[发明专利]河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法

说明书

本发明公开了河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法。利用在十字架结构浮标的中心位置安装LoRa无线模块，通过计算信号强度实现定位，包括河道单侧基站建立，浮标投放点定位和浮标释放，无线信号采集与定位测速数据处理。本发明能实现远程、高效、高精度的河水流速测量，节省了人力物力并且对野外复杂环境和恶劣天气的适应性更强，从而使河水流速测量更高效便捷。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法。

背景技术

为进行江河流量监测、汛期防洪、水文监测、农业灌溉等，常需要对江河、明渠的水流速进行测量。目前常用的流速测量法有：浮标法、颜色示踪法、电解质脉冲法等。浮标法简单易行，但是误差大；颜色示踪法只能进行短距离测量，否则会因染色剂稀释而难于观察；电解质脉冲法通过建模得到盐液在水流中迁移的数学模型，再据测量结果拟合出水流速度，该方法仅理论可行实际应用还要考虑水中泥沙、水量等多个因素。目前市场上有由流速仪、旋桨式流速传感器、信号连接线等组成的便携式水流测速仪，使用时将旋桨投入水中，在流速仪上观测数据。因为连接线长度的限制，该类仪器需要人员近距离操作，适用于有桥、行船方便或河道两侧易于接近等场合，但是实际野外环境复杂不具备近距离有桥测量的条件，并且当遇到刮风、下雨、发洪水等恶劣天气时，该类仪器使用严重受限。因此亟需一种简单易行、可靠性高且不受距离限制的技术来解决这些问题。

物联网技术能实现物体的感知、智能、互联，在多个领域取得重大突破。本发明综合考虑了浮标法和无线定位的优缺点，为解决其误差较大的缺点，使用了LoRa无线三点定位法和技术，能够实现远距离、高可靠的河流流速测量。单侧多LoRa基站是将基站铺设在河道同侧，同侧基站在铺设时较容易且供电方便，能够解决河道两侧没有桥的缺陷，且在野外环境中的适应性更好。

发明内容

本发明的目的是提供河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法，解决现有方法人力测河水流速误差大、对野外复杂环境及恶劣天气适用性差以及河面两边同时架设基站不便的问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法，包括如下步骤：利用在十字架结构浮标的中心位置安装LoRa无线模块，通过计算信号强度实现定位，具体按照以下步骤实施：

步骤1，河道单侧基站建立。

最少三个基站就能够实现三点定位，建立4-6个基站能够在有效提高定位精度，但是多于6个基站后其精度不会有较大提升，因此本发明在河道一侧每隔50米建立一个基站，共建立6个基站，该段为河水流速监测段。基站上方有发射和接收天线，用于接收浮标上LoRa模块发送的数据以及基站间数据的交互，并能将采集到的数据远程传递到监控中心。此外这些基站作为锚节点再结合三点定位法来确定浮标的位置。

步骤2，浮标投放点定位和浮标释放。

在河道上游设定的投放点放置一个浮标，该浮标上LoRa每秒内发送10个数据，即每100毫秒发送一个数据，预定位数据帧如表1。并利用该数据包和接收端秒计时器同时进行计时，浮标发送的数据由基站接收，实现投放点预定位和水速测量前无线定位系统的检测。完成预定位过程后，在设定的投放点释放浮标，浮标在随河水漂流过程中，通过LoRa无线模块每秒发送100个测试数据，即每10毫秒发送一个数据如表2所示，实现河水速度测量。

表1预定位数据帧格式

因为每秒发送10个数据，从1到10依次发送，最大数值10对应的二进制数为1010，要占用4个比特，剩余4位为奇偶校验位。

步骤3，无线信号采集与定位测速数据处理。