[发明专利]河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法

摘要

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。

主权项

1.河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法，其特征在于，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；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，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；采用信号强度测量法来计算收发端之间的距离，再结合三点定位可计算出浮标的实时位置，基站通过侦听浮标发来的数据，从而得到RSSI值，对RSSI值的取值策略本发明采用多数投票策略，对数据的计算采用差分法并且可根据LoRa发送的数据得到对应的时间，用距离除以时间就能得到相应的河水流速；三点定位法的原理为，已知三个锚节点的坐标分别为A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)，位置节点到三个锚节点A、B、C的距离分别为d1、d2、d3，设未知节点坐标为(xm,ym)，根据两点间距离公式，可得到式(1)所示的方程组，即：由公式(1)可解得未知节点的坐标：其中d1、d2、d3可根据检测接收信号强度的方法来确定，LoRa模块的发射功率一定，接收信号强度与距离的关系为：式(3)中，P是参考点接收到被测点T的信号强度，是已知量；P0为参考点B以与被测点T相同功率发送信号，在参考点A接收到信号强度，该信号强度也是已知量；d为参考点与被测点之间的距离，d0为参考点A和参考点B之间的距离；n为环境因子，要考虑实际应用环境动态修正。