CN112820076A - 一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法及系统，该预警系统包括低功耗的超宽带定位基站与监测标签，监测标签部署于铁路边坡坡体表面，无需深度埋设，对监测区域坡体无破坏性，超宽带定位基站在靠近坡面的轨道沿线单侧安装部署，超宽带定位基站与监测标签的部署满足铁路行业中对轨旁设备的建设需求，具有低成本、低功耗、小型化、部署及施工难度低等特点；该预警方法利用超宽带测距技术，实现对铁路边坡坡面位移数据的实时采集、处理和传输，无需基站之间进行时间同步，可在短时间内对铁路边坡的坡面位移进行快速判断，为综合防护工作提供全天候的监测服务，检测效率高、安全可靠。

Description

一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法及系统

技术领域

本发明属于地质灾害监测预警领域，特别涉及一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法及系统。

背景技术

随着我国铁路线路的不断增长，我国铁路运营里程已达到13.9万公里。边坡是铁路基础设施建设和营运过程中的重要安全影响因素，而我国铁路跨越了不同自然和地理区域，沿线边坡数量众多，地质条件复杂，多数铁路线都是地质灾害多发的山区铁路工程。特别是在多山地区，铁路边坡呈现连片、复杂的趋势，自然灾害发生较为频繁，诸如山体滑坡、落石、泥石流等异物侵限，都能给行车带来灾难性的后果。而产生这些事故的原因均较为复杂，如边坡结构受自然力（如地震、暴雨）和人类工程活动的影响导致土体受影响，最终导致失稳；或者已有支护结构老化至不能抵御失稳土体的冲击从而导致灾害发生。

许多重要的铁路边坡都没有建立对其安全性的进行监测的系统，不能及时发现这些重要边坡的一些异常状况，并分级预警，以做出相应的防患措施。而边坡灾害发生后可能会对铁路线路造成侵限，覆盖钢轨轨面，若不及时发现将势必发生列车和障碍物相撞的事故，从而引发列车出轨、倾覆等事故，轻则导致机车损伤，铁路线路长时间中断，严重的还可能发生列车出轨、人员伤亡等重大事故，造成重大的人员生命及财产损失。事实上，目前已有一些沿线区域发生边坡滑坡事故，已造成巨大的经济损失和不良的社会影响。

目前铁路沿线针对边坡灾害监测，通常是在重点滑坡区域采用物理加固与点式监测相结合的方式。其中，点式监测主要是利用北斗定位系统及传统传感器（测斜仪、雨量计等），通过在重点监测区域固定点部署监测设备，获取边坡局部位移数据。其中，系统中北斗接收机固定安装于边坡表面位置，依托于部署在监测区域之外的基准站获取差分数据，实现对监测点的高精度定位；然后经过长时间的监测，获取监测数据，并分析边坡灾害形成的非线性规律、演化破坏过程等，从而预测边坡灾害的发生。系统中的传统传感器埋设于边坡滑动带的深部位置，通常需要灌浆稳固，对边坡位移和坡体内水量变化进行监测。

现有的铁路沿线边坡灾害监测方法，能够探测出重点监测区域内局部边坡位移形变，但在实际应用中，这种方法存在下列问题：

1、需要对重点监测区域进行长时间的监测，才能通过获取监测数据，分析边坡灾害形成的演化破坏过程等；

2、若单纯采用北斗系统对边坡区域进行监测，单点覆盖范围小，要对整体坡面监测时，施工难度与工作量大，系统成本过高；

3、系统中需要配套使用如雨量计、测斜仪等传统传感器配合北斗监测，但这些传感器需要埋设在边坡深部，对边坡表面会造成一定程度的损坏，影响坡体稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法及系统，该预警方法利用超宽带测距技术，能够在短时间内对边坡坡面滑动位移进行快速判断，同时预警系统满足铁路行业中对轨旁设备的建设需求，具有低成本、低功耗、小型化、部署难度低等特点，且系统安装对监测区域坡体无破坏性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，包括以下步骤：

