專利名稱:一種基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦井定位系統(tǒng)及其定位方法，具體涉及一種把接收信號(hào)強(qiáng)度值 (RSSI，Received Signal Strength Indicator)與多元線性回歸方案相結(jié)合的，具有定位精度高、工作可靠、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)及其定位方法。
背景技術(shù)：
目前，各類礦難時(shí)有發(fā)生，不僅造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，還直接威脅著礦工的生命安全。市場上現(xiàn)有的礦井監(jiān)測系統(tǒng)大多是基于有線設(shè)備的，一旦發(fā)生爆炸和坍塌，大部分線路會(huì)被損壞，所以監(jiān)測系統(tǒng)在事故發(fā)生后就無法正常工作。近些年，基于 Zigbee (IEEE802. 15.4)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用，它的自組織、抗毀性等特點(diǎn)正可以彌補(bǔ)現(xiàn)有礦井監(jiān)測系統(tǒng)的缺點(diǎn)，即使在發(fā)生各種礦難后，井下的信息仍然可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，為營救工作的開展提供有用的信息。
公開號(hào)為CN 101369944A的發(fā)明專利公開了一種基于ZigBee和RFID的礦井安全無線定位系統(tǒng)及其布設(shè)方法，該系統(tǒng)使用ZigBee節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)路由，但使用RFID技術(shù)來采集人的位置，這種方法只能判斷某位工人是否進(jìn)入了某個(gè)RFID標(biāo)簽輻射到的范圍，無法在整個(gè)巷道中精確定位。由于這種定位方法的定位誤差極大，所以它只能用于工人的考勤系統(tǒng)，而無法應(yīng)用于礦難后的救援。
礦井檢測系統(tǒng)要求能準(zhǔn)確地、實(shí)時(shí)地得到井下人員的位置信息。有些定位系統(tǒng)提出使用GPS定位的方案，但井下的巷道一般位于地表500-1000米以下，GPS信號(hào)很難到達(dá)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也有一些傳統(tǒng)的定位方法，例如DV-Hop，APIT，質(zhì)心方法等，大都是基于節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不適合礦井巷道這種狹長的地帶。并且這些定位方法的誤差大都在無線射程的20%左右，在這種誤差下的定位信息也是無法用于礦難后救援的。在一些基于測量(Range-Based)的方法中，它們大都從理論上推導(dǎo)出來，并假設(shè)節(jié)點(diǎn)間的距離已經(jīng)得知，然后根據(jù)這些距離值仿真出定位方法的結(jié)果，但是在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用環(huán)境中，兩節(jié)點(diǎn)間的距離往往很難精確計(jì)算出來。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種把接收信號(hào)強(qiáng)度值 (RSSI，Received Signal Strength Indicator)與多元線性回歸方案相結(jié)合的，具有定位精度高、工作可靠、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)及其定位方法。
技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)，包括錨節(jié)點(diǎn)模塊、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模塊、定位公式參數(shù)計(jì)算模塊、RSSI值濾波模塊和RSSI值定位模塊，所述錨節(jié)點(diǎn)模塊包括一組錨節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)等間隔的布置于礦井巷道中；所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模塊包括佩戴在礦工或車輛之上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽錨節(jié)點(diǎn)的廣播信息，從中提取接收信號(hào)強(qiáng)度值RSSI和錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并保存到內(nèi)存鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；所述定位公式參數(shù)計(jì)算模塊統(tǒng)計(jì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在巷道中的位置坐標(biāo)、在此位置坐標(biāo)上接收到的RSSI值和該RSSI對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并代入數(shù)據(jù)分析工具，使用多元線性回歸的方法計(jì)算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)實(shí)際位置與錨節(jié)點(diǎn)廣播信息的關(guān)系公式，即回歸方程和方程中各參數(shù)值；所述RSSI值濾波模塊定時(shí)對(duì)鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的值進(jìn)行濾波處理；所述RSSI值定位模塊是在濾波處理完成后根據(jù)定位公式和參數(shù)值求出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。
該基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟
①將錨節(jié)點(diǎn)等間隔的布置于礦井巷道之中，錨節(jié)點(diǎn)廣播自己的ID號(hào)和坐標(biāo)信息； 將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)佩戴在礦工和車輛之上，所有傳感器節(jié)點(diǎn)在布置完成并打開電源后自組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；
②移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在巷道中若干處采集位置坐標(biāo)、在此位置坐標(biāo)上接收到的RSSI值和該RSSI對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，定位公式參數(shù)計(jì)算模塊把采集到的數(shù)據(jù)代入到數(shù)據(jù)分析工具中，通過多元線性回歸的方法計(jì)算得出錨節(jié)點(diǎn)RSSI值與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)實(shí)際位置的關(guān)系公式，即回歸方程(7)和公式中各參數(shù)值
權(quán)利要求
