[發明專利]一種基于無線傳感網絡的礦山井下定位系統

在審

• 申請號: 201610068403.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105682220A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 高立兵;蒲濟林;劉瑜;蘇軍德;張峰儒;周建基
• 申請（專利權）人: 甘肅有色冶金職業技術學院
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及無線定位技術領域，特別涉及一種基于無線傳感網絡的礦山井下定位系統。

背景技術

隨著我國經濟的轉型跨越發展，對安全生產提出更高的要求，特別是對高危環境下工作人員的安全管理已成為刻不容緩的任務，井下定位系統的研究與開發正逐漸成為時代的迫切要求。

在基于無線傳感網絡的井下定位過程中，事件所發生的地理位置往往是需要第一掌握的關鍵信息，如果不能及時的獲得事件的位置信息，監測中所獲得的信息往往是沒有任何意義的，人們也不能對其作出相應的處理。由此可見，定位技術在無線傳感器網絡中起到至關重要的作用，定位的準確與否直接影響到無線傳感器網絡工作的有效性和可靠性。

無線傳感器網絡受到多種條件限制，如節點成本嚴格、功耗低、體積小、分布范圍大、環境復雜和自身通訊距離短等多種條件限制，因此，我們只能通過很少的已知位置的節點信息，按照一定的定位算法與定位機制，經過相應的數學模型進行計算來估計未知節點的位置信息、

目前使用較多的定位算法為RSSI定位算法，該算法具有實現簡單、經濟性好、設備體積小、功耗低、收斂速度快等優點，這些優點尤其對于危險的礦井下應用具有重要的意義，使其能較好的應用于井下。但RSSI定位算法中，無線信號的傳播較容易受到環境影響，導致產生誤差。

礦井下環境復雜，導致無線傳感器網絡的傳播性和傳播方式都復雜的多，井下巷道和工作面都是封閉的狹窄空間，巷道長度、高度、寬度、形狀均存在不一致性，因此可以認為井下無線信號的傳播是在不規則的、受約束的空間中進行的。由于巷道空間長而窄，無線電信號在傳輸過程中，除了直射波外，還會因巷道頂板、地面和兩側壁產生多次反射、折射和饒射，導致最后接收到的信號并非是通過單一路徑傳來的直射波或反射波，而是多路徑來的合成波。此外，巷道內不斷活動的人員和機動車輛，都可以不可預知的干擾信號強度的變化。最后，井下巷道中的空氣濕度大、氣味弄，會造成無線信號的衰減。以上因素均會對RSSI定位算法的準確性到來影響，從而產生較大誤差。

發明內容

本發明的目的就是克服現有技術的不足，提供一種基于無線傳感網絡的礦山井下定位系統，給出了基于最小二乘法對RSSI測距環境參數進行修正的方法，目的是消除各種干擾對測量數據的影響，以提高RSSI測距在礦井環境中使用的精度。

本發明一種基于無線傳感網絡的礦山井下定位系統，包括定位系統服務器、總線、定位基站、移動無線定位機；

所述移動無線定位機與定位基站無線連接，多個所述定位基站組成定位基站網路，所述定位基站網絡與總線連接，所述總線通過傳輸接口與所述定位系統服務器連接；

所述無線定位機的定位算法為采用最小二乘法對RSSI測距環境參數進行修正，具體包括以下步驟：

步驟一、采集參考節點i到接收端節點的距離值X_i、接收端節點接收到的參考節點i發出的RSSI信號強度值Y_i，其中i＝1…..n，n大于4；

步驟二、按照以下公式計算RSSI測距環境參數修正值a、b；

步驟三、移動節點到接收端節點的距離按以下公式求得：

Y＝a+bX

其中：a、b為步驟二中計算得到的RSSI測距環境參數修正值，Y為接收端節點接收到的移動節點發出的RSSI信號強度值，X為移動節點到接收端節點的距離值。

進一步的，所述定位系統服務器包括井下人員動態顯示單元、車輛及設備管理單元、人員軌跡查詢單元、禁區報警單元、災后急救信息顯示單元、連續檢測攜卡人員單元、精確定位單元、呼救告急顯示單元、廣播單元中的任一種或幾種或全部。

進一步的，所述總線為485總線網絡。

進一步的，所述定位基站包括微處理器AVR、ZigBee芯片AVR5375、RS232與RS485轉換芯片MAX3485E。

進一步的，移動無線定位機包括微處理器MCS08、ZigBee芯片MC13192、報警按鈕、報警指示燈、蜂鳴器、供電電池。

進一步的，所述移動無線定位機由井下人員攜帶，所述定位基站安裝在巷道側壁上。

本發明的有益效果為：使用最小二乘法對RSSI測距環境參數進行修正，消除各種干擾對測量數據的影響，提高測距的精度；有效彌補傳統網絡攝像監控系統存在盲區的不足，定位節點集成度高、定位精度高、功耗小、時延短、網絡容量大、造價低、適于推廣應用。

附圖說明