在铁路边坡的坡面部署监测标签，在铁路边坡的坡面下方部署超宽带定位基站；其中监测标签分布式部署在要监测的铁路边坡的坡体表面，且每个监测标签具有独立且唯一标识ID，优选地，超宽带定位基站部署于铁路边坡的坡面下方，且在靠近坡面的轨道沿线单侧安装部署；

监测标签和超宽带定位基站之间进行TOA测距或TDOA定位；

根据上述测距或定位结果，获取铁路边坡的坡面位移数据，进行分级预警。

进一步地，监测标签和超宽带定位基站之间采用异步TOA测距，一次TOA测距过程如下：

超宽带定位基站在T ₁时刻向通信范围内的监测标签发送测距请求信息；

监测标签在T ₂时刻接收到上述测距请求信息，并经过预定数据响应时间后，在T ₃时刻向超宽带定位基站发送ACK确认信息；

超宽带定位基站在T ₄时刻接收到上述ACK确认信息；

根据上述传输时间数据，通过下式计算监测标签和超宽带定位基站之间的位移量：

式中，

为监测标签和超宽带定位基站之间的位移量，t _p 为测距信号在监测标签 和超宽带定位基站之间的传播时间，c为光速，且c=3×10⁸ m/s。

进一步地，获取铁路边坡的坡面位移数据，包括以下步骤：

超宽带定位基站与每个监测标签完成首轮通信和TOA测距，并将各监测标签的ID 和对应的距离信息存储在超宽带定位基站中，作为初始数据

；其中ID ⁽ⁿ⁾ 指代第n个监测标签（1）的 ID，d ₀ ⁽ⁿ⁾ 为第n个监测标签和超宽带定位基站之间的初始距离，n为监测标签的个数；

按照预定采样频率，超宽带定位基站与各个监测标签进行间断性通信和TOA测距， 并将各监测标签的ID和采集到的距离数据

存储在超宽带定位基站中，将距离 数据

与初始距离数据

进行比对，获得铁路边坡的坡面位移数据； 其中i= 1，2，…，n。

进一步地，根据铁路边坡的坡面位移数据，分级预警的规则为：

a）当

时，判断为无滑坡灾害发生，不触发声光报警器或报警灯 亮绿灯；

b）当单个监测标签在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现小面积滑坡灾害，此时触发声光报警器：报警灯亮黄灯，提醒过往列车 注意前方线路运行情况；

c）当单个或两个监测标签在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器：报警灯亮红灯，提醒过往列车 降速运行；

d）当三个以上监测标签在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现特大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器：报警灯亮红灯、报警喇叭响，提 醒过往列车停车。

进一步地，监测标签和超宽带定位基站之间采用TDOA定位，定位过程如下：

多个超宽带定位基站向监测标签发送测距请求信息；

监测标签在接收到上述测距请求信息，并经过预定数据响应时间后，向超宽带定位基站发送ACK确认信息；

计算获得监测标签的定位结果

。

进一步地，获取铁路边坡的坡面位移数据，包括以下步骤：

超宽带定位基站与每个监测标签完成首轮通信和TDOA定位，并将各监测标签的ID 和对应的定位信息存储在超宽带定位基站中，作为监测标签的初始位置数据

；其中ID ⁽ⁿ⁾ 指代第n个监测标签（1）的ID，p ₀ ⁽ⁿ⁾ 为第n个监测标签和超宽带定位基站之间的初始距离差，n为监测标签的个数；

按照预定采样频率，超宽带定位基站与各个监测标签进行间断性通信和TDOA测 量，并将各监测标签的ID和TDOA定位结果数据

存储在超宽带定位基站中，将 定位数据

与初始定位数据

进行对比，获得铁路边坡的坡面位移 数据；其中i= 1，2，…，n。

进一步地，根据铁路边坡的坡面位移数据，分级预警的规则为：

a）当

时，判断为无滑坡灾害发生，不触发声光报警器或报警 灯亮绿灯；

b）当单个监测标签在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现小面积滑坡灾害，此时触发声光报警器：报警灯亮黄灯，提醒过往列车 注意前方线路运行情况；

c）当单个或两个监测标签在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器：报警灯亮红灯，提醒过往列车 降速运行；

d）当三个以上监测标签在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现特大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器：报警灯亮红灯、报警喇叭响，提 醒过往列车停车。

