[發(fā)明專利]基于藍(lán)牙測距的地下礦井校正定位方法

在審

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• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112051545A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程森林;武雅迪;楊金玉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14;E21F17/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及基于藍(lán)牙測距的地下礦井校正定位方法，屬于測距技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：S1：RSSI數(shù)據(jù)二次濾波處理；S2：基于滑動窗口的分段路徑損耗模型的建立；S3：三角形質(zhì)心定位交點(diǎn)的確定；S4：融入藍(lán)牙位置信息加以優(yōu)化。針對對數(shù)路徑損耗模型隨著距離的增加無法準(zhǔn)確地?cái)M合距離與之間的關(guān)系，本發(fā)明提出基于滑動窗口的分段路徑損耗模型，以降低由信道傳播模型帶來的誤差。根據(jù)礦井環(huán)境的特殊性，本發(fā)明提出融入藍(lán)牙位置信息，對三角形質(zhì)心定位交點(diǎn)進(jìn)行修正，進(jìn)一步提高定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測距技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于藍(lán)牙測距的地下礦井校正定位方法。

背景技術(shù)

近年來礦井安全事故時有發(fā)生，為了安全高效的開采礦井，同時保證工作人員的安全，以及對井下被困人員實(shí)施有效救援，在礦井環(huán)境下的精確定位已成為關(guān)鍵技術(shù)熱點(diǎn)。目前室內(nèi)定位技術(shù)主要分為2類：第一類為基于外置信源的室內(nèi)定位技術(shù)，這類技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于外置信源，主要包括超聲波、WiFi、藍(lán)牙、超寬帶等；第二類為基于天然信源的室內(nèi)定位技術(shù)，這類技術(shù)僅依靠終端的傳感器，包括慣性導(dǎo)航、地磁等。其中藍(lán)牙技術(shù)憑借其低功耗、低成本、易部署等優(yōu)點(diǎn)，在礦井環(huán)境定位中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

在實(shí)際環(huán)境中采用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行定位時，由于藍(lán)牙信號在傳播的過程中易受多徑效應(yīng)和環(huán)境噪聲的影響，導(dǎo)致整體定位精度不高，因此在定位之前需對RSSI采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，本發(fā)明采用二次濾波對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以降低采樣數(shù)據(jù)的波動性和誤差。

目前無線信號傳輸中最常見的理論模型是對數(shù)路徑損耗模型，但當(dāng)信號傳播距離增加時，誤差及不確定性也隨之增加，難以建立一個符合實(shí)際應(yīng)用的信號傳播模型。基于此，本發(fā)明提出了基于滑動窗口的分段路徑損耗模型，更加準(zhǔn)確地描述信號傳播情況。

三角形定位算法是RSSI測距定位算法中常用的定位算法之一，傳統(tǒng)的加權(quán)三角形質(zhì)心定位算法在權(quán)值的選取上存在著一定的問題，無法準(zhǔn)確地反映不同的藍(lán)牙信標(biāo)對未知節(jié)點(diǎn)的影響，為了更好的凸顯較近藍(lán)牙信標(biāo)的作用，本發(fā)明對權(quán)重系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。與此同時，利用礦井環(huán)境的特殊性，提出加入藍(lán)牙位置信息，在三角形質(zhì)心定位交點(diǎn)確定前增加一步篩選步驟，從而再一次減小因干擾帶來的定位不準(zhǔn)確問題。

基于此，研究藍(lán)牙定位技術(shù)在走廊型礦井環(huán)境中的應(yīng)用，針對礦井巷道狹長的特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于藍(lán)牙位置信息的RSSII校正定位改進(jìn)算法，該算法在定位過程中實(shí)施多重優(yōu)化，可以有效地提高定位準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，對礦井下定位具有研究和實(shí)際應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供基于藍(lán)牙測距的地下礦井校正定位方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

基于藍(lán)牙測距的地下礦井校正定位方法，該方法包括以下步驟：

S1：RSSI數(shù)據(jù)二次濾波處理；

S2：基于滑動窗口的分段路徑損耗模型的建立；

S3：三角形質(zhì)心定位交點(diǎn)的確定；

S4：融入藍(lán)牙位置信息加以優(yōu)化。

可選的，所述S1具體為：

在藍(lán)牙定位之前對RS5I采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行二次濾波處理：采用高斯濾波作為初次濾波，剔除數(shù)據(jù)中的粗大誤差；選用卡爾曼濾波作為二次濾波，減少測量過程中隨機(jī)誤差對定位的影響。

隨機(jī)在某點(diǎn)連續(xù)采集150次藍(lán)牙信號強(qiáng)度值，使用分別使用高斯濾波、卡爾曼濾波和二次濾波對RSSI采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

可選的，所述S2具體為：

當(dāng)RSSI測距原理是根據(jù)藍(lán)牙終端接收到的RSSI值和無線信號在空間中的傳播模型，計(jì)算出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)到藍(lán)牙信標(biāo)的距離，Shadowing模型，即對數(shù)路徑損耗模型如式(1)所示。