(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210830898.X (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 应急管理部国家自然灾害防治研究 院 地址 100085 北京市海淀区安宁庄路1号 (72)发明人 王成虎　高桂云　张天瑜　刘一民　 周昊　吕沛桐　邵彦斌　薛松峰　 (74)专利代理 机构 沈阳铭扬联创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 21241 专利代理师 屈芳 (51)Int.Cl. H04W 4/02(2018.01) G06K 17/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01S 5/06(2006.01)G06F 17/11(2006.01) (54)发明名称 一种多参数滑坡瞬变及蠕变实时监测系统 及方法 (57)摘要 本发明属于UWB无线定位技术领域， 具体来 讲为一种多参数滑坡瞬变及蠕变实时监测系统 及方法， 包括根据监测范围大小以及标定点数设 置的多个定位基站数量和标签数量， 其中， 所述 定位标签固定在滑坡表面标定点处， 并实时发射 UWB脉冲信号并监测加速度变化， 定位基站均匀 分布在监测滑坡四周不易滑动的坚固地表或基 石上， 用于接收标签发射的UWB脉冲信号， 获取 UWB定位数据以及加速度数据； 与任意一个定位 基站链接， 并采集定位基站的数据， 将采集到的 数据处理分析， 并实时显示定位标签的位置坐标 的控制平台， 完成滑坡复杂环 境条件下的实时定 位监测， 同时具有易安装、 低成本、 可长时间无人 运行等功能。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115412840 A 2022.11.29 CN 115412840 A 1.一种多参数滑坡瞬变及蠕变实时监测系统， 其特 征在于， 该系统包括： 根据监测范围大小以及标定点数设置的多个定位基站数量和标签数量， 其中， 所述定 位标签固定在滑坡表 面标定点处， 并实时发射UWB脉冲信号并监测加速度变化， 定位基站均 匀分布在监测滑坡四周不易滑动的坚固地表或基石 上， 用于接收标签发射的UWB脉冲信号， 获取UWB定位数据以及加速度数据； 与任意一个定位基站链接， 并采集定位基站的数据， 将采集到的数据处理分析， 并实时 显示定位标签的位置坐标的控制平台。 2.按照权利要求1所述的多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测系统， 其特征在于， 所述定位 基站包括： 第一MCU微控制单元、 UWB接收模块、 第一外置天线、 温度传感器以及湿度传感器， 所述MCU微控制单元作为核心处理器， 负责控制系统各个模块的协调工作， 发送相关指令， 并对采集到的数据进行处理， 第一MCU微控制单元发出通信指令时， UWB接收模块建立与标 签中UWB发射模块的通信， 通过第一外置天线接收UWB脉冲信号， 完成接收时间的测量， 然后 将数据送至第一MCU微控制单元， 从而得到标签与定位基站的距离数据， 完成精确定位， 所 述温度传感器和湿度传感器能够监测滑坡周围环 境的温度湿度信息， 并将监测信息传送至 第一MCU微控制单元， 第一MCU微控制单元将接收到的标签位移、 环 境温度湿度、 加速度变化 信息传送至控制平台 融合处理并分析， 对滑坡发生的概 率进行解 算。 3.按照权利要求2所述的多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测系统， 其特征在于， 所述定位 标签包括： 第二MCU微控制单元、 UWB模块、 第二外置天线以及六轴IMU装置， 所述定位标签通 过第二外置天线接收定位基站发出的定位指 令， 并将UWB模块 发射的UWB脉冲信号传输给定 位基站， 当加速度在瞬时发生较大变动时， 六轴IMU装置会测量出滑坡定位点的顺势加速度 信息与位移前后的倾角信息， 通过串口将数据送给UWB模块， 将信息一同传递给定位基站， 完成标签的定位。 4.按照权利要求1所述的多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测系统， 其特征在于， 控制平台 还用于将所有所述定位基站加入到同一个网络中， 实现定位基站时间同步。 5.按照权利要求4所述的多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测系统， 其特征在于， 所述控制 平台还用于： 将一个定位基站作为时间参考基站， 其他的定位基站以它作为基准进行时间 同步， 得到定位标签发射的信号到达不同基站的时间差， 根据时间差计算出定位标签到定 位基站的距离差， 根据几何原理， 到达两个定点间的距离差是常数 的点用于确定一条唯一 的双曲线方程， 通过三个定位基站， 两两确定一组双曲线方程， 通过联立即可求解出定位标 签的三维位置 。 6.按照权利要求5所述的多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测系统， 其特征在于， 所述控制 平台还用于选取一个定位基站为基准后， 其它基站通过wifi通信方式发送电信号， 根据收 到的信号计算出不同定位基站相较于基准基站的距离和方向， 对定位基站进行 标定。 7.按照权利要求3所述的多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测系统， 其特征在于， 所述定位 基站以及所述定位标签均设置有LDO线性稳定器用于提供低电压供电， LED指示灯用于标定 处于工作状态的定位基站， 以及太阳能电池板与蓄电池联合供的供电装置 。 8.一种多参数滑坡瞬变及蠕变实时监测方法， 其特 征在于， 该 方法包括： 在滑坡顶端和底部选取不易滑动的基石或稳定部分作为定位基站的布置位置， 在选取 基站位置点时， 使得定位基站可监测的区域包括整个待监测的滑坡面；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115412840 A 2在滑坡面选取定位标签的布置点， 用来 监测滑坡的滑动变化情况； 在布设好定位基站和定位标签后， 将所有定位基站置于同一个无线局域网中， 选取一 个定位基站作为观测点， 其它基站通过wifi通信方式发送电信号， 控制平台根据收到的信 号自动结算出不同基站相较于基准基站的距离和方向， 将整个网络中的基站 位置和标签位 置标定出来； 作为观测点的基站发送开始信号， 整个系统开始进行定位工作； 定位标签发射UWB脉冲， 传送至 定位基站； 定位基站解 算脉冲到 达时间， 从而得到 定位标签与各个定位基站之间的距离； 根据采集的数据信息， 对定位标签的定位计算以及位移计算； 控制平台实时显示标签位置， 并根据位置变化和加速度变化信 息以及结合系统还能对 所处环境的温度湿度进行监测， 判断当前变化量是否达到大规模滑坡的危险红线， 进行滑 坡预警。 9.按照权利要求8所述的一种 多参数滑坡 瞬变及蠕变实时监测方法， 其特征在于， 定位 计算包括： 将一个定位基站作为时间参考基站， 其他的定位基站以它作为基准进行时间同 步， 得到定位标签发射的信号到达不同基站的时间差， 根据时间差计算出定位标签到定位 基站的距离差， 根据几何原理， 到达两个定点间的距离差是常数 的点用于确定一条唯一的 双曲线方程， 通过三个定位基站， 两两确定一组双曲线方程， 通过联立即可求解出定位标签 的三维位置 。 10.按照权利要求9所述的一种多参数滑坡瞬变及蠕变实时监测方法， 其特征在于， 所 述双曲线方程 为： 其中， 三个定位基站的三维空间坐标分别为(x1,y1,z1)， (x2,y2,z2)， (x3,y3,z3)， 待测定 位标签的位置为(x,y,z)， d21、 d31和d23分别为三个定位基站之间两 两定位基站之间的距离 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115412840 A 3