專利名稱：井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種針對(duì)井下煤礦環(huán)境進(jìn)行移動(dòng)人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位的方法。

背景技術(shù)：
近幾年以來(lái)，煤礦爆炸、塌方事件屢屢發(fā)生，如何保障礦井以及在煤礦中工作的礦工們的安全，這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越體現(xiàn)其重要性，對(duì)煤礦瓦斯災(zāi)害，井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)研究變得非常必要，我國(guó)在這方面也加大了科技投入，力求能有所突破。
我國(guó)煤礦井下地質(zhì)條件非常復(fù)雜，礦井巷道長(zhǎng)可達(dá)幾十千米，工作環(huán)境惡劣，作業(yè)點(diǎn)分散，隨采掘工作面的推進(jìn)，采煤機(jī)電設(shè)備和人員流動(dòng)性大。安裝各種傳感器、布設(shè)電纜困難很大，即使依靠電纜傳輸信息，由于井下地面潮濕，電纜也會(huì)腐蝕嚴(yán)重，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性較差，維護(hù)困難。由于定位區(qū)域在井下使得如GPS(GlobalPositioning System，全球定位系統(tǒng))這些目前最著名精度最高的定位方式無(wú)用武之地。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)井下煤礦環(huán)境進(jìn)行移動(dòng)人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位的方法。該方法需要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)相互配合，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)置于礦工所戴礦帽內(nèi)部，定位算法由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)分布式實(shí)現(xiàn)，從而產(chǎn)生較為準(zhǔn)確的定位結(jié)果，并利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至井上數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。一旦有意外事故發(fā)生，就能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的定位歷史記錄，迅速開(kāi)展搜救工作，由于定位較準(zhǔn)確，會(huì)大大加快救援的進(jìn)度，減少事故帶來(lái)的損失。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是 本發(fā)明包括(1)基于無(wú)線節(jié)點(diǎn)射頻信號(hào)強(qiáng)度的分布式實(shí)時(shí)定位方法；(2)在礦井坑道內(nèi)固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法；(3)RSSI與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換方法。
(1)基于無(wú)線節(jié)點(diǎn)射頻信號(hào)強(qiáng)度的分布式實(shí)時(shí)定位方法 本發(fā)明中井下的組網(wǎng)采用三種節(jié)點(diǎn)2.4GHZ信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，2.4GHZ移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，433MHZ數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)。2.4GHZ信標(biāo)節(jié)點(diǎn)自身的位置事先固定好，坐標(biāo)也事先設(shè)定好，在進(jìn)行實(shí)時(shí)定位時(shí)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在路由維護(hù)的同時(shí)也將自己的位置信息作為數(shù)據(jù)包的一部分，向周?chē)?jié)點(diǎn)發(fā)送，同時(shí)2.4GHZ信標(biāo)節(jié)點(diǎn)要負(fù)責(zé)對(duì)接收到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的坐標(biāo)位置的進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；定位算法在2.4GHZ移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，計(jì)算得到的定位結(jié)果將發(fā)送給路由中確定的上級(jí)節(jié)點(diǎn)；433MHZ數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)將井下數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)距離的傳送，鑒于坑道的事故主要發(fā)生在掘進(jìn)面處，在433MHZ區(qū)域內(nèi)將不對(duì)井下人員實(shí)施定位，只在進(jìn)入礦井口的地方，做一定的出入檢測(cè)。
由于定位的區(qū)域長(zhǎng)寬比例相差較大，采用直線型的一位定位能夠得到較準(zhǔn)確的定位結(jié)果，且能滿足傳感器節(jié)點(diǎn)本身的計(jì)算能力以及能耗方面的要求。對(duì)于每一段直線坑道采用一維算法定位，而為了解決坑道轉(zhuǎn)角時(shí)候出現(xiàn)的一維切換問(wèn)題，在轉(zhuǎn)角處特別設(shè)置兩個(gè)發(fā)射功率很小的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)用于檢測(cè)是否出現(xiàn)切換，并且測(cè)定切換的方向。
(2)在礦井坑道內(nèi)固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法 經(jīng)勘查，掘進(jìn)面的坑道具有自己的特點(diǎn)，其主要是呈“U”字形，距地表深度也有幾十米至上百米，兩邊的運(yùn)煤通道長(zhǎng)可達(dá)幾公里，而中間挖煤坑道的實(shí)際長(zhǎng)度從200～500m不等，寬度則相對(duì)比較窄，只有10-20m。對(duì)井下監(jiān)測(cè)而言，挖煤坑道容易發(fā)生礦難、塌方的地方，即需要實(shí)時(shí)定位的區(qū)域。在信標(biāo)點(diǎn)布設(shè)的時(shí)候，煤層的一邊基本無(wú)法布點(diǎn)，因此，信標(biāo)點(diǎn)只能布設(shè)在坑道的靠近支撐的一側(cè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)只能放在靠近支撐的一側(cè)，使得進(jìn)行二維以上定位的定位算法無(wú)法使用。
