造成的定位盲區(qū)。
[0142] 仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析
[0143] (1)在Matlab中設(shè)定類似井下巷道的定位環(huán)境，巷道兩側(cè)選取四個(gè)已知節(jié)點(diǎn)，組 成兩個(gè)三角形的定位小區(qū)。在未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)入小區(qū)之后收集各個(gè)已知節(jié)點(diǎn)的RSSI值和信號(hào) 傳輸?shù)慕嵌刃畔?，來確定未知節(jié)點(diǎn)屬于哪個(gè)定位小區(qū)。
[0144] (2)確定定位小區(qū)之后，基于RSSI算法的基礎(chǔ)上，測量節(jié)點(diǎn)間的距離山，d2,d3。在 測得的距離上按照井下環(huán)境影響，加上3組范圍內(nèi)誤差。搜集四組三邊定位時(shí)的定位區(qū)域， 計(jì)算出四個(gè)定位區(qū)域的重疊部分。
[0145] (3)利用網(wǎng)格掃描法對4個(gè)區(qū)域的重疊區(qū)的重疊次數(shù)標(biāo)記，找出重疊次數(shù)最多的 區(qū)域。然后采用質(zhì)心算法公式
[0147] 對此重疊區(qū)域的所有網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得出的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（Xni，yJ。如圖12所示：圓 點(diǎn)標(biāo)出即是準(zhǔn)確的人員位置；如圖13所示：三角形位置是計(jì)算出的人員位置。
[0148] (4)本發(fā)明以定位小區(qū)中心點(diǎn)為圓心，在0到IOm的范圍上以0. 2m為遞增半徑任 意取點(diǎn)，從圓心往小區(qū)邊緣測試，取50個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行定位。
[0149] (5)然后利用傳統(tǒng)算法在沒有區(qū)分定位小區(qū)情況下，由公式
[0151] 算出兩兩相交的交點(diǎn)，計(jì)算出組成未知節(jié)點(diǎn)可能區(qū)域的三個(gè)點(diǎn)，在單個(gè)區(qū)域中利 用質(zhì)心算法求得未知節(jié)點(diǎn)位置。同樣情況下取50個(gè)測量點(diǎn)。
[0152] (6)傳統(tǒng)算法和改進(jìn)后算法的比較：計(jì)算出傳統(tǒng)算法和改進(jìn)后算法定位出的節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)到實(shí)際節(jié)點(diǎn)的距離，作為誤差比較。實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)后的定位算法定位出的未知節(jié)點(diǎn)精 確度更高，穩(wěn)定性更好好，尤其是在定位小區(qū)邊緣的定位穩(wěn)定性更可靠。測量結(jié)果如圖14 所示。
[0153] 根據(jù)仿真得出，在相同模擬誤差條件下進(jìn)行人員定位，本發(fā)明比傳統(tǒng)的以RSSI測 距的三邊定位算法誤差更小、穩(wěn)定性更強(qiáng)，尤其解決了傳統(tǒng)定位算法在小區(qū)邊緣穩(wěn)定性差 的缺點(diǎn)，增加了井下人員定位的可靠性。
[0154] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在 不脫離本發(fā)明的前提下，還可以對本發(fā)明做出的若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充，也應(yīng)視 為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在于，通過RSSI測距算法測 量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)即移動(dòng)的礦工到三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離，進(jìn)而利用定位算法來定位人員的位置， 具體包括如下步驟： 步驟1.工作人員事先將若干參考節(jié)點(diǎn)擺放到巷道兩側(cè)，工作開始時(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器電源 打開，進(jìn)行zigbee無線網(wǎng)絡(luò)樹狀組網(wǎng)模式，zigbee組建網(wǎng)絡(luò)初始化； 步驟2.當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)入進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域時(shí)，參考節(jié)點(diǎn)在一個(gè)統(tǒng)一時(shí)間周期向 周圍發(fā)送無線信號(hào)，無線信號(hào)包括自身的坐標(biāo)信息和信號(hào)強(qiáng)度RSSI值； 步驟3.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在它的通信范圍內(nèi)收集所有參考節(jié)點(diǎn)的RSSI信號(hào)值，將信號(hào)最強(qiáng)的 相鄰三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)組成三角形的定位小區(qū)； 步驟4.在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上利用具有方向性判斷的信號(hào)接收天線，實(shí)現(xiàn)對參考節(jié)點(diǎn)信號(hào) 到達(dá)角度的測量，利用角度信息過濾掉其他干擾信號(hào)，進(jìn)一步確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所在的定位小 區(qū)； 步驟5.將接收到的RSSI值帶入公式[RSSI]dBni=A-10nlgd， 式中，[RSSI]dBni為接收節(jié)點(diǎn)接受到的功率，A為參考距離為lm時(shí)接受節(jié)點(diǎn)受到的信號(hào) 功率，d為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離，n為和實(shí)驗(yàn)環(huán)境相關(guān)的路徑損耗指數(shù)值，2 <n< 4 ; 步驟6.計(jì)算定位小區(qū)的三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)距離移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的距離山、d2、d3; 步驟7.利用定位算法計(jì)算以三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)為圓心、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離 為半徑的三個(gè)圓相交的位置坐標(biāo)，該坐標(biāo)就是人員即移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，所述步驟3中，對于采集到的RSSI值，進(jìn)行濾波處理以提高測距的準(zhǔn)確性。