[發明專利]一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法

有效

• 申請號: 201711431524.6
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108174442B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 羅成名;辛改芳;蔡昌春;倪建軍;范新南;張學武
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18;G01N19/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;俞翠華

1.一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)基于定位精度圖進行水下錨節點優化部署并標定其初始坐標，來構建用于構筑物裂縫定位的水下傳感網；

(2)建立水下無線定位子空間內固定節點間無線信號-距離數據庫，來確定水下無線測距誤差補償系數；

(3)基于標定的水下錨節點坐標、節點距離、水下無線測距誤差補償系數和權重系數獲得水下機器人的實時位置；

所述步驟(1)具體包括以下步驟：

(1.1)水下錨節點部署策略影響水下機器人的定位精度，將水下錨節點部署在定位精度圖中定位精度高的區域，三維坐標表示為a＝[a₁,a₂,…,a_n]'，其中a_i＝[x_i,y_i,z_i]'，以由節點覆蓋引起的定位誤差min||[err(loc₁) err(loc₂) err(loc_i) err(loc_t)]||最小為目標，對水下錨節點坐標進行標定，將引起誤差最小的坐標值賦值給水下錨節點坐標a，獲得標定的水下錨節點坐標，其基準坐標補償值為Δa＝[Δa₁,Δa₂,…,Δa_n]'，其中Δa_i＝[Δx_i,Δy_i,Δz_i]'，得到用于構筑物裂縫定位的水下傳感網絡；

(1.2)在水下機器人機身上安裝水下移動節點，其三維坐標表示為m＝[x,y,z]'，通過對水下錨節點與水下移動節點間的無線信號解算，確定水下移動節點的位置，可映射為水下構筑物裂縫的位置；

(1.3)水下錨節點與水下移動節點之間無線到達時間信號值p＝[sig₁,sig₂,…,sig_m]，乘以水下信號傳播速度v_w，得到水下移動節點和水下錨節點之間的距離，解算得到水下機器人對應位置下共有t條水下構筑物裂縫，其位置向量表達式為其中

所述步驟(2)具體包括以下步驟：

(2.1)基于l個固定無線節點幾何距離測試水下錨節點與水下移動節點間l個固定距離下無線到達時間信號值進行固定水下錨節點與水下移動節點間無線測距，與水下信號傳播速度v_w相乘得到無線節點間的比對距離建立固定無線節點距離d_fix與經無線信號解算得到測試無線節點距離間的無線測距數據庫

(2.2)水下機器人進行裂縫定位時無線節點具有有限的通信半徑，將水下移動節點通信半徑內的水下錨節點構成定位子空間spa_i，水下錨節點{a_i+1,a_i+2,…,a_i+s}與水下移動節點m進行通信，水下移動節點m接收到s個無線信號p(spa_i)＝[sig(a_i+1),sig(a_i+2),…,sig(a_i+s)]，基于無線測距數據庫確定無線信號p(spa_i)對應的節點間比對距離對無線信號進行解算得到節點間實際距離根據比對距離與實際距離計算測距誤差補償系數

所述步驟(3)包括：

(3.1)根據水下錨節點坐標{a_i+1,a_i+2,…,a_i+s}，錨節點基準坐標補償值{Δa_i+1,Δa_i+2,…,Δa_i+s}，以及水下移動節點坐標m＝[x,y,z]'，結合無線信號解算得到的節點間距離和水下無線測距誤差補償系數建立定位解算方程：

所述步驟(3)還包括：

(3.2)在定位解算時根據測距誤差補償系數確定不同水下錨節點的信任權重，測距誤差補償系數小分配較大的權重，而測距誤差補償系數大分配較小的權重，因此將測距誤差補償系數倒數作為權重系數結合權重系數和定位解算方程可以得到水下機器人的位置loc＝[loc₁,loc₂,…,loc_t]'。

2.根據權利要求1所述的一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法，其特征在于：所述步驟(1)中采用克拉美羅法繪制水下傳感網絡定位精度圖。