[发明专利]基于多源信息的铁塔在线监测系统

权利要求书

1.一种基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，包括：供电模块、数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块及铁塔数据终端，所述供电模块由太阳能蓄电池构成，供电模块分别和数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块相连接并提供电源，数据采集模块分别设置于铁塔上，所述数据采集模块包括倾角传感器、加速度传感器、UWB测距定位模块、温度传感器及GPS传感器，分别用于获取倾角(θ_x,θ_y)、加速度(a_x,a_y,a_z)、相对位置信息(x，y，z)、温度T及位置信息其中θ_x表示x轴倾角，θ_y表示y轴倾角，表示经度，表示纬度，所述数据采集模块与数据运算中心相连，所述数据运算中心实时对数据采集模块的传感器获得的数据采用自主算法进行处理、辨识，综合之后得到铁塔状况数据，由信号传输模块将铁塔状况数据通过互联网传送至铁塔数据终端；

所述UWB测距定位模块包含4个UWB定位基站和1个UWB定位标签，其中，UWB定位基站通过接收UWB标签中发出的信号，采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离，然后由三边测量法用以获取铁塔所在空间的相对位置分别为(x，y，z)，将测到的(x，y，z)发送给数据运算中心；

所述采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离，然后由三边测量法用以获取铁塔所在空间的相对位置分别为(x，y，z)，具体包括：

采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离d，然后由三边测量法用以获取标签K时刻位置分别为D(x，y，z):

ΔD_k＝D_k-D_k-1，d_a、d_b、d_c、d_d分别表示UWB标签到四个UWB定位基站的距离，D_k表示K时刻位置，ΔD_k表示K时刻和K-1时刻的位置距离差；利用间接估计方式，将UWB测距定位模块位置的差值和铁塔在空间内的位移作差Δ＝ΔD_k-S_k输入到滤波器中，S_k表示铁塔在空间内的位移，从而经过卡尔曼滤波后的数据则是最优估计误差值，将这个数据反馈到UWB测距定位模块中去对标签K时刻位置分别为D(x，y，z)进行修正处理，得到最接近相对位置真实值；

所述数据运算中心采用stm32单片机对铁塔监测数据进行分析辨识，得到铁塔健康状况数据，所述stm32单片机通过对数据采集模块的加速度数据的分析处理方法为：

考虑到铁塔在空间内发生位移时，空间内的加速度也必然改变，统计加速度(a_x,a_y,a_z)数据共500组，统计500组数据中出现加速度值的概率；

假设500组数据中出现了n种加速度数值，对这500组数据中各种加速度值出现的概率进行计算，若有各种加速度值出现的概率分别为P_2i(i＝1,2,…,n)，其中n≤500，利用加权分析法对各种加速度值设定权重，进而计算出在500次采样的加速度均值，最后得到高精度的加速度感器输出值

所述stm32单片机通过对数据采集模块的倾角数据的分析处理方法为，将倾角传感器测得的倾角(θ_x,θ_y)采用如下方法进行滤波处理：

考虑到铁塔发生倾斜时，出现倾角不存在大范围数值，进行连续保存倾角(θ_x,θ_y)数据共100组，统计100组数据中x,y轴分别出现倾角数值的概率；

先对θ_x进行分析，假设100组数据中出现了n种倾角数值，对这100组数据中各种倾角值出现的概率进行计算，若有各种倾角值出现的概率分别为P_1i(i＝1,2,…,n)，其中n≤100，同时对θ_y分析方法与对θ_x分析方法相同，利用加权分析法对各种倾角值设定权重，进而计算出在100次采样的倾角均值，最后得到高精度的倾角传感器倾角输出值

结合温度传感器得到的铁塔工作环境温度T,采用下式对倾角数据进行温度补偿：