信標(biāo)節(jié)點(diǎn)除了靠近支撐面布設(shè)之外，也不能將節(jié)點(diǎn)緊貼坑道墻面放置，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，當(dāng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)緊貼墻面時(shí)，由于電磁波墻面反射等等影響，使得無(wú)線傳播特性嚴(yán)重偏離了常規(guī)理論特性，使得整個(gè)定位方案無(wú)法正常運(yùn)行。
(3)RSSI與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換方法 很多無(wú)線收發(fā)芯片都具有接收信號(hào)功率指標(biāo)RSSI(Received Signal StrengthIndicator)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)無(wú)線收發(fā)芯片的發(fā)射功率，測(cè)定其RSSI值與實(shí)際距離之間的關(guān)系，形成具體的轉(zhuǎn)換曲線與方法。將該轉(zhuǎn)換方法應(yīng)用于定位方案中，可以簡(jiǎn)單快速地獲得兩個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)之間的距離。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的方案根據(jù)坑道的具體特點(diǎn)以及所使用無(wú)線節(jié)點(diǎn)的具體情況，提出了可行的井下定位算法，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的井下布設(shè)方案，并且能夠在移動(dòng)人員的實(shí)時(shí)跟蹤定位中取得了較為準(zhǔn)確的結(jié)果，同時(shí)根據(jù)RSSI與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系的測(cè)定，也為其他的無(wú)線應(yīng)用提供了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。該發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種礦井的井下移動(dòng)人員或設(shè)備的實(shí)時(shí)定位，能相當(dāng)程度上地提高礦區(qū)的管理水平，在意外事故發(fā)生時(shí)，提供歷史數(shù)據(jù)以供救援所需，大大減少了事故造成的損失。



附圖1為井下無(wú)線定位示意圖； 附圖2為定位算法實(shí)現(xiàn)的流程圖； 附圖3為井下坑道內(nèi)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)布設(shè)以及轉(zhuǎn)角處定位切換示意圖； 附圖4為RSSI與實(shí)際距離之間的分段線性化轉(zhuǎn)換曲線(10dbm)。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下 參見(jiàn)圖1，本井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法如下采用的無(wú)線傳感路由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由(1)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、(2)無(wú)線主干線、(3)固定無(wú)線節(jié)點(diǎn)、(4)井上管理中心四部分組成。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，利用數(shù)據(jù)包記載的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行定位算法，實(shí)現(xiàn)分布式定位，將定位位置加載到數(shù)據(jù)包上通過(guò)無(wú)線主干線傳輸至井上管理中心，所有傳輸過(guò)程通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行。管理中心的主要作用是接受移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息，并將其存儲(chǔ)到自己的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，以便在意外發(fā)生時(shí)取出，方便救援工作的進(jìn)行。
本方法中所有定位信息數(shù)據(jù)包的傳輸均建立在路由維護(hù)信息能夠正常傳送的基礎(chǔ)上，實(shí)際上是在路由包中開(kāi)辟出一段數(shù)據(jù)段專門(mén)用來(lái)存放，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的更新位置信息，這樣同時(shí)也能夠減小網(wǎng)絡(luò)的通信開(kāi)銷(xiāo)。在定位實(shí)施前，所有節(jié)點(diǎn)均已進(jìn)行了區(qū)別號(hào)碼的編制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有屬于自己的一個(gè)號(hào)碼。
圖2示出節(jié)點(diǎn)定位算法實(shí)現(xiàn)的流程，考慮到傳感器計(jì)算能力，能耗等方面的限制，以及坑道本身長(zhǎng)寬比例相差懸殊的特點(diǎn)，在本方法中對(duì)直線坑道使用了一維的定位算法，算法的運(yùn)行位置在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定時(shí)接受上級(jí)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，計(jì)算得到的位置再轉(zhuǎn)發(fā)給自己的上級(jí)節(jié)點(diǎn)。算法步驟如下 1、以收到的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)填寫(xiě)二維矩陣，第一行為所收到的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的X坐標(biāo)值，第二行為該待測(cè)節(jié)點(diǎn)與所收到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離值，該值從RSSI值根據(jù)上節(jié)所述關(guān)系換算得來(lái)。矩陣列數(shù)即為該待測(cè)節(jié)點(diǎn)所能接受到得信標(biāo)總數(shù)。
