系统，用于配合感应模块播报语音。
区别于上述实施例，在本实施例中，界桩内嵌智能语音系统，自动感知附近环境人类活动，一旦检测到人类处于界桩附近，则自动播报河湖相关宣传语音。
实施例3
所述传输模块采用内置或外置供电的方式为网络传输模块供电，所述传输模块采用高带宽、低时延模式实时将各种监测信息传输至云端智能界桩管理系统，方便云端计算分析数据。
区别于上述实施例，在本实施例中，界桩内置NB-IoT或4G/5G 网络传输模块，采用内置或外置供电的方式为网络传输模块供电。网络传输模块采用高带宽、低时延模式实时将各种监测信息传输至云端智能界桩管理系统，方便云端计算分析数据。
实施例4
所述智能界桩的内部安装有感知震动或倾斜的监测模块，同时内嵌水位检测、桩体淹没检测等组件，当界桩检测到自身角度发生倾斜、位置发生变化、桩体被河水淹没等异常状态时，通过数据端口、电子锅自动同步信息将加速度计参数、水平仪参数、定位坐标传送至河湖管理智能界桩监控系统，并发出警戒指令，及时通知管理人员到达现场巡检或处理。
区别于上述实施例，在本实施例中，界桩集成加速度计、水平仪等可感知震动或倾斜的监测模块，同时内嵌水位检测、桩体淹没检测等组件，当界桩检测到自身角度发生倾斜、位置发生变化、桩体被河水淹没等异常状态时，通过数据端口、电子锅自动同步信息将加速度计参数、水平仪参数、定位坐标传送至河湖管理智能界桩监控系统，并发出警戒指令，及时通知管理人员到达现场巡检或处理。
实施例5
所述智能界桩内置监控探头，用于固定时间间隔采集桩体周围环境图片并实时传输至河湖管理智能界桩监控系统。
区别于上述实施例，在本实施例中，界桩内置适合的监控探头，固定时间间隔采集桩体周围环境图片并实时传输至河湖管理智能界桩监控系统。利用该系统的样本库和样本模型，分析识别“四乱”现象，发现异常现场自动向河湖管理监督检查系统(或河湖长制系统) 预警，河湖管理人员接警后可以快速精准处置。
实施例6
所述无基准站差分定位技术中差分定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。
区别于上述实施例，在本实施例中，智能界桩内置GPS/北斗定位模块，采用无基准站差分定位技术，简化定位设备，提高定位灵活性。
1、传统的GPS定位范围广、精度高。但河湖界桩易受大气、卫星轨道、电磁等因素影响，导致河湖界桩的GPS定位精度不高。智能界桩系统提出无基准站差分GPS的界桩群定位方法，将多个河湖界桩进行GPS差分，实现空间多个界桩绝对定位，然后用短距无线通信实现多个界桩间的相互通信，达到相对定位的目的，最终将接收机站信号上传到系统。验证结果表明，差分GPS的界桩群定位可提高系统定位精度。
2、差分定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系，定位精度比单点定位高。无基准站差分GPS定位方法不需要设置地面基准站，在界桩设置过程中利用主界桩代替地面基准站，进行实时数据校准，简化定位设施设备，提高定位灵活性。以两个界桩为例，主界桩将卫星测量数据实时发送到从界桩，从界桩间相互处理校准。无基准站差分GPS 定位示意图如图8所示。
主界桩和从界桩收到第j颗卫星的伪矩用
Figure RE-GDA0003924932650000091
和
Figure RE-GDA0003924932650000092
表示，两界桩观测同一卫星的伪矩差为：
Figure RE-GDA0003924932650000093
式中：
Figure RE-GDA0003924932650000094
为GPS在卫星系坐标，(xi,yi,zi)为用户位置在卫星系坐标，
Figure RE-GDA0003924932650000095
和
Figure RE-GDA0003924932650000096
表示主界桩和从界桩接收到第j颗卫星的伪矩，δtu,r和δtb,r为卫星和接收机的钟差。其中主从界桩接收误差为δd＝c(δtu,r-δtb,r)，
Figure RE-GDA0003924932650000104
和
Figure RE-GDA0003924932650000105
为观测随机误差。
能收到公共卫星的情况下，用最小二乘法求两个相邻界桩在地心坐标系的位置。设主界桩与从界桩的位置分别为(xi,yi,zi)和(xi’,yi’,zi’) 且(i＝b，u)，在(xi,yi,zi)处展开式1-1得：
Figure RE-GDA0003924932650000101
主界桩伪距减从机伪距得：
Figure RE-GDA0003924932650000102
其中:
Figure RE-GDA0003924932650000103
观测权值为p，从界桩所产生的误差与主机有关，主界桩定位误差随从机误差变化，主界桩产生的定位误差只影响从机误差，经过无基准站差分 GPS定位方法。