本发明还公开了一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，包括超宽带定位基站与监测标签，监测标签分布式部署于铁路沿线所监测边坡的坡体表面，且每个监测标签具有独立且唯一的标识ID，超宽带定位基站在靠近所监测边坡坡面的轨道沿线单侧安装部署，监测标签与超宽带定位基站双向通信连接。

进一步地，所述监测标签的数量在3个以上。

进一步地，所述超宽带定位基站包括超宽带射频芯片A、窄带射频芯片A、微控制单元A、声光报警器和电源管理模块A；

所述超宽带射频芯片A用于发射、接收与监测标签之间的信号；

所述窄带射频芯片A用于各超宽带定位基站间通信，进行数据传输；

所述超宽带射频芯片A和窄带射频芯片A分别电性连接微控制单元A的信号接收端，所述微控制单元A用于负责整个基站的工作调配、存储、计算工作，包括命令射频单元发送和接收信号，将收到的信号存储下来，并进行数据的对比分析，所述微控制单元A的信号输出端电性连接声光报警器，向声光报警器传输预警信号；

所述电源管理模块A电性连接微控制单元A，用于供电超宽带定位基站，并对超宽带定位基站电量、健康状态进行检测与管理。

进一步地，所述声光报警器包括报警灯和报警喇叭，所述报警喇叭根据接收的预警信号适应性发出报警音，所述报警灯根据接收的预警信号适应性开启红色、黄色或绿色指示灯。

进一步地，所述监测标签包括超宽带射频芯片B、微控制单元B和电源管理模块B；

所述超宽带射频芯片B用于发送、接收与超宽带定位基站之间的信号；

所述超宽带射频芯片B通信连接微控制单元B，所述微控制单元B用于负责监测标签的工作调配、存储、计算等功能，包括命令超宽带射频芯片B发送和接收信号，将收到的信号存储下来，并进行数据的对比分析工作；

所述电源管理模块B电性连接微控制单元B，用于供电监测标签，并对监测标签电量、健康状态进行检测与管理。

进一步地，所述监测标签还包括窄带射频芯片B，所述窄带射频芯片B通信连接微控制单元B，所述窄带射频芯片B用于各监测标签之间组网通信。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法及系统，该预警系统包括低功耗的超宽带定位基站与监测标签，监测标签部署于铁路边坡坡体表面，无需深度埋设，对监测区域坡体无破坏性，超宽带定位基站在靠近坡面的轨道沿线单侧安装部署，超宽带定位基站与监测标签的部署满足铁路行业中对轨旁设备的建设需求，具有低成本、低功耗、小型化、部署及施工难度低等特点；该预警方法利用超宽带测距技术，实现对铁路边坡坡面位移数据的实时采集、处理和传输，无需基站之间进行时间同步，可在短时间内对铁路边坡的坡面位移进行快速判断，为综合防护工作提供全天候的监测服务，检测效率高、安全可靠。

附图说明

图1是本发明的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统的部署图；

图2是本发明的超宽带定位基站的模块结构图；

图3是本发明的监测标签的模块结构图；

图4是本发明实施例1的异步TOA测距技术流程图。

其中的附图标记为：监测标签1、超宽带射频芯片B1-1、微控制单元B1-2、电源管理模块B1-3、窄带射频芯片B1-4、超宽带定位基站2、超宽带射频芯片A2-1、窄带射频芯片A2-2、微控制单元A2-3、声光报警器2-4、报警灯2-41、报警喇叭2-42、电源管理模块A2-5、铁路边坡3、轨道4。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，包括超宽带定位基站2与不少于3个的监测标签1，监测标签1按照一定的间距部署于铁路沿线所监测边坡区域范围内的坡体表面，且每个监测标签1具有独立且唯一的标识ID，超宽带定位基站2在坡面下方、轨道4沿线危险区域内，靠近铁路边坡3一侧的轨道4旁部署，且超宽带定位基站2仅需在轨道4沿线单侧部署，监测标签1与超宽带定位基站2双向通信连接，在有效通信距离范围内，每个监测标签1都可以和超宽带定位基站2进行数据通信，同时进行距离测量。

