專利名稱：一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，尤其涉及一種基于最 小二乘支持向量回歸機(jī)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。節(jié)點(diǎn)定 位是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，它要求節(jié)點(diǎn)定位方法具有良好的容噪性 和準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)包括基于測(cè)距和不基于測(cè)距的定位技術(shù)，基于 測(cè)距的定位技術(shù)測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)的距離或信號(hào)到達(dá)角度，距離(角度) 測(cè)量值通常包含較大誤差，通過(guò)最小二乘法、極大似然估計(jì)法計(jì)算得到的未知
節(jié)點(diǎn)定位結(jié)果會(huì)受到測(cè)距誤差的較大影響；不基于測(cè)距的定位方法無(wú)需測(cè)量未 知節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)距離或者信號(hào)到達(dá)角度，只根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息即可實(shí)現(xiàn) 定位，但節(jié)點(diǎn)定位準(zhǔn)確度通常較低。
其中國(guó)內(nèi)專利公開號(hào)為CN101221236的三維空間中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于 抽樣的節(jié)點(diǎn)自身定位方法，所述方法利用對(duì)三維空間隨機(jī)抽樣的方法，獲取所 需樣本點(diǎn)信息，并通過(guò)范圍約束條件進(jìn)行過(guò)濾得到成功樣本點(diǎn)，取成功樣本點(diǎn) 坐標(biāo)平均值作為未知節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo)估計(jì)值；根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)的關(guān)系 信息建立目標(biāo)函數(shù)，采用對(duì)成功樣本點(diǎn)加權(quán)篩選的方法避免非線性方程組轉(zhuǎn)化 為線性方程組所存在的轉(zhuǎn)化誤差，以獲得未知節(jié)點(diǎn)三維估計(jì)坐標(biāo)的最優(yōu)解。
國(guó)內(nèi)專利公開號(hào)為CN101241176的適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維自身定 位方法，所述方法通過(guò)判斷任意目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Mb是否位于由任意四個(gè)可見(jiàn)錨節(jié)點(diǎn) 組成的四面體的內(nèi)部，篩選出位置區(qū)域P，并計(jì)算所有位置區(qū)域P的重心集合，
4并以此重心集合G中所有元素的坐標(biāo)的平均值作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Mb在無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中的坐標(biāo)位置。
國(guó)內(nèi)專利公開號(hào)為CN101241177的面向三維空間的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位 系統(tǒng)，所述方法公開了一種面向三維空間的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)。
國(guó)內(nèi)專利公開號(hào)為CN101109804的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維快速定位的系統(tǒng) 和方法，所述系統(tǒng)包括GPS定位裝置、移動(dòng)錨點(diǎn)和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，GPS定 位裝置用于接收GPS衛(wèi)星的信息，得到移動(dòng)錨點(diǎn)的位置坐標(biāo)；移動(dòng)錨點(diǎn)用于按 預(yù)設(shè)置周期廣播定位信息；并穿越指定區(qū)域，其在指定區(qū)域的移動(dòng)軌跡為直線； 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)用于接收定位信息，比較各定位信息的接收信號(hào)強(qiáng)度值，選擇 具有最大強(qiáng)度值的定位信息，存儲(chǔ)其中的位置坐標(biāo)；并存儲(chǔ)其余任一定位信息 中的位置坐標(biāo)；并判斷是否獲得足夠的用于計(jì)算其自身位置的位置坐標(biāo)，計(jì)算 得到其自身位置。
國(guó)內(nèi)專利公開號(hào)為CN101126805的基于球體的三維節(jié)點(diǎn)定位方法和系統(tǒng)， 所述方法包括錨節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中周期性地廣播信標(biāo)消息；未知節(jié)點(diǎn)接收信 標(biāo)消息，并檢查是否收到過(guò)錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信標(biāo)消息，如果是，則未知節(jié)點(diǎn)在信 標(biāo)消息鏈表中查找到與錨節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信標(biāo)消息項(xiàng)，并檢查其是否過(guò)期，如果過(guò) 期，則未知節(jié)點(diǎn)更新信標(biāo)消息項(xiàng)中的位置信息，并設(shè)置信標(biāo)點(diǎn)標(biāo)識(shí)位為1;未 知節(jié)點(diǎn)將信標(biāo)點(diǎn)標(biāo)識(shí)位為1的信標(biāo)消息項(xiàng)作為信標(biāo)點(diǎn)，并根據(jù)從所有信標(biāo)點(diǎn)中 選擇出的任意四個(gè)有效信標(biāo)點(diǎn)的位置信息計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)的位置信息。
國(guó)內(nèi)專利公開號(hào)為CN101262285的基于概率的三維無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋 方法，所述方法對(duì)三維待監(jiān)測(cè)區(qū)域用網(wǎng)格建模，用迭代的貪婪啟發(fā)式方法確定 傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)格中的位置，每一步迭代完成一個(gè)節(jié)點(diǎn)的放置，直到節(jié)點(diǎn)總數(shù) 達(dá)到預(yù)設(shè)的上界或每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)以概率T達(dá)到k-覆蓋為止。
綜上所述，以上方法難以有效的抑制節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間測(cè)距噪聲對(duì)節(jié)點(diǎn)定位 準(zhǔn)確度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述方法存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明提供了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)三維定位方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，包括 對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離并組成距 離向量；
根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量和網(wǎng)格頂點(diǎn)三維坐標(biāo)形成三組訓(xùn)練樣本集；
