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【发明授权】一种基于TDOA的地铁隧道外部入侵位置的定位方法_武汉理工大学_202010193609.0 

申请/专利权人:武汉理工大学

申请日:2020-03-18

公开(公告)日:2023-03-31

公开(公告)号:CN111398906B

主分类号:G01S5/28

分类号:G01S5/28;G01H9/00

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2023.03.31#授权;2020.08.04#实质审查的生效;2020.07.10#公开

摘要:一种基于TDOA的地铁隧道外部入侵位置定位方法,包括第一步:设备铺设及数据采集;第二步:解析数据、确定外部入侵坐标,对去噪后的信号进行时延估计获得我们所需的时间差,然后根据时间差可以确定外部入侵位置与两个测区之间的距离差,再根据这个距离差就可以确定外部入侵位置是在以这两个测区为焦点的两条双曲线上,最后根据多个双曲线的交点即可确定外部入侵的位置。本方法不仅定位准确,而数据实时采集更新,能够适应现场施工的需求。

主权项:1.一种基于TDOA的地铁隧道外部入侵位置的定位方法,其特征在于:所述定位方法包括以下步骤:第一步:设备铺设及数据采集,在外部施工前,在施工区域的轨道3沿线的洞壁上铺设一条光栅阵列传感光缆1,并每隔固定距离对光栅阵列传感光缆1进行固定,所述光栅阵列传感光缆1与光纤振动检测仪2信号连接;开启光纤振动检测仪2,并在外部进行施工,所述光纤振动检测仪2以5米为一个测区并以设定的采样频率f采集振动数据,并将采集的振动数据实时传输到服务器,对回传到服务器的数据预处理并打包成一个T*L的数据包存放到缓冲区中,其中T为100*1f,L为沿线测区数量;第二步:解析数据、确定外部入侵坐标,从缓冲区中获取原始监测振动数据包,解析数据包得到振动数据:S1:采用S-G滤波器对原始监测数据进行平滑处理,再对平滑处理后的数据使用小波阈值去噪进行降噪处理;S2:对S1中得到的去噪后的数据计算其每个测区的短时能量,将短时能量值最大的测区设置为参考测区;同时计算参考测区的短时过零率,通过基于短时能量和短时过零率的端点检测方法来确定该测区因外部入侵引起的异常振动的起振点,记录该起振点的时间点t0;S3:分别找到与参考测区距离为5米的两个测区和距离为15米的两个测区,计算这四个测区的短时能量和短时过零率,通过基于短时能量和短时过零率的端点检测方确定这四个测区的起振点,并记录起振点的时间点t1、t2、t3、t4,其中x1=5、x2=-5、x3=15、x4=-15;S4:计算因外部入侵产生的异常振动到达参考测区的时间点t0与到达其他测区的时间点t1、t2、t3、t4的时间差t01、t02、t03、t04;S5:以参考测区的中点O为原点,以光栅阵列传感光缆1的中轴线为X轴,水平面内与光栅阵列传感光缆1的中轴线垂直的方向为Y轴,竖直方向为Z轴建立坐标系,五个测区中点的坐标分别为O0,0,0、Ax1,0,0、Bx2,0,0、Cx3,0,0、Dx4,0,0;S6:用振动波在土壤表层的传播速度与步骤S4中计算的时间差相乘,得到外部入侵位置距离计算时间差的两个测区的距离差;通过这个确定的距离差的值,可以得知外部入侵位置在以这两个测区为焦点的双曲线上;通过构建多个双曲线,双曲线的交点坐标就是外部入侵的位置坐标:设x,y,z为外部入侵位置的坐标,xi,yi,zi,i=0,1,2,3不同测区中点的位置坐标,di为外部入侵位置到测区中点的距离,则有 令将式1等号两边同时平方,可得: 记di,0为外部入侵位置到参考测区中点与到其他测区中点的距离之差,显然有: 其中,d0为外部入侵位置到参考测区中点的距离;联立式2和式3,可得:di,02+2di,0d0+d02=Pi+x2+y2+z2-2xix-2yiy-2ziz4将i=0代入式4中,再与式4联立,可得: 令xi,0=xi-x0,yi,0=yi-y0,zi,0=zi-z0,可得: 化为矩阵形式,可得: 令i=1,2,3,代入式7中,可得线性方程组: 通过伪逆法,得: 上式展开后是关于d0的一元二次方程,因此可以根据这个方程式解出d0的两个根,根据先验条件舍去其中一个根,保留有效根,再将该有效根代入式1中,即可求出外部入侵位置坐标。

全文数据:

权利要求:

百度查询: 武汉理工大学 一种基于TDOA的地铁隧道外部入侵位置的定位方法

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