其中，监测标签1的数量可以根据监测边坡区域大小而定，对于已确认的高危区域可以增加监测标签1的部署密度。

如图2所示，超宽带定位基站2包括超宽带射频芯片A2-1、窄带射频芯片A2-2、微控制单元A2-3、声光报警器2-4和电源管理模块A2-5；超宽带射频芯片A2-1用于发射、接收与监测标签1之间的信号，以进行TOA距离测量；窄带射频芯片A2-2用于各超宽带定位基站2间通信，进行数据传输，主要传输内容为多个超宽带定位基站2之间的简单数据交互，如最基本的心跳包数据传输，各超宽带定位基站2之间了解相互是否可以正常工作；超宽带射频芯片A2-1和窄带射频芯片A2-2分别电性连接微控制单元A2-3的信号接收端，微控制单元A2-3用于负责整个基站的工作调配、存储、计算等功能，包括命令射频单元发送和接收信号，将收到的信号存储下来，并进行数据的对比分析，微控制单元A2-3的信号输出端电性连接声光报警器2-4，向声光报警器2-4传输预警信号，声光报警器2-4包括报警灯2-41和报警喇叭2-42，报警喇叭2-42根据接收的预警信号适应性发出报警音，所述报警灯2-41根据接收的预警信号适应性开启红色、黄色或绿色指示灯，以通过声光提醒路过列车当前边坡区域安全状况，电源管理模块A2-5电性连接微控制单元A2-3，用于供电超宽带定位基站2，并对超宽带定位基站2电量、健康状态进行检测与管理。

如图3所示，监测标签1包括超宽带射频芯片B1-1、微控制单元B1-2和电源管理模块B1-3；超宽带射频芯片B1-1用于发射、接收与超宽带定位基站2之间的信号，以进行TOA距离测量；超宽带射频芯片B1-1通信连接微控制单元B1-2，微控制单元B1-2用于负责监测标签1的工作调配、存储、计算等功能，包括命令超宽带射频芯片B1-1发送和接受信号，电源管理模块B1-3电性连接微控制单元B1-2，用于供电监测标签1，并对监测标签1电量、健康状态进行检测与管理。

监测标签1还可设置窄带射频芯片B1-4，窄带射频芯片B1-4通信连接微控制单元B1-2，窄带射频芯片B1-4用于各监测标签1之间组网通信。

实施例1

一种基于异步TOA测距的铁路边坡灾害预警方法，包括以下步骤：

参阅图1，在铁路边坡3的坡面部署监测标签1，在铁路边坡3的坡面下方部署超宽带定位基站2，具体来说，监测标签1分布式部署在要监测的铁路边坡3的坡体表面，且每个监测标签1具有独立且唯一标识ID；超宽带定位基站2部署于铁路边坡3的坡面下方，且在靠近坡面的轨道4沿线单侧安装部署；

监测标签1和超宽带定位基站2之间进行异步TOA测距，参阅图4，一次TOA测距过程如下：

超宽带定位基站2在T ₁时刻向通信范围内的监测标签1发送测距请求信息；

监测标签1在T ₂时刻接收到上述测距请求信息，并经过预定数据响应时间后，在T ₃时刻向超宽带定位基站2发送ACK确认信息；

超宽带定位基站2在T ₄时刻接收到上述ACK确认信息；

根据上述传输时间数据，通过下式计算监测标签1和超宽带定位基站2之间的位移量：

式中，

为监测标签1和超宽带定位基站2之间的位移量，t _p 为测距信号在监测标 签1和超宽带定位基站2之间的传播时间，c为光速，且c=3×10⁸ m/s；

根据上述测距结果，获取铁路边坡3的坡面位移数据，然后根据分级预警规则进行判断并预警；其中，

获取铁路边坡3的坡面位移数据，包括以下步骤：

超宽带定位基站2与每个监测标签1完成首轮通信和TOA测距，并将各监测标签1的 ID和对应的距离信息存储在超宽带定位基站2中，作为初始数据

；其中ID ⁽ⁿ⁾ 指代第n个监测标签（1）的 ID，d ₀ ⁽ⁿ⁾为第n个监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间的初始距离，n为监测标签（1）的个 数；