通過(guò)徑向基核函數(shù)和最小二乘支持向量回歸機(jī)學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本得到分別用 于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的支持向量回歸機(jī)；
將未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離組成距離向量分別輸入三個(gè)回歸機(jī)得到 未知節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)估計(jì)值。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是
通過(guò)采用徑向基核函數(shù)的最小二乘支持向量回歸機(jī)擬合空間網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi) 若干網(wǎng)格頂點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)距離值組成的特征向量與網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)的非線性關(guān) 系，將未知節(jié)點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的測(cè)距向量輸入通過(guò)訓(xùn)練得到的最小二乘支持向 量回歸機(jī)，回歸機(jī)的輸出值可以作為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)估計(jì)值。本發(fā)明能夠極大地 抑制測(cè)距噪聲對(duì)節(jié)點(diǎn)定位的影響，明顯提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位準(zhǔn)確 度。


圖l是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法流程圖2是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位具體實(shí)現(xiàn)方法流程圖3是最小二乘支持向量回歸機(jī)模型訓(xùn)練示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述
本實(shí)施例提供了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，該方法利用最小 二乘支持向量回歸機(jī)估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)三維位置坐標(biāo)。
參見(jiàn)圖l，該方法包括以下步驟
步驟IOI對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的直線 距離并組成距離向量。
步驟102根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量和網(wǎng)格頂點(diǎn)三維坐標(biāo)形成三組訓(xùn)練樣本集。
步驟103通過(guò)徑向基核函數(shù)和最小二乘支持向量回歸機(jī)學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本得
到分別用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的支持向量回歸機(jī)。
步驟104將未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離組成的距離向量分別輸入三個(gè)
回歸機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)估計(jì)值。
本實(shí)施例根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)(錨節(jié)點(diǎn)數(shù)大于或等于4)三維坐標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)空間探測(cè)區(qū)域
和利用測(cè)距技術(shù)得到的未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)含有誤差的測(cè)量距離，通過(guò)選取網(wǎng)
絡(luò)區(qū)域若干網(wǎng)格頂點(diǎn)來(lái)收集訓(xùn)練樣本，采用最小二乘支持向量回歸機(jī)對(duì)訓(xùn)練樣
本進(jìn)行學(xué)習(xí)得到估計(jì)節(jié)點(diǎn)位置的決策函數(shù)。
參見(jiàn)圖2，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位具體實(shí)現(xiàn)方法包括
步驟201對(duì)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離，并
按錨節(jié)點(diǎn)的序號(hào)組成距離向量。
步驟202將網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量作為訓(xùn)練樣本輸入值，網(wǎng)格頂點(diǎn)X坐標(biāo)作為
訓(xùn)練樣本輸出值，組成關(guān)于網(wǎng)格頂點(diǎn)X坐標(biāo)的訓(xùn)練樣本集；將網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向
量作為訓(xùn)練樣本輸入值，網(wǎng)格頂點(diǎn)Y坐標(biāo)作為訓(xùn)練樣本輸出值，組成關(guān)于網(wǎng)格
頂點(diǎn)Y坐標(biāo)的訓(xùn)練樣本集；將網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量作為訓(xùn)練樣本輸入值，網(wǎng)格頂
點(diǎn)Z坐標(biāo)作為訓(xùn)練樣本輸出值，組成關(guān)于網(wǎng)格頂點(diǎn)Z坐標(biāo)的訓(xùn)練樣本集。步驟203利用徑向基核函數(shù)將訓(xùn)練樣本非線性映射到高維特征空間，并采 用最小二乘支持向量回歸機(jī)在高維特征空間中對(duì)訓(xùn)練樣本集進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到分 別估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X、 Y和Z坐標(biāo)的三個(gè)最小二乘支持向量回歸機(jī)。
步驟204通過(guò)測(cè)距技術(shù)獲得未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)包含誤差的測(cè)量距離后， 按錨節(jié)點(diǎn)序號(hào)組成測(cè)量距離向量。
步驟205將測(cè)量距離向量輸入用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)的最小二乘支持向 量機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)估計(jì)值；將測(cè)量距離向量輸入用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)Y坐 標(biāo)的最小二乘支持向量機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn)Y坐標(biāo)估計(jì)值；將測(cè)量距離向量輸入用 于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)Z坐標(biāo)的最小二乘支持向量機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn)Z坐標(biāo)估計(jì)值。
參見(jiàn)圖3，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)空間區(qū)域『-
;將網(wǎng)格頂點(diǎn)G,.的距離向量F;作為訓(xùn)練樣本輸入值，并將G,. 的坐標(biāo)值x,.、 >;,.、 z,.分別作為訓(xùn)練樣本輸出，得到訓(xùn)練樣本/7x, ^-(^K)、 /7Z,. ^",z,)。根據(jù)M個(gè)網(wǎng)格頂點(diǎn)可以得到關(guān)于網(wǎng)格頂點(diǎn)X、 Y、 Z坐標(biāo)值的訓(xùn)練樣本集，它們分別為&={^|^=^，x,.),/ = l，2，"、M}、 & = 1 W, = = 1,2,…，M) 、 & = I= (K,z,V = 1,2,. .，M)。利用徑