2、按照矩陣中所有X坐標(biāo)得大小對(duì)矩陣進(jìn)行從小到大的重新排序，并將對(duì)應(yīng)的距離值也做相應(yīng)的排序。
3、作誤差函數(shù) 上式中E為平均誤差值，N為接受到的信標(biāo)總數(shù)，xi為信標(biāo)坐標(biāo)，di為信標(biāo)與待測(cè)節(jié)點(diǎn)距離值，X即為所要求解的待測(cè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值。
為使平均誤差值E最小，則對(duì)誤差函數(shù)求導(dǎo) 令則有 對(duì)于不同區(qū)間，若X＞xi，則 若X＜xi，則 4、對(duì)出現(xiàn)在應(yīng)有范圍之外的解，取所有能夠接受的信標(biāo)端點(diǎn)坐標(biāo)值，代入誤差函數(shù)，取使E函數(shù)最小的信標(biāo)點(diǎn)值作為X的估計(jì)值。因?yàn)闃O小值在定義域外的情況說(shuō)明極值點(diǎn)應(yīng)該在信標(biāo)端點(diǎn)上。
5、對(duì)估計(jì)X坐標(biāo)作以0.5為權(quán)值與前一次計(jì)算坐標(biāo)作線性濾波，從而得到待測(cè)節(jié)點(diǎn)的最終估計(jì)X坐標(biāo)值。
圖3示出井下坑道內(nèi)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)布設(shè)以及轉(zhuǎn)角處定位切換，根據(jù)掘井面的坑道的自身特點(diǎn)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)只能布設(shè)在挖煤坑道的支撐面一側(cè)，以200m長(zhǎng)，10m寬的坑道為例，節(jié)點(diǎn)通信范圍應(yīng)設(shè)為大于兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間距的距離，這樣是為了保證路由的冗余性，同時(shí)也保障了在有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)候，實(shí)時(shí)定位的結(jié)果仍然能夠通過(guò)網(wǎng)路的備份路由傳送到井上。假設(shè)，兩個(gè)信標(biāo)點(diǎn)之間的距離為10m，即每隔10米放置一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)的通信范圍應(yīng)設(shè)為20m-30m，這樣就能保證數(shù)據(jù)鏈路的暢通。這里還要考慮一點(diǎn)，信標(biāo)點(diǎn)不能緊貼坑道壁，需要稍微離開(kāi)一點(diǎn)距離布設(shè)，這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)信標(biāo)點(diǎn)直接貼著墻面放置時(shí)，其無(wú)線的射頻特性會(huì)嚴(yán)重偏離常規(guī)理論特性發(fā)射、接收信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)，即使接受到信號(hào)，抖動(dòng)也非常的嚴(yán)重，根本無(wú)法用RSSI進(jìn)行于實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換。從理論上分析這一現(xiàn)象，主要是由于墻面的電磁反射，散射等效應(yīng)，使得2.4GHZ的射頻信號(hào)受到嚴(yán)重的干擾。
除了在直線坑道內(nèi)布設(shè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)角處布設(shè)如圖3所示的(1)(2)兩個(gè)小功率信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，專門(mén)用于檢測(cè)定位切換，并且實(shí)現(xiàn)切換方向的判定。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)所設(shè)置的功率很小，通信距離只有5m甚至更小，它能夠參與整個(gè)路由協(xié)議的維護(hù)，但是并不參與定位，因?yàn)槎ㄎ恍枰鶕?jù)統(tǒng)一化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行RSSI與實(shí)際距離的轉(zhuǎn)換，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信范圍小于其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，不能參與定位。對(duì)于轉(zhuǎn)角處的定位切換可包括以下幾個(gè)方面規(guī)定 1、由于兩個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)的功率很小以至于稍遠(yuǎn)的地方就收不到其發(fā)出的信號(hào)，只有當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)靠近時(shí)候，才能正常接收到這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，即當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到直線坑道邊緣處，才會(huì)接受這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。
2、兩個(gè)直線坑道的定位分別設(shè)為X向和Y向，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到達(dá)X，Y向定位轉(zhuǎn)角的時(shí)候會(huì)根據(jù)接收這兩個(gè)小功率節(jié)點(diǎn)的順序決定自己的切換是否發(fā)生以及切換的方向。
3、當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)只收到兩個(gè)小功率節(jié)點(diǎn)中一個(gè)的信號(hào)時(shí)，并不進(jìn)行坐標(biāo)與定位的切換，所有的切換必須在收到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之后進(jìn)行。
4、僅當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)順序收到(1)、(2)，則表示定位將從X向切換到Y(jié)向，反之則由Y向切換到X向。