按照预定采样频率，超宽带定位基站2与各个监测标签1进行间断性通信和TOA测 距，并将各监测标签1的ID和采集到的距离数据

存储在超宽带定位基站2中，将 距离数据

与初始距离数据

进行比对，获得铁路边坡3的坡面位移 数据；其中i= 1，2，…，n；

综合目前定位节点在边坡场景下的基本测距误差情况以及通常边坡滑坡位移情况，设定分级预警的规则为：

a）当

时，判断为无滑坡灾害发生，不触发声光报警器2-4或报 警灯2-41亮绿灯；

b）当单个监测标签1在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现小面积滑坡灾害，此时触发声光报警器2-4：报警灯2-41亮黄灯，提醒过 往列车注意前方线路运行情况；

c）当单个或两个监测标签1在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器2-4：报警灯2-41亮红灯，提醒过 往列车降速运行；

d）当三个以上监测标签1在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现特大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器2-4：报警灯2-41亮红灯、报警喇 叭2-42响，提醒过往列车停车。

实施例2

参阅图1，一种基于TDOA测距的铁路边坡灾害预警方法，包括以下步骤：

参阅图1，在铁路边坡3的坡面部署监测标签1，在铁路边坡3的坡面下方部署超宽带定位基站2，具体来说，监测标签1分布式部署在要监测的铁路边坡3的坡体表面，且每个监测标签1具有独立且唯一标识ID；超宽带定位基站2部署于铁路边坡3的坡面下方，且在靠近坡面的轨道4沿线单侧安装部署；

监测标签1和超宽带定位基站2之间进行TDOA定位，定位过程如下：

多个超宽带定位基站2向监测标签1发送测距请求信息；

监测标签1在接收到上述测距请求信息，并经过预定数据响应时间后，向超宽带定位基站2发送ACK确认信息；

计算获得监测标签（1）的定位结果

；

根据上述定位结果，获取铁路边坡3的坡面位移数据，进行分级预警；其中，

获取铁路边坡3的坡面位移数据，包括以下步骤：

超宽带定位基站2与每个监测标签1完成首轮通信和TDOA定位，计算获得监测标签 1的初始位置数据

，并将各监测标 签1的ID和对应的定位信息存储在超宽带定位基站2中；

其中ID ⁽ⁿ⁾ 指代第n个监测标签（1）的ID，p ₀ ⁽ⁿ⁾ 为第n个监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间的初始距离差，n为监测标签（1）的个数；

按照预定采样频率，超宽带定位基站2与各个监测标签1进行间断性通信和TDOA测 量，并将各监测标签1的ID和TDOA定位结果数据

存储在超宽带定位基站2中， 将定位数据

与初始定位数据

进行对比，获得铁路边坡3的坡面 位移数据；其中i= 1，2，…，n；

根据分级预警规则进行判断并预警，分级预警的规则为：

a）当

时，判断为无滑坡灾害发生，不触发声光报警器2-4或 报警灯2-41亮绿灯；

b）当单个监测标签1在连续5次采样中累积3次出现

的情况时，判断为出现小面积滑坡灾害，此时触发声光报警器2-4：报警灯2-41亮黄灯，提醒 过往列车注意前方线路运行情况；

c）当单个或两个监测标签1在连续5次采样中累积3次出现

的 情况时，判断为出现大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器2-4：报警灯2-41亮红灯，提醒过 往列车降速运行；

d）当三个以上监测标签1在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现特大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器2-4：报警灯2-41亮红灯、报警喇 叭2-42响，提醒过往列车停车。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