实施例7
一种智能界桩的监控系统，包括上述所述的智能界桩，利用云平台计算和存储资源，基于云服务提供商的Pssa服务，开发部署河湖管理智能界桩监控系统。
区别于上述实施例，在本实施例中，。
实施例8
所述监控系统包括使用ArcMap、ArcScene绘制GIS地图要素，所述GIS地图要素包括行政区划图、DEM图，将所述GIS地图要素加载至mxd地图文档，并对各地图要素进行符号化渲染，所述监控系统还包括在电子地图中标记智能界桩位置，并调整相关参数完成界桩状态的监测，所述监控系统还包括将mxd地图文档发布至服务端上的ArcGISServer服务器，在发布时指定服务类型，通过Web数据服务向客户端多用户同时推送GIS地图。
本发明的工作方法(或工作原理)：
本方法结合无基准站差分定位技术和GIS在获取空间地理信息方面的优势，有助于解决传统界桩对河湖和水利工程管理范围、保护边界划分不清晰的问题。引入智能界桩及其监测系统，利用界桩中感应探针的智能监测特性，实时探测、响应告警、主动推送信息，能够有效降低巡查人员的巡逻次数，及时发现损坏或被破坏的界桩信息，有目的地进行现场勘察。利用该系统能优化界桩的管理工作，把工作重点从现场巡逻界桩转移到线上监测和预警分析，提高对界桩区域的监督和管理效率。为该地区的经济发展奠定良好的基础，具有现实的社会需求和广泛的推广应用价值。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于智能感知、图像识别和无基准站差分GPS定位技术的智能界桩，其特征在于：所述智能界桩包括
监控模块，所述监控模块内嵌在智能界桩的内部；
感应模块，所述感应模块内嵌在智能界桩的内部；
传输模块，所述传输模块为无线传输组件，内嵌在智能界桩的内部；
定位模块，所述智能界桩的内部安装有GPS/北斗定位模块，并采用无基准站差分定位技术；
所述智能界桩通过NB-IoT网络或4G/5G网络，实时精准反馈界桩周围环境、动态等信息，并同步传输至智能界桩监控管理系统。
2.根据权利要求1所述的基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩，其特征在于：所述智能界桩的内部内嵌有智能语音系统，用于配合感应模块播报语音。
3.根据权利要求2所述的基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩，其特征在于：所述传输模块采用内置或外置供电的方式为网络传输模块供电，所述传输模块采用高带宽、低时延模式实时将各种监测信息传输至云端智能界桩管理系统，方便云端计算分析数据。
4.根据权利要求3所述的基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩，其特征在于：所述智能界桩的内部安装有感知震动或倾斜的监测模块，同时内嵌水位检测、桩体淹没检测等组件，当界桩检测到自身角度发生倾斜、位置发生变化、桩体被河水淹没等异常状态时，通过数据端口、电子锅自动同步信息将加速度计参数、水平仪参数、定位坐标传送至河湖管理智能界桩监控系统，并发出警戒指令，及时通知管理人员到达现场巡检或处理。
5.根据权利要求4所述的基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩，其特征在于：所述智能界桩内置监控探头，用于固定时间间隔采集桩体周围环境图片并实时传输至河湖管理智能界桩监控系统。
6.根据权利要求5所述的基于无基站差分GPS定位技术的河湖智能界桩，其特征在于：所述无基准站差分定位技术中差分定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。
7.一种智能界桩的监控系统，其特征在于：包括权利要求1-6所述的智能界桩，利用云平台计算和存储资源，基于云服务提供商的Pssa服务，开发部署河湖管理智能界桩监控系统。
8.根据权利要求7所述的一种智能界桩的监控系统，其特征在于：所述监控系统包括使用ArcMap、ArcScene绘制GIS地图要素，所述GIS地图要素包括行政区划图、DEM图，将所述GIS地图要素加载至mxd地图文档，并对各地图要素进行符号化渲染。
9.根据权利要求8所述的一种智能界桩的监控系统，其特征在于：所述监控系统还包括在电子地图中标记智能界桩位置，并调整相关参数完成界桩状态的监测。
10.根据权利要求9所述的一种智能界桩的监控系统，其特征在于：所述监控系统还包括将mxd地图文档发布至服务端上的ArcGIS Server服务器，在发布时指定服务类型，通过Web数据服务向客户端多用户同时推送GIS地图。
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