【摘要】：在我國,滑坡災(zāi)害在全國地質(zhì)災(zāi)害中始終占據(jù)第一位,已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了人們的生命財產(chǎn)安全。為了降低滑坡災(zāi)害的影響,對滑坡進行連續(xù)、長期監(jiān)測是非常重要的�；卤O(jiān)測技術(shù)有很多種,已經(jīng)由傳統(tǒng)人工測量逐漸發(fā)展為高精度、自動化的儀器測量。尤其是隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展,使得GPS接收機能夠?qū)卤O(jiān)測點進行全天候連續(xù)觀測。通過監(jiān)測點新的位置和初始位置之間的距離反映監(jiān)測點的運動,實現(xiàn)滑坡監(jiān)測目的。但是,高精度GPS接收機價格昂貴,在大規(guī)模區(qū)域的滑坡監(jiān)測中部署成本很高,因此,使用低精度GPS接收機進行滑坡監(jiān)測是一個值得研究的問題。此外,如何將GPS接收機采集的數(shù)據(jù)傳輸給遠程服務(wù)器也是一個需要解決的問題。傳統(tǒng)上,采用電線、電纜等有線方式進行數(shù)據(jù)傳輸,但滑坡監(jiān)測區(qū)域可能地理位置偏僻、環(huán)境惡劣,很難實現(xiàn)有線方式進行數(shù)據(jù)傳輸,需要采用無線傳輸,而使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)進行數(shù)據(jù)傳輸是一個很好的選擇。WSNs具有動態(tài)組網(wǎng)、低功耗、分布式、低成本等優(yōu)點,因此,把GPS接收機和WSNs相結(jié)合進行滑坡監(jiān)測具有重要的實際意義。本文圍繞滑坡位移監(jiān)測與定位問題,主要研究以下兩方面內(nèi)容:(1)針對低精度GPS接收機單點定位誤差大的問題,本文把GPS定位模型與多傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)相結(jié)合,提出使用分布式聯(lián)邦Kalman濾波融合方法來進行GPS定位數(shù)據(jù)處理。各個GPS接收機采集到定位數(shù)據(jù)后,首先在相應(yīng)的局部濾波器分別利用Kalman濾波進行局部濾波,得到局部最優(yōu)估計。其次在融合中心進行數(shù)據(jù)融合,得到全局融合估計。然后全局融合估計再反饋到各個局部濾波器,修正異常局部濾波器的估計誤差。此外,在使用WSNs進行數(shù)據(jù)傳輸時,考慮數(shù)據(jù)丟包的問題,采用預(yù)測補償器策略處理數(shù)據(jù)丟包。最后實驗結(jié)果表明所提方法能有效減小定位誤差,提高定位精度。(2)在使用低精度GPS接收機進行滑坡位移監(jiān)測時,低精度GPS接收機單點定位誤差大,不能通過GPS接收機新的位置與初始位置之間的距離來判斷是否發(fā)生滑坡。本文從數(shù)據(jù)分類的角度考慮這一問題,提出使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來進行滑坡位移監(jiān)測。使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把滑坡發(fā)生前后相互耦合的GPS定位數(shù)據(jù)分成兩類,一類屬于滑坡發(fā)生之前的GPS數(shù)據(jù),另一類屬于滑坡發(fā)生之后的GPS數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明,先利用分布式聯(lián)邦Kalman濾波融合方法對GPS接收機的定位數(shù)據(jù)處理,再使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對其分類,能有效提高滑坡監(jiān)測精度。
【圖文】：

基于 GPS 和 WSNs 的滑坡位移監(jiān)測與定位據(jù)傳輸是一個很好的選擇。WSNs 是由許多帶有無線接收和發(fā)送功能的傳感器節(jié)點構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，每個傳感器節(jié)點既能作為收集數(shù)據(jù)的終端節(jié)點，也能作為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的中繼節(jié)點[4]。WSNs 的節(jié)點可以感知和收集被測對象的各類數(shù)據(jù)，并且利用無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠程服務(wù)器，以供用戶瀏覽和數(shù)據(jù)處理。近年來，隨著傳感器和無線通信技術(shù)的發(fā)展，WSNs技術(shù)作為 21 世紀(jì)最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測[5-6]、智能電網(wǎng)[7]、智能家居[8]、災(zāi)難預(yù)警[9]等領(lǐng)域。WSNs 具有低能耗、低成本、動態(tài)組網(wǎng)、分布式等優(yōu)點，因此把 WSNs 用于環(huán)境數(shù)據(jù)收集和滑坡災(zāi)害監(jiān)測[10-11]已經(jīng)得到許多科研工作者的研究，并取得了一些成果。圖 1.1 給出了 GPS 定位和 WSNs 在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用[12-13]。

2.1 系統(tǒng)建模2.1.1 預(yù)備知識使用 GPS 進行定位時，GPS 接收機的位置是相對地球而言的，采用地球坐標(biāo)系來作為參考系。通常情況下，地球坐標(biāo)系有多種形式，本文主要用到兩種，一種是地球直角坐標(biāo)系，另一種是地球大地坐標(biāo)系。地球直角坐標(biāo)系：以地球質(zhì)心o 作為坐標(biāo)系原點，z 軸沿著地軸方向指向北極，x軸指向赤道平面和子午圈的交點，即指向零度經(jīng)線，y 軸位于赤道平面內(nèi)，和xoz 平面形成右手定則[25]。地球大地坐標(biāo)系：在大地坐標(biāo)系中使用經(jīng)度 、緯度 和高度h來描述地球表面某一點的位置。GPS 接收機使用的是地球大地坐標(biāo)系，即 GPS 接收機的位置坐標(biāo)用( , , h)來描述，其中經(jīng)度和緯度的原始數(shù)據(jù)格式為“ddmm.mmmm”，“dd”表示度，“mm.mmmm”表示分。為了對 GPS 位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算，在得到 GPS 接收機的經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)后，應(yīng)該先把原始度分格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為度格式的數(shù)據(jù)，，具體轉(zhuǎn)換流程如圖 2.1所示。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P642.22

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本文編號：2676237