在铁路边坡（3）的坡面部署监测标签（1），在铁路边坡（3）的坡面下方部署超宽带定位基站（2）；

监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间进行TOA测距或TDOA定位；

根据上述测距或定位结果，获取铁路边坡（3）的坡面位移数据，进行分级预警。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：所述监测标签（1）分布式部署在要监测的铁路边坡（3）的坡体表面，且每个监测标签（1）具有独立且唯一标识ID。

3.根据权利要求2所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：所述超宽带定位基站（2）部署于铁路边坡（3）的坡面下方，且在靠近坡面的轨道（4）沿线单侧安装部署。

4.根据权利要求3所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：

监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间采用异步TOA测距，一次TOA测距过程如下：

超宽带定位基站（2）在T ₁时刻向通信范围内的监测标签（1）发送测距请求信息；

监测标签（1）在T ₂时刻接收到上述测距请求信息，并经过预定数据响应时间后，在T ₃时刻向超宽带定位基站（2）发送ACK确认信息；

超宽带定位基站（2）在T ₄时刻接收到上述ACK确认信息；

根据上述传输时间数据，通过下式计算监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间的位移量：

式中，

为监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间的位移量，t _p 为测距信号在监测标 签（1）和超宽带定位基站（2）之间的传播时间，c为光速，且c=3×10⁸ m/s。

5.根据权利要求4所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：

获取铁路边坡（3）的坡面位移数据，包括以下步骤：

超宽带定位基站（2）与每个监测标签（1）完成首轮通信和TOA测距，并将各监测标签（1） 的ID和对应的距离信息存储在超宽带定位基站（2）中，作为初始数据

；其中ID ⁽ⁿ⁾ 指代第n个监测标签（1）的 ID，d ₀ ⁽ⁿ⁾ 为第n个监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间的初始距离，n为监测标签（1）的个 数；

按照预定采样频率，超宽带定位基站（2）与各个监测标签（1）进行间断性通信和TOA测 距，并将各监测标签（1）的ID和采集到的距离数据

存储在超宽带定位基站（2） 中，将距离数据

与初始距离数据

进行比对，获得铁路边坡（3）的 坡面位移数据；其中i= 1，2，…，n。

6.根据权利要求5所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：根据铁路边坡（3）的坡面位移数据，分级预警的规则为：

a）当

时，判断为无滑坡灾害发生，不触发声光报警器（2-4）或报警 灯（2-41）亮绿灯；

b）当单个监测标签（1）在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现小面积滑坡灾害，此时触发声光报警器（2-4）：报警灯（2-41）亮黄灯，提醒 过往列车注意前方线路运行情况；

c）当单个或两个监测标签（1）在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器（2-4）：报警灯（2-41）亮红灯，提醒 过往列车降速运行；

d）当三个以上监测标签（1）在连续5次采样中累积3次出现

的情况 时，判断为出现特大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器（2-4）：报警灯（2-41）亮红灯、报警 喇叭（2-42）响，提醒过往列车停车。

7.根据权利要求3所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间采用TDOA定位，定位过程如下：

多个超宽带定位基站（2）向监测标签（1）发送测距请求信息；

监测标签（1）在接收到上述测距请求信息，并经过预定数据响应时间后，向超宽带定位基站（2）发送ACK确认信息；

计算获得监测标签（1）的定位结果

。

8.根据权利要求7所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：

获取铁路边坡（3）的坡面位移数据，包括以下步骤：

超宽带定位基站（2）与每个监测标签（1）完成首轮通信和TDOA定位，并将各监测标签 （1）的ID和对应的定位信息存储在超宽带定位基站（2）中，作为监测标签（1）的初始位置数 据