圖4示出無(wú)線節(jié)點(diǎn)功率設(shè)為-10dbm時(shí)，RSSI寄存器讀取值(十進(jìn)制)與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換曲線。由于從寄存器中讀取的數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制的，但為了方便轉(zhuǎn)換曲線的繪制，在圖4作已經(jīng)對(duì)十六進(jìn)制數(shù)做了十進(jìn)制的轉(zhuǎn)化。在CC2420無(wú)線收發(fā)芯片中自帶了一個(gè)RSSI(Received Signal Strength Indicator)，即接收信號(hào)功率指標(biāo)，通過(guò)對(duì)該指標(biāo)的分析，可以在無(wú)線收發(fā)當(dāng)中得到與發(fā)送方的距離值。RSSI值可由RSSI.RSSI_VAL寄存器讀出，它是一個(gè)8bit的數(shù)值。對(duì)于該數(shù)值，是在接受方連續(xù)經(jīng)過(guò)8個(gè)符號(hào)周期(128μs)，并由8位的AD轉(zhuǎn)換后，再對(duì)RSSI值進(jìn)行平均得到的結(jié)果。
接受功率可由下式進(jìn)行計(jì)算P＝RSSI_VAL+RSSI_OFFSET[dBm] 其中RSSI_VAL是8bit的數(shù)字值，而RSSI_OFFSET是一個(gè)偏移量，根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，Chipon給的該偏移值是-45dBm，即如果由RSSI得到的是-15dbm的話，則實(shí)際的射頻輸入功率大約是-60dBm。然而無(wú)線傳輸畢竟有其明顯的不穩(wěn)定性，節(jié)點(diǎn)放置高度、周?chē)h(huán)境、收發(fā)天線的方向等都會(huì)影響RSSI的值。根據(jù)加州大學(xué)伯克利分校，電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系所公布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在室外的時(shí)候通常RSSI_OFFSET這個(gè)偏移量不是-45dBm，需要具體現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并加以校正。
向TXCTRL.PA_LEVEL寄存器寫(xiě)入值可以調(diào)整傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍，本方案中設(shè)置無(wú)線節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率為-10dBm，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，距離發(fā)送點(diǎn)2m以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)收到的RSSI基本都是0X80以下的值，距離發(fā)送點(diǎn)2m以外的節(jié)點(diǎn)收到的RSSI基本是0X80以上的值，在距離為40米左右時(shí)，信號(hào)衰減嚴(yán)重，以致基本無(wú)法正常接收。以測(cè)得的數(shù)據(jù)作曲線擬合，基本符合自然對(duì)數(shù)的分布規(guī)律，對(duì)曲線分段線性化后得到RSSI值與距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4。由于在實(shí)際測(cè)量中，所有的數(shù)據(jù)均采用整數(shù)化、數(shù)字化處理，這使得轉(zhuǎn)換關(guān)系能夠更加簡(jiǎn)化，在此本方案也提供了一張?jiān)诳蓽y(cè)范圍之內(nèi)的RSSI值與實(shí)際距離對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表以供參考，如表1所示。
表1 可測(cè)范圍內(nèi)部分RSSI值與實(shí)際距離的對(duì)應(yīng)表
權(quán)利要求
1.一種井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法，其特征在于采用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)相互配合，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)置于礦工所戴礦帽的內(nèi)部在礦井坑道內(nèi)固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，定位算法采用基于無(wú)線節(jié)點(diǎn)射頻信號(hào)強(qiáng)度的分布式實(shí)時(shí)定位方法或接收信號(hào)功率指標(biāo)RSSI與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換方法，從而產(chǎn)生較為準(zhǔn)確的定位結(jié)果，并利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至井上數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法，其特征在于所述的基于無(wú)線節(jié)點(diǎn)射頻信號(hào)強(qiáng)度的分布式實(shí)時(shí)定位方法為坑道內(nèi)一維定位算法，具體步驟如下
a.以收到的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)填寫(xiě)二維矩陣，第一行為所收到的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的X坐標(biāo)值，第二行為該待測(cè)節(jié)點(diǎn)與所收到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離值，該值從RSSI值換算得來(lái)，該二維矩陣的列數(shù)即為該待測(cè)節(jié)點(diǎn)所能接受到得信標(biāo)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；
b.按照上述二維矩陣中所有X坐標(biāo)得大小對(duì)二維矩陣進(jìn)行從小到大的重新排序，并將對(duì)應(yīng)的距離值也做相應(yīng)的排序；
c.作誤差函數(shù)
上式中E為平均誤差值，N為接受到的信標(biāo)總數(shù)，xi為信標(biāo)坐標(biāo)，di為信標(biāo)與待測(cè)節(jié)點(diǎn)距離值，X即為所要求解的待測(cè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值；
