[發(fā)明專利]一種基于井下環(huán)境的Zigbee差分精確定位算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810247104.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN108445448A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆冬梅;鐘輝;李紅梅;吳旗;費(fèi)付喜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/06
• 分類號(hào): G01S5/06;G01S11/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 朱世林;胡景陽

一種基于井下環(huán)境的ZigBee差分精確定位方法，屬于設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及管理領(lǐng)域，其突出特點(diǎn)是本系統(tǒng)采用差分精確定位算法進(jìn)行井下礦工移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位，其原理是通過參考節(jié)點(diǎn)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三邊定位，并且在三邊定位過程中引入差分變量進(jìn)行修正，從而消除Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備故有誤差，達(dá)到對(duì)井下礦工立體管理，保障安全的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及管理領(lǐng)域，其突出特點(diǎn)是本系統(tǒng)采用差分精確定位算法進(jìn) 行井下礦工移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位，其原理是通過參考節(jié)點(diǎn)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三邊定位，并且在三邊 定位過程中引入差分變量進(jìn)行修正，從而消除Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備故有誤差，達(dá)到對(duì) 井下礦工立體管理，保障安全的作用。

背景技術(shù)

礦井事故的頻繁發(fā)生暴露出目前礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弊端：有線通信方式靈活性差，布線 不便，成本高，覆蓋性不足，信息不完全，且不能及時(shí)提供井下環(huán)境信息與工作人員的位 置信息等，一旦事故發(fā)生，很難展開救援。傳統(tǒng)井下定位系統(tǒng)往往不能提供精確井下位置 信息，因此，一旦井下發(fā)生危險(xiǎn)情況，無法對(duì)井下礦工進(jìn)行有效疏導(dǎo)以及無法將井下情況 及時(shí)反饋給礦上管理人員，造成事故發(fā)現(xiàn)和處理遲緩。因此，我們研究的低維護(hù)費(fèi)用，基于井下環(huán)境的Zigbee差分精確定位算法具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

在井下安裝布置參考節(jié)點(diǎn)，集成在礦工安全帽上的Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)差 分精確定位，使礦上管理人員掌握所有礦工的位置信息。

一種基于井下環(huán)境的ZigBee差分精確定位方法，至少包含以下步驟：

步驟一：在井下設(shè)置參考節(jié)點(diǎn)；

步驟二：選取場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的距離曲線；

步驟三：判斷接收到的信號(hào)是否大于等于3個(gè)；

如果等于3個(gè)，采用三邊定位算法，進(jìn)行差分計(jì)算修正，獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

如果大于3個(gè)，則選取最強(qiáng)的4個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，共4種組合，采用三邊定位算法獲得4個(gè)坐標(biāo)，進(jìn)行差分計(jì)算修正，取4個(gè)坐標(biāo)的重心，獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

如果小于3個(gè)，則重新判斷。

所述三邊定位算法為

利用RSSI進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)距，選用以下模型：

RSSI＝-(10nlog₁₀d+A) (1)

其中，射頻參數(shù)A被定義為用dBm表示的發(fā)射節(jié)點(diǎn)1m處的接受信號(hào)強(qiáng)度；n為信號(hào)傳輸常數(shù)，與信號(hào)的傳輸環(huán)境有關(guān)；d為距發(fā)射節(jié)點(diǎn)的距離。

根據(jù)三邊定位算法將距離換算成位置坐標(biāo)，完成差分定位；公式如下：

如果方程(3)有解，判斷其中哪個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的距離近，選取該點(diǎn)作為點(diǎn)D；

如果方程(4)有解，判斷其中哪個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的距離近，選取該點(diǎn)作為點(diǎn)F；

如果方程(5)有解，則判斷其中哪個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的距離近，選取該點(diǎn)作為點(diǎn)E；

三角形DEF的重心就是我們所需要定位的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置；

如果其中方程(3)無解，則連接兩圓圓心，和圓相交兩點(diǎn)的中心就是點(diǎn)D；

對(duì)于方程(4)、(5)無解的情況下，可采用相同方式來得到點(diǎn)E、F的坐標(biāo)。

所述的RSSI值在實(shí)際應(yīng)用中有跳變隨機(jī)誤差，因此需要對(duì)上述模型進(jìn)行優(yōu)化，引入 一個(gè)變量σ作為RSSI跳變誤差，則(1)式變?yōu)?/p>

RSSI＝-(10nlog₁₀d+A)+σ (2)