Real-time water-level monitoring across many locations is vital for flood response, infrastructure management, and environmental forecasting. Yet many sensing methods rely on fixed instruments - acoustic, radar, camera, or pressure probes - that are costly to install and maintain and are vulnerable during extreme events. We propose a passive, low-cost water-level tracking scheme that uses only LTE downlink power metrics reported by commodity receivers. The method extracts per-antenna RSRP, RSSI, and RSRQ, applies a continuous wavelet transform (CWT) to the RSRP to isolate the semidiurnal tide component, and forms a summed-coefficient signature that simultaneously marks high/low tide (tide-turn times) and tracks the tide-rate (flow speed) over time. These wavelet features guide a lightweight neural network that learns water-level changes over time from a short training segment. Beyond a single serving base station, we also show a multi-base-station cooperative mode: independent CWTs are computed per carrier and fused by a robust median to produce one tide-band feature that improves stability and resilience to local disturbances. Experiments over a 420 m river path under line-of-sight conditions achieve root-mean-square and mean-absolute errors of 0.8 cm and 0.5 cm, respectively. Under a non-line-of-sight setting with vegetation and vessel traffic, the same model transfers successfully after brief fine-tuning, reaching 1.7 cm RMSE and 0.8 cm MAE. Unlike CSI-based methods, the approach needs no array calibration and runs on standard hardware, making wide deployment practical. When signals from multiple base stations are available, fusion further improves robustness.


翻译:实时、多地点水位监测对于洪水响应、基础设施管理和环境预报至关重要。然而,现有传感方法多依赖固定设备——如声学、雷达、相机或压力传感器——这些设备安装和维护成本高昂,且在极端事件中易受损。本文提出一种被动、低成本的水位跟踪方案,仅利用商用接收器上报的LTE下行链路功率指标。该方法提取每根天线的参考信号接收功率(RSRP)、接收信号强度指示(RSSI)与参考信号接收质量(RSRQ),对RSRP应用连续小波变换(CWT)以分离半日潮汐分量,并构建一个求和系数特征,该特征可同时标记高潮/低潮(潮汐转向时刻)并随时间跟踪潮汐速率(流速)。这些小波特征引导一个轻量级神经网络,该网络通过短时训练段学习水位随时间的变化。除单个服务基站外,本文还提出多基站协同模式:对每个载波独立计算CWT,并通过鲁棒中值融合生成一个潮汐频带特征,从而提升稳定性并增强对局部干扰的抵抗能力。在420米河流路径的视距条件下实验,均方根误差和平均绝对误差分别达到0.8厘米和0.5厘米。在存在植被和船舶交通的非视距场景中,同一模型经过短暂微调后成功迁移,实现1.7厘米均方根误差和0.8厘米平均绝对误差。与基于信道状态信息(CSI)的方法不同,本方法无需阵列校准,可在标准硬件上运行,有利于大规模部署。当可获得多基站信号时,融合机制进一步提升了系统的鲁棒性。

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