為使平均誤差值E最小，則對(duì)誤差函數(shù)求導(dǎo)后
令則有
d.對(duì)出現(xiàn)在應(yīng)有范圍之外的解，取所有能夠接受的信標(biāo)端點(diǎn)坐標(biāo)值，代入誤差函數(shù)，取使E函數(shù)最小的信標(biāo)點(diǎn)值作為X的估計(jì)值。因?yàn)闃O小值在定義域外的情況說(shuō)明極值點(diǎn)應(yīng)該在信標(biāo)端點(diǎn)上。
e.對(duì)估計(jì)X坐標(biāo)作以0.5為權(quán)值與前一次計(jì)算的X坐標(biāo)作線性濾波，從而得到待測(cè)節(jié)點(diǎn)的最終估計(jì)X坐標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法，其特征在于所述的在礦井坑道內(nèi)固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法是根據(jù)掘井面的坑道的自身特點(diǎn)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)只能布設(shè)在挖煤坑道的支撐面一側(cè)，但不能緊貼坑道壁布設(shè)，每隔有效距離放置一個(gè)，保證在一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)至少能夠有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與它進(jìn)行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法，其特征在于對(duì)井下轉(zhuǎn)角處的定位方法是在坑道轉(zhuǎn)角布設(shè)兩個(gè)小功率信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，用于檢測(cè)定位切換，并且實(shí)現(xiàn)切換方向的判定，所設(shè)置的功率很小，通信距離只有5m甚至更小，能夠參與整個(gè)路由協(xié)議的維護(hù)，但是并不參與定位；對(duì)于轉(zhuǎn)角處的定位切換包括以下幾個(gè)方面規(guī)定
a.由于兩個(gè)小功率信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功率很小以至于稍遠(yuǎn)的地方就收不到其發(fā)出的信號(hào)，只有當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)靠近時(shí)候，才能正常接收到這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，即當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到直線坑道邊緣處，才會(huì)接受到這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)；
b.兩個(gè)直線坑道的定位分別設(shè)為X向和Y向，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到達(dá)X、Y向定位轉(zhuǎn)角的時(shí)候會(huì)根據(jù)接收這兩個(gè)小功率信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的順序決定自己的切換是否發(fā)生以及切換的方向；
c.當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)只收到兩個(gè)小功率節(jié)信標(biāo)點(diǎn)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)時(shí)，并不進(jìn)行坐標(biāo)與定位的切換，所有的切換必須在收到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之后進(jìn)行。
d.僅當(dāng)按一定順序收到這兩個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)信息時(shí)，才將從X向切換到Y(jié)向，反之則由Y向切換到X向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法，其特征在于所述的接收信號(hào)功率指標(biāo)RSSI與實(shí)際距之間的轉(zhuǎn)換方法是當(dāng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)功率設(shè)為-10dbm時(shí)，RSSI寄存器十進(jìn)制讀取值與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系用分段線性化曲線來(lái)表示；經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理分析以后，在可測(cè)范圍內(nèi)形成一張RSSI寄存器十六進(jìn)制讀取值與實(shí)際距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系表如下
全文摘要
本發(fā)明涉及一種井下煤礦人員實(shí)時(shí)無(wú)線定位方法。本方法包括(1)基于無(wú)線節(jié)點(diǎn)射頻信號(hào)強(qiáng)度的分布式實(shí)時(shí)定位方案；(2)在礦井坑道內(nèi)固定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的布設(shè)方法；(3)RSSI值與實(shí)際距離之間的轉(zhuǎn)換方法。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，方便實(shí)施對(duì)井下人員等移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，以保證安全生產(chǎn)，特別是當(dāng)有意外發(fā)生之后，可以根據(jù)所存儲(chǔ)的意外發(fā)生前的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)井下人員進(jìn)行有針對(duì)性的搜救，降低事故所造成的損失。同時(shí)該發(fā)明也有利于礦井管理人員進(jìn)行工作調(diào)度，以提高整個(gè)礦區(qū)的監(jiān)督管理水平和工作效率。
文檔編號(hào)G01S5/02GK101187702SQ20071017181
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者施惠昌, 沈明華, 趙佐平, 田金鵬 申請(qǐng)人:上海大學(xué)