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，對采集到的RSSI值進(jìn)行中值濾波處理： a. 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在固定位置接收到的參考節(jié)點(diǎn)的n個(gè)信號(hào)強(qiáng)度值，通過中值濾波過濾掉該 組強(qiáng)度值數(shù)據(jù)中的小概率的信號(hào)和大干擾信號(hào)， 公式如下：式中f(x)表示概率的取值，x表示RSSI值，n表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在固定位置接收到參考節(jié) 點(diǎn)信號(hào)個(gè)數(shù)，〇 2表不此隨機(jī)變量的方差，y表不服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量的均值； b. 將上式中f(x)的取值范圍限定為0. 6 <f(x) < 1，求解得 0. 15 〇 +y彡x彡3. 09 〇 +y，即RSSI值在經(jīng)過中值濾波之后可得取值范圍為[0. 15 〇 +y， 3.09〇+y]，其中C.把經(jīng)過中值濾波后在選擇范圍內(nèi)的RSSI值求出均值； d.該均值即為最終準(zhǔn)確的RSSI數(shù)值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，所述步驟4中，為了減少儲(chǔ)存和計(jì)算量，測量出的節(jié)點(diǎn)間的角度信息不做保存，只需要 使用該角度來確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否處于容易受到干擾的小區(qū)邊緣。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，所述步驟7中，由于在實(shí)際礦井環(huán)境中各種干擾因素的影響，計(jì)算出的距離和現(xiàn)實(shí)距離 必定是存在誤差，所以在井下巷道內(nèi)設(shè)置固定距離的參考節(jié)點(diǎn)，測量出井下環(huán)境的誤差范 圍，定位開始后利用RSSI進(jìn)行一次測距，然后在實(shí)際測的距離山、d2、d3的基礎(chǔ)上反向加上 環(huán)境的范圍內(nèi)隨機(jī)誤差來進(jìn)行校正，取n組校正距離數(shù)據(jù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，所述步驟7中，以三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)為圓心的三個(gè)圓由于干擾因素的影響不可能相交于一 點(diǎn)，從而造成方程無解，所以在三個(gè)圓心兩兩相交時(shí)， (1) 根據(jù)公式：求得Ojxi,、02(x2, y2)兩個(gè)圓的相交點(diǎn)Q、C2，然后計(jì)算兩個(gè)交點(diǎn)與03節(jié)點(diǎn)的距離， 取距離近的一點(diǎn)Q保留，距離遠(yuǎn)的舍去；同理求得0 :和0 3的交點(diǎn)，取距離0 2點(diǎn)相近的交點(diǎn) Bp〇2、〇3的交點(diǎn)距離0i最近的A力，組成移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的可能區(qū)域AA (2)根據(jù)n組的校正距離數(shù)據(jù)，逐個(gè)解出nX3個(gè)圓兩兩相交的三個(gè)點(diǎn)做AAnBnCn; (3)利用網(wǎng)格掃描法對重疊部分進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算出由n個(gè)三角形相交重疊的部分，陰影 部分的網(wǎng)格點(diǎn)最高重疊部分，即是縮小定位范圍后未知節(jié)點(diǎn)最可能的坐標(biāo)位置； (4) 對重疊區(qū)域的所有網(wǎng)格點(diǎn)采用如下公式進(jìn)行質(zhì)心算法計(jì)算，得出重疊部分的質(zhì)心即是未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置（Xni，yj。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，當(dāng)井下某些節(jié)點(diǎn)因電池沒電或者因?yàn)橐馔馐鹿试斐晒?jié)點(diǎn)損壞的狀況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)可利用 節(jié)點(diǎn)短缺，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到達(dá)該活動(dòng)區(qū)域時(shí)搜集到的節(jié)點(diǎn)信息少于三個(gè)，無法計(jì)算出離移動(dòng)節(jié) 點(diǎn)最近的三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離(1^4、d3，在此應(yīng)急情況下，找出兩圓的相交區(qū)域進(jìn)行質(zhì)心算 法計(jì)算出坐標(biāo)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，其特征在 于，所述找出兩圓的相交區(qū)域進(jìn)行質(zhì)心算法計(jì)算出坐標(biāo)的詳細(xì)方法為：選擇已知的4、~兩 個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置4 (Xl，yi)，A2 (x2,y2)，用RSSI測距方法測出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)吣分別到A〇 ~節(jié) 點(diǎn)的距離~巧，根據(jù)公式求得兩個(gè)圓的相交點(diǎn)A12(x12,y12)、A21(x21,y21)，然后計(jì)算出兩圓重疊部分的質(zhì)心坐標(biāo)就 是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于RSSI測距的井下人員定位的改進(jìn)方法，通過RSSI測距算法測量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)即移動(dòng)的礦工到三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離，進(jìn)而利用定位算法來定位人員的位置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：對礦井下定位小區(qū)間的干擾造成定位混亂進(jìn)行解決，對三邊定位算法由于測距不準(zhǔn)確引起的誤差進(jìn)行改進(jìn)，尤其解決了傳統(tǒng)定位算法在小區(qū)邊緣穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，增加了井下人員定位的可靠性。
【IPC分類】H04W64/00
【公開號(hào)】CN105025572
【申請?zhí)枴緾N201510377499
【發(fā)明人】宋仁旺, 白轉(zhuǎn)偉, 張程遠(yuǎn), 石慧, 董增壽
【申請人】太原科技大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月1日