向基核函數(shù)將訓(xùn)練樣本非線性映射到高維特征空間，通過(guò)最小二乘支持向量回 歸機(jī)在高維特征空間中對(duì)訓(xùn)練樣本集a、 a、 ；^進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到最小二乘支持 向量回歸機(jī)決策函數(shù)A JWU、 ^=/z(。 ("1,2，…，丄，Z為
未知節(jié)點(diǎn)數(shù)量)，/v、 A分別用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)的X坐標(biāo)；、Y坐標(biāo)A和 Z坐標(biāo)^ 。通過(guò)測(cè)距技術(shù)獲得未知節(jié)點(diǎn)^到各錨節(jié)點(diǎn)A.包含誤差的測(cè)量距離4后，按錨節(jié)點(diǎn)序號(hào)組成測(cè)量距離向量r^[^，tL,…，4]，將^分別輸入決策函 數(shù)A、 A、 /z，函數(shù)輸出值A(chǔ)、 A、 j^作為未知節(jié)點(diǎn)&的坐標(biāo)估計(jì)值。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，其特征在于，該方法包括A對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離并組成距離向量；B根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量和網(wǎng)格頂點(diǎn)三維坐標(biāo)X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)與Z坐標(biāo)形成三組訓(xùn)練樣本集；C通過(guò)徑向基核函數(shù)和最小二乘支持向量回歸機(jī)學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本得到分別用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的支持向量回歸機(jī)；D將未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離組成距離向量分別輸入三個(gè)回歸機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)估計(jì)值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，其特征在于， 所述步驟A具體包括計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離，并按錨節(jié)點(diǎn)的序號(hào) 組成距離向量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，其特征在于， 所述步驟B具體包括Bl將網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量作為訓(xùn)練樣本輸入值，網(wǎng)格頂點(diǎn)X坐標(biāo)作為訓(xùn)練樣 本輸出值，組成關(guān)于網(wǎng)格頂點(diǎn)X坐標(biāo)的訓(xùn)練樣本集；B2將網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量作為訓(xùn)練樣本輸入值，網(wǎng)格頂點(diǎn)Y坐標(biāo)作為訓(xùn)練樣 本輸出值，組成關(guān)于網(wǎng)格頂點(diǎn)Y坐標(biāo)的訓(xùn)練樣本集；B3將網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量作為訓(xùn)練樣本輸入值，網(wǎng)格頂點(diǎn)Z坐標(biāo)作為訓(xùn)練樣 本輸出值，組成關(guān)于網(wǎng)格頂點(diǎn)Z坐標(biāo)的訓(xùn)練樣本集。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，其特征在于， 所述步驟C具體包括利用徑向基核函數(shù)將訓(xùn)練樣本非線性映射到高維特征空間，并采用最小二乘支持向量回歸機(jī)在高維特征空間中對(duì)訓(xùn)練樣本集進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到分別估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X、 Y和Z坐標(biāo)的三個(gè)最小二乘支持向量回歸機(jī)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法'，其特征在于， 所述步驟D具體包括Dl獲得未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)包含誤差的測(cè)量距離后，按錨節(jié)點(diǎn)序號(hào)組成 測(cè)量距離向量；D2將測(cè)量距離向量分別輸入三個(gè)最小二乘支持向量回歸機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn) 的三維坐標(biāo)估計(jì)值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，其特征 在于，將測(cè)量距離向量輸入用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)的最小二乘支持向量機(jī)得到 未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)估計(jì)值；將測(cè)量距離向量輸入用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)Y坐標(biāo)的最小二乘支持向量機(jī)得到 未知節(jié)點(diǎn)Y坐標(biāo)估計(jì)值；將測(cè)量距離向量輸入用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)Z坐標(biāo)的最小二乘支持向量機(jī)得到 未知節(jié)點(diǎn)Z坐標(biāo)估計(jì)值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，其特 征在于，所述錨節(jié)點(diǎn)數(shù)至少為4個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三維定位方法，包括對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離并組成距離向量；根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)距離向量和網(wǎng)格頂點(diǎn)三維坐標(biāo)形成三組訓(xùn)練樣本集；通過(guò)徑向基核函數(shù)和最小二乘支持向量回歸機(jī)學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本得到分別用于估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的支持向量回歸機(jī)；將未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)測(cè)量距離組成距離向量分別輸入三個(gè)回歸機(jī)得到未知節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)估計(jì)值。通過(guò)本發(fā)明可以極大地抑制未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)測(cè)距噪聲對(duì)節(jié)點(diǎn)定位準(zhǔn)確度的影響，明顯提高節(jié)點(diǎn)三維定位準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01S5/14GK101561495SQ20091008508
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者吳奕凱, 彭再國(guó) 申請(qǐng)人:長(zhǎng)訊通信服務(wù)有限公司