1.一種基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)，其特征在于包括錨節(jié)點(diǎn)模塊、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模塊、定位公式參數(shù)計(jì)算模塊、RSSI值濾波模塊和RSSI值定位模塊，所述錨節(jié)點(diǎn)模塊包括一組錨節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)等間隔的布置于礦井巷道中；所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模塊包括佩戴在礦工或車輛之上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽錨節(jié)點(diǎn)的廣播信息，從中提取接收信號(hào)強(qiáng)度值RSSI和錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并保存到內(nèi)存鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；所述定位公式參數(shù)計(jì)算模塊統(tǒng)計(jì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在巷道中的位置坐標(biāo)、在此位置坐標(biāo)上接收到的RSSI值和該RSSI對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并代入數(shù)據(jù)分析工具，使用多元線性回歸的方法計(jì)算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)實(shí)際位置與錨節(jié)點(diǎn)廣播信息的關(guān)系公式，即回歸方程和方程中各參數(shù)值；所述RSSI值濾波模塊定時(shí)對(duì)鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的值進(jìn)行濾波處理；所述RSSI值定位模塊是在濾波處理完成后根據(jù)定位公式和參數(shù)值求出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。
2.—種權(quán)利要求
1所述的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于包括以下步驟①將錨節(jié)點(diǎn)等間隔的布置于礦井巷道之中，錨節(jié)點(diǎn)廣播自己的ID號(hào)和坐標(biāo)信息；將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)佩戴在礦工和車輛之上，所有傳感器節(jié)點(diǎn)在布置完成并打開電源后自組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；②移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在巷道中若干處采集位置坐標(biāo)、在此位置坐標(biāo)上接收到的RSSI值和該 RSSI對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，定位公式參數(shù)計(jì)算模塊把采集到的數(shù)據(jù)代入到數(shù)據(jù)分析工具中， 通過多元線性回歸的方法計(jì)算得出錨節(jié)點(diǎn)RSSI值與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)實(shí)際位置的關(guān)系公式，即回歸方程(7)和公式中各參數(shù)值
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于所述錨節(jié)點(diǎn)廣播的ID號(hào)和坐標(biāo)信息只有一跳的生存周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于所述步驟④中，定時(shí)時(shí)間為5秒，5秒定時(shí)未到時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)始終監(jiān)聽錨節(jié)點(diǎn)廣播信息并把RSSI值和錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)保存到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存中，5秒定時(shí)到達(dá)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和定位計(jì)笪弁。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于所述內(nèi)存鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)保持的鏈表的頭IistHead和該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)聽到的所有錨節(jié)點(diǎn)anchorl到anchorN，N代表錨節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；每一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)包含五個(gè)屬性，即該錨節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)anchorNum、錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)anchorPos、指向下一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的指針 NextAnchor、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到該錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值NextValue、濾波處理后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)該錨節(jié)點(diǎn)的 RSSI 值 AverageRSSI。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到該錨節(jié)點(diǎn)的RSSI值NextValue包括兩個(gè)屬性，即接收到該錨節(jié)點(diǎn)的一個(gè)RSSI值value、該錨節(jié)點(diǎn)收到的下一個(gè)RSSI值的指針NextValue，如果沒有下一個(gè)值，該指針NextValue的值為NULL。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種基于多元線性回歸的礦井定位系統(tǒng)及其定位方法，定位系統(tǒng)包括錨節(jié)點(diǎn)模塊、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模塊、定位公式參數(shù)計(jì)算模塊、RSSI值濾波模塊和RSSI值定位模塊，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采集錨節(jié)點(diǎn)廣播信息的RSSI值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析并得到定位公式和參數(shù)；在系統(tǒng)正常工作中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在一定周期時(shí)間內(nèi)捕獲多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)廣播信息的RSSI值，周期時(shí)間到則將所有RSSI值代入濾波模塊中濾除可信度較低的數(shù)據(jù)，最后使用回歸方程和參數(shù)計(jì)算自己的位置并通過錨節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)一直傳送到井上監(jiān)控中心。本發(fā)明計(jì)算過程簡單、定位精度高，可為安全監(jiān)控系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)、精確的井下人員信息，也可為事故后的搜救工作提供準(zhǔn)確的目標(biāo)地點(diǎn)，為及時(shí)搶救人員生命提供可靠保障。
文檔編號(hào)H04W24/00GKCN101754247 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200910264854
公開日2012年5月23日 申請日期2009年12月24日
發(fā)明者嚴(yán)翠平, 徐本連, 李班化, 王小英, 王雷, 蔡兵, 陳英革 申請人:常熟理工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3), 非專利引用 (1),