；其中ID ⁽ⁿ⁾ 指代第n个监测标签（1） 的ID，p ₀ ⁽ⁿ⁾ 为第n个监测标签（1）和超宽带定位基站（2）之间的初始距离差，n为监测标签（1） 的个数；

按照预定采样频率，超宽带定位基站（2）与各个监测标签（1）进行间断性通信和TDOA测 量，并将各监测标签（1）的ID和TDOA定位结果数据

存储在超宽带定位基站（2） 中，将定位数据

与初始定位数据

进行对比，获得铁路边坡（3）的 坡面位移数据；其中i= 1，2，…，n。

9.根据权利要求8所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警方法，其特征在于：根据铁路边坡（3）的坡面位移数据，分级预警的规则为：

a）当

时，判断为无滑坡灾害发生，不触发声光报警器（2-4）或报 警灯（2-41）亮绿灯；

b）当单个监测标签（1）在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现小面积滑坡灾害，此时触发声光报警器（2-4）：报警灯（2-41）亮黄灯，提醒 过往列车注意前方线路运行情况；

c）当单个或两个监测标签（1）在连续5次采样中累积3次出现

的情 况时，判断为出现大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器（2-4）：报警灯（2-41）亮红灯，提醒 过往列车降速运行；

d）当三个以上监测标签（1）在连续5次采样中累积3次出现

的情况 时，判断为出现特大面积滑坡灾害，此时触发声光报警器（2-4）：报警灯（2-41）亮红灯、报警 喇叭（2-42）响，提醒过往列车停车。

10.一种基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，其特征在于，包括超宽带定位基站（2）与监测标签（1），所述监测标签（1）分布式部署于铁路沿线所监测边坡的坡体表面，且每个监测标签（1）具有独立且唯一的标识ID，所述超宽带定位基站（2）在靠近所监测边坡坡面的轨道（4）沿线单侧安装部署，所述监测标签（1）与超宽带定位基站（2）双向通信连接。

11.根据权利要求10所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，其特征在于：所述监测标签（1）的数量在3个以上。

12.根据权利要求10所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，其特征在于：所述超宽带定位基站（2）包括超宽带射频芯片A（2-1）、窄带射频芯片A（2-2）、微控制单元A（2-3）、声光报警器（2-4）和电源管理模块A（2-5）；

所述超宽带射频芯片A（2-1）用于发射、接收与监测标签（1）之间的信号；

所述窄带射频芯片A（2-2）用于各超宽带定位基站（2）间通信，进行数据传输；

所述超宽带射频芯片A（2-1）和窄带射频芯片A（2-2）分别电性连接微控制单元A（2-3）的信号接收端，所述微控制单元A（2-3）用于负责整个基站的工作调配、存储、计算工作，包括命令射频单元发送和接收信号，将收到的信号存储下来，并进行数据的对比分析，所述微控制单元A（2-3）的信号输出端电性连接声光报警器（2-4），向声光报警器（2-4）传输预警信号；

所述电源管理模块A（2-5）电性连接微控制单元A（2-3），用于供电超宽带定位基站（2），并对超宽带定位基站（2）电量、健康状态进行检测与管理。

13.根据权利要求12所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，其特征在于：所述声光报警器（2-4）包括报警灯（2-41）和报警喇叭（2-42），所述报警喇叭（2-42）根据接收的预警信号适应性发出报警音，所述报警灯（2-41）根据接收的预警信号适应性开启红色、黄色或绿色指示灯。

14.根据权利要求10所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，其特征在于：所述监测标签（1）包括超宽带射频芯片B（1-1）、微控制单元B（1-2）和电源管理模块B（1-3）；

所述超宽带射频芯片B（1-1）用于发送、接收与超宽带定位基站（2）之间的信号；

所述超宽带射频芯片B（1-1）通信连接微控制单元B（1-2），所述微控制单元B（1-2）用于负责监测标签（1）的工作调配、存储、计算工作，包括命令超宽带射频芯片B（1-1）发送和接收信号，将收到的信号存储下来，并进行数据的对比分析工作；

所述电源管理模块B（1-3）电性连接微控制单元B（1-2），用于供电监测标签（1），并对监测标签（1）电量、健康状态进行检测与管理。

15.根据权利要求14所述的基于超宽带测距技术的铁路边坡灾害预警系统，其特征在于：所述监测标签（1）还包括窄带射频芯片B（1-4），所述窄带射频芯片B（1-4）通信连接微控制单元B（1-2），所述窄带射频芯片B（1-4）用于各监测标签（1）之间组网通信。

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