[發明專利]基于ZigBee的井下人員定位方法

有效

• 申請號: 201210220512.X
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102761964A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 胡志坤;楊帆;蔣英明;王文祥;尹林子;孫巖;陳曉龍;劉斌
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明涉及一種基于ZigBee的井下人員定位方法，特別是涉及一種針對信號強度易受環境影響定位精度難以提高、基于RSSI定位算法中基站的定位距離遠小于其通信距離等問題而提出的一種基于ZigBee的井下人員定位方案。

背景技術

井下人員的精確定位能為加強礦井監管提供支持，也能夠為礦難救援提供重要幫助，是礦井安全生產的重要保障。定位算法可分為基于非測距的定位算法和基于測距的定位算法兩大類。基于非測距的定位算法包括：質心法、DV-Hop算法等，這類方法需要密集的無線傳感網絡才能達到較高的定位精度，提高定位精度的成本代價很大，而井下狹窄的環境也不適宜用這類定位算法；基于測距的定位算法包括：TOA(Time?ofArrival)、TDOA(Time?Difference?ofArrival)、AOA(Angleof?Arrival)、RSSI定位法等，這類方法中，由于電磁波速度太快，TOA、TDOA需要高精度時鐘，AOA需要專門測向設備，因此TOA、TDOA、AOA定位算法對硬件要求都很高，大規模應用所需設備投入成本很大，而RSSI定位算法因信號強度值RSSI，即接收功率P_R可以直接從設備相關寄存器中獲取，對設備要求低，易實現，成本較低，因而擁有很好的應用前景。

盡管如此，由于無線信號的信號強度易受多徑效應、金屬反射、濕度等眾多環境因素影響，基于RSSI的定位算法定位精度難以提高，有效定位距離也遠小于其通信距離。目前基于RSSI的定位算法主要有信號衰減模型法和信號指紋法。前者以IEEE802.15.4標準的信號衰減曲線為基礎，再根據實際環境確立參數建立信號強度與距離的數學關系模型，然后以該模型進行測距和定位，這種方法在短距離內有較高的定位精度，但是隨著距離的增加，信號衰減不太明顯之后其定位精度顯著下降；后者則采用建立特定環境下RSSI指紋數據庫的辦法，然后在定位時將采集的接收功率數據P_R與該指紋數據庫相匹配進行定位，這種方法雖然定位精度比較有保障，但是對環境的應變性和適應性差。

基于Zigbee技術的定位通常采用RSSI定位算法，即根據電磁波傳輸的信號強度與傳輸距離存在指數衰減關系，通過測量信號強度來確定傳輸距離，進行定位。在近距離時，傳輸的信號強度衰減較快，傳輸距離對傳輸的信號強度的干擾不敏感，定位精度較高。在遠距離時，傳輸的信號強度衰減較慢，傳輸距離對傳輸的信號強度的干擾較為敏感，在受到干擾的影響下定位精度不能保證。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于ZigBee的井下人員定位方法，該基于ZigBee的井下人員定位方法定位精度高、定位范圍大。

發明的技術解決方案如下：

一種基于ZigBee的井下人員定位方案，在巷道內設置有多個基站，基站包括多個主基站和多個從基站，主基站與從基站間隔設置；主基站與定位目標采取問答式通信方式，多個定位目標采取時分復用方式與主基站或從基站基于ZigBee通信；

按照距離h₁將兩相鄰基站之間的區域分為近基站區域和遠基站區域，即定位目標與最近的基站的距離小于h₁時，表明定位目標處于近基站區域；否則定位目標處于遠基站區域；【距離h₁是由RSSI定位的性質決定，若距離h₁較遠，定位精度變差，在本發明實例中，h₁取10m】

當定位目標處于近基站區時，采用RSSI定位方法定位；

當定位目標處于遠基站區時，采用V-T定位方法定位。

所述的RSSI定位方法為：定位目標與最近的基站的距離其中P_R0是相對發射基站參考距離的接收功率，u為衰減系數；【參考距離d₀=1米，衰減系數u是通過在礦井巷道采集到的數據通過一元線性回歸的方法獲取】