[发明专利]基于卫星定位与倾角传感的甲板变形监测方法

权利要求书

1.一种基于卫星定位与倾角传感的甲板变形监测方法，其特征在于：包括电源模块，所述电源模块通过电源稳压模块连接MCU，所述MCU依次连接有倾角传感器、卫星模块、RTC模块、SD卡存储模块、microUSB、microSD卡、信号灯，所述倾角传感器和卫星模块组成数采模块，RTC模块和SD卡存储模块组成数采模块，microUSB、microSD卡和信号灯为外置接口；

监测方法包括如下步骤：

第一步：确保边缘计算节点与云终端连接到同一WiFi网络下，卫星模块经过初始冷启动后向MCU输出UTC时间，用以校准当前节点的RTC模块；

第二步：边缘计算节点通过倾角传感器与卫星模块开始采集实时的三维加速度值(a_x，a_y，a_z)与绝对的经纬度、高度(L_o，B_o，H_o)；

第三步：边缘计算节点MCU对原始加速度值作滤波处理，减少数据毛刺，并通过积分计算得到固定时间内节点的位移值x_i，将位移值与当前的定位及高程信息附上绝对时间戳先存储到SD卡存储模块中；

第四步：将SD卡存储模块中的经纬度、高度与位移数据通过MQTT协议上传到云终端，设定消息发布的质量为QoS2，即确保数据能收到且云终端采用MQTT代理接收数据并立即存储到数据库中；

第五步：云终端开启线程实时处理数据，从数据库中依据绝对时间戳获取相同时间段内每个传感节点的位移与定位数据，用定位数据对实时位移进行校准。

2.如权利要求1所述的基于卫星定位与倾角传感的甲板变形监测方法，其特征在于：第五步中，具体的操作流程如下：

首先假设第i个边缘计算节点在某一时间段的位移数据为(x_i，y_i，z_i)

经纬度及高程信息为(L_i，B_i，H_i)

采用卡尔曼滤波融合当前节点的绝对位置信息与实时位移数据可以得到可信度更高的节点实时位置

(L′_i，B′_i，H′_i)＝f(x_i，y_i，z_i，L_i，B_i，H_i)，

计算公式如下：

其中x_i为当前节点位置的实时位移量，L_i，B_i，H_i

为当前节点在前一状态下计算得到的实时位置，

K为卡尔曼增益，

其计算方法如下：

其中为倾角传感器的误差，

r_i^gps为卫星模块误差，

p_i是预测误差，

K会随着每一次状态变化而更新

获取到较为可信的位置信息后，再通过差分计算得到每一段甲板的三维实时长度，公式如下：

其中(L′_i，B′_i，H′_i)为当前状态下的位置信息，

(L′_i-1，B′_i-1，H′_i-1)为前一状态下的位置信息；

计算完成后重复以上流程1000次，记录平均值到数据库中作为各段甲板结构的初始值

初始化后再次重复以上流程，并且对于每一次状态改变，都要通过差分运算得到当前甲板的实时变形情况，计算完成后记录到数据库中，公式如下所示：

其中(l_i，b_i，h_i)为当前状态下的位置信息，

为初始状态下的位置信息。

3.如权利要求1所述的基于卫星定位与倾角传感的甲板变形监测方法，其特征在于：所述电源模块采用太阳能电池板和镍铬电池。