[發明專利]物聯網架構下基于證人節點的礦井運動目標增強定位方法

有效

• 申請號: 201510037300.1
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104540101B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 胡青松;丁一珊;曹燦;楊剛;張申;吳立新
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;山西潞安環保能源開發股份有限公司
• 主分類號: H04W4/021
• 分類號: H04W4/021;G01S5/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種物聯網架構下基于證人節點的礦井運動目標增強定位方法，其特征是：該運動目標增強定位方法：運動目標在巷道中行進，現有井下定位系統對其進行定位，得到初始定位坐標點tp(i)；然后，將初始定位坐標點tp(i)投影到巷道中線上，得到投影點tp'(i)，利用物聯網管控平臺，搜索到投影點tp'(i)的距離在最大通信距離范圍內的感知節點；最后，將感知節點作為證人節點，通過證人節點增強定位方法對得到的初始定位坐標點進行修正，增強運動目標的定位精度；具體步驟如下：

(1)移動目標在巷道行進的過程中與井下定位系統進行通信，通過井下定位算法得到初始定位坐標點tp(i)；

(2)將初始定位坐標點tp(i)投影到巷道中線上，得到投影點tp'(i)；

(3)已知感知節點最大發射功率p_max，得到感知節點最大搜索半徑d_max；

(4)利用物聯網管控平臺，搜索到投影點的距離在最大通信距離范圍即最大搜索半徑d_max內的感知節點，并記錄感知節點個數n及感知節點坐標；

(5)將感知節點作為證人節點，通過證人節點增強定位方法對得到的初始定位坐標點進行修正，得到最終定位坐標點rp(i)。

2.根據權利要求1所述的物聯網架構下基于證人節點的礦井運動目標增強定位方法，其特征是：所述的證人節點增強定位方法步驟如下：

步驟1:判斷感知節點個數n滿足下列哪種條件；

(1)當n＝0時，在運動目標附近沒有證人節點，無法對初始定位坐標點tp(i)進行修正，不需要進行下面步驟的處理，直接輸出結果，tp(i)即為最終定位坐標點rp(i)；

(2)當n＞＝1時，步驟1分為下列兩種情況處理：

a.當n＝1時，在運動目標附近有一個證人節點，這時從物聯網管控平臺中取距離運動目標最近的基站作為另一個證人節點，兩個證人節點分別用sp_i(1)、sp_i(2)表示，其坐標分別為(x_i1,y_i1)、(x_i2,y_i2)；

b.當n＞＝2時，取距離tp'(i)最近的兩個感知節點作為證人節點，兩個證人節點分別用sp_i(1)、sp_i(2)表示，其坐標分別為(x_i1,y_i1)、(x_i2,y_i2)；

步驟2：計算投影點tp'(i)到證人節點sp_i(1)、sp_i(2)的距離分別對應為d_i(1)、d_i(2)；求出通過sp_i(1)、sp_i(2)的直線l₁：通過sp_i(1)平行于巷道中線的直線l₂，通過sp_i(2)且平行于巷道中線的直線l₃；設置運動目標定位精度范圍為r_o米；

步驟3：調整證人節點發射功率，確定以d_i(j)為半徑的搜索區域，對運動目標進行搜索，并根據是否能夠搜索到運動目標，分為2種情況概述：

情況1：證人節點在以d_i(j),j＝1,2為半徑的搜索區域內能夠搜索到運動目標時，調整發射功率，使得搜索半徑每次向內壓縮r_o米，即以(d_i(j)-count×r_o)為半徑對運動目標進行迭代搜索，直到證人節點第m次搜索不到運動目標或者滿足d_i(j)-m×r_o＜r_o條件為止；其中，count＝1,L,m；d_i(j)＞m×r_o；m為總迭代搜索次數；

a.證人節點第m次搜索不到運動目標時，運動目標在以sp_i(j)為圓心的同心圓環所組成的范圍內，即在①②圓環所組成的范圍內，此時滿足公式(1)：

R²＝(x-x_ij)²+(y-y_ij)² ① r²＝(x-x_ij)²+(y-y_ij)² ②

r²≤(x-x_ij)²+(y-y_ij)²≤R² (1)

其中，R＝d_i(j)-(m-1)×r_o，r＝d_i(j)-m×r_o；

b.滿足d_i(j)-m×r_o＜r_o條件時，說明運動目標在以sp_i(j)為圓心，(d_i(j)-m×r_o)為半徑的最小圓范圍內，此時滿足公式(2)：

(x-x_ij)²+(y-y_ij)²≤r² (2)

其中，r＝d_i(j)-m×r_o；

情況2：證人節點在以d_i(1)為半徑的搜索區域內不能搜索到運動目標時，調整發射功率，使得搜索半徑每次向外擴展r_o米，即以(d_i(j)+count×r_o)為半徑對運動目標進行迭代搜索，直到證人節點在第m次搜索到運動目標或者d_max范圍內搜索不到證人節點為止；其中，count＝1,L,m；(d_i(j)+m×r_o)＜d_max；m為總迭代搜索次數；

a.當證人節點第m次搜索到運動目標時，運動目標在以sp_i(j)為圓心的同心圓環所組成的范圍內，即在③④圓環所組成的范圍內，此時滿足公式(3)：

R'²＝(x-x_ij)²+(y-y_ij)² ③ r'²＝(x-x_ij)²+(y-y_ij)² ④

r'²≤(x-x_ij)²+(y-y_ij)²≤R'² (3)

其中，R'＝d_i(j)+m×r_o，r'＝d_i(j)+(m-1)×r_o；

b.d_max范圍內搜索不到證人節點時，說明運動目標在最大擴展范圍內搜索不到運動目標，此時滿足公式(4)：

(d_i(j)+m×r_o)＞d_max (4)

步驟4：基于兩個證人節點對初始定位點進行tp(i)修正

對sp_i(1)，sp_i(2)進行迭代搜索后，針對步驟3分析sp_i(1)，sp_i(2)所屬類型并修正初始定位點；

(1)sp_i(1)，sp_i(2)同屬于情況2中的b類時，證人節點不能發揮作用，tp(i)即為最終定位坐標點rp(i)；

(2)sp_i(1)、sp_i(2)中有一個屬于情況1中的a類，一個屬于情況2中的b類時，只有一個證人節點能夠搜索到目標節點而真正起到“證人”的作用，當運動目標在以sp_i(1)為圓心的雙圓環內，以sp_i(2)為圓心，以d_max為半徑的圓外時，如果有一側交叉區域，可以確定運動目標的區域范圍，直線l₂與運動目標所在區域邊界有兩個交點，計算兩個交點的中點rp'(i)；否則存在兩個交叉區域，此時選擇距離定位初值較近的一個陰影區域作為運動目標所在的區域，并用同樣方法得到rp'(i)；

當運動目標在以sp_i(2)為圓心的雙圓環內，以sp_i(1)為圓心，以d_max為半徑的圓外時，同理可求rp'(i)；

(3)非上述情況時，運動目標在以sp_i(1)，sp_i(2)為圓心的相交區域內，直線l₁與相交區域邊界有兩個交點，計算兩個交點的中點rp'(i)，如果sp_i(1)，sp_i(2)的搜索結果區域不存在交叉，則取左邊證人節點的右邊結果圓環區域的內圓弧、右邊證人節點的左邊結果圓環的內圓弧，l₁與這兩個圓弧各有一個交點，計算兩個交點的中點rp'(i)；

步驟5：將rp'(i)投影到巷道中線上，中線投影點即為最終定位坐標點rp(i)。