一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统技术方案

本发明专利技术涉及无线定位技术领域，提供了一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统，包括定位系统服务器、总线、定位基站、移动无线定位机；移动无线定位机与定位基站无线连接，多个定位基站组成定位基站网路，定位基站网络与总线连接，总线通过传输接口与定位系统服务器连接；移动无线定位机的定位算法为采用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正。本发明专利技术的有益效果为：使用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正，消除各种干扰对测量数据的影响，提高测距的精度；有效弥补传统网络摄像监控系统存在盲区的不足，定位节点集成度高、定位精度高、功耗小、时延短、网络容量大、造价低、适于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线定位
，特别涉及一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统。
技术介绍
随着我国经济的转型跨越发展，对安全生产提出更高的要求，特别是对高危环境下工作人员的安全管理已成为刻不容缓的任务，井下定位系统的研究与开发正逐渐成为时代的迫切要求。在基于无线传感网络的井下定位过程中，事件所发生的地理位置往往是需要第一掌握的关键信息，如果不能及时的获得事件的位置信息，监测中所获得的信息往往是没有任何意义的，人们也不能对其作出相应的处理。由此可见，定位技术在无线传感器网络中起到至关重要的作用，定位的准确与否直接影响到无线传感器网络工作的有效性和可靠性。无线传感器网络受到多种条件限制，如节点成本严格、功耗低、体积小、分布范围大、环境复杂和自身通讯距离短等多种条件限制，因此，我们只能通过很少的已知位置的节点信息，按照一定的定位算法与定位机制，经过相应的数学模型进行计算来估计未知节点的位置信息、目前使用较多的定位算法为RSSI定位算法，该算法具有实现简单、经济性好、设备体积小、功耗低、收敛速度快等优点，这些优点尤其对于危险的矿井下应用具有重要的意义，使其能较好的应用于井下。但RSSI定位算法中，无线信号的传播较容易受到环境影响，导致产生误差。矿井下环境复杂，导致无线传感器网络的传播性和传播方式都复杂的多，井下巷道和工作面都是封闭的狭窄空间，巷道长度、高度、宽度、形状均存在不一致性，因此可以认为井下无线信号的传播是在不规则的、受约束的空间中进行的。由于巷道空间长而窄，无线电信号在传输过程中，除了直射波外，还会因巷道顶板、地面和两侧壁产生多次反射、折射和饶射，导致最后接收到的信号并非是通过单一路径传来的直射波或反射波，而是多路径来的合成波。此外，巷道内不断活动的人员和机动车辆，都可以不可预知的干扰信号强度的变化。最后，井下巷道中的空气湿度大、气味弄，会造成无线信号的衰减。以上因素均会对RSSI定位算法的准确性到来影响，从而产生较大误差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统，给出了基于最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正的方法，目的是消除各种干扰对测量数据的影响，以提高RSSI测距在矿井环境中使用的精度。本专利技术一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统，包括定位系统服务器、总线、定位基站、移动无线定位机；所述移动无线定位机与定位基站无线连接，多个所述定位基站组成定位基站网路，所述定位基站网络与总线连接，所述总线通过传输接口与所述定位系统服务器连接；所述无线定位机的定位算法为采用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正，具体包括以下步骤：步骤一、采集参考节点i到接收端节点的距离值Xi、接收端节点接收到的参考节点i发出的RSSI信号强度值Yi，其中i＝1…..n，n大于4；步骤二、按照以下公式计算RSSI测距环境参数修正值a、b；步骤三、移动节点到接收端节点的距离按以下公式求得：Y＝a+bX其中：a、b为步骤二中计算得到的RSSI测距环境参数修正值，Y为接收端节点接收到的移动节点发出的RSSI信号强度值，X为移动节点到接收端节点的距离值。进一步的，所述定位系统服务器包括井下人员动态显示单元、车辆及设备管理单元、人员轨迹查询单元、禁区报警单元、灾后急救信息显示单元、连续检测携卡人员单元、精确定位单元、呼救告急显示单元、广播单元中的任一种或几种或全部。进一步的，所述总线为485总线网络。进一步的，所述定位基站包括微处理器AVR、ZigBee芯片AVR5375、RS232与RS485转换芯片MAX3485E。进一步的，移动无线定位机包括微处理器MCS08、ZigBee芯片MC13192、报警按钮、报警指示灯、蜂鸣器、供电电池。进一步的，所述移动无线定位机由井下人员携带，所述定位基站安装在巷道侧壁上。本专利技术的有益效果为：使用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正，消除各种干扰对测量数据的影响，提高测距的精度；有效弥补传统网络摄像监控系统存在盲区的不足，定位节点集成度高、定位精度高、功耗小、时延短、网络容量大、造价低、适于推广应用。附图说明图1所示为本专利技术实施例一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统结构示意图。图2所示为定位基站结构示意图。图3所示为移动无线定位机结构示意图。图4所示为修正前与修正后的估算距离与实际距离关系图。图5所示为修正前与修正后的估算距离与实际距离误差关系图。图中：1-定位系统服务器、2-总线、3-定位基站、4-移动无线定位机。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。如图1所示，本专利技术实施例一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统，包括定位系统服务器1、总线2、定位基站3、移动无线定位机4；所述移动无线定位机4与定位基站3无线连接，多个所述定位基站3组成定位基站网路，所述定位基站网络与总线2连接，所述总线2通过传输接口与所述定位系统服务器1连接；所述无线定位机4的定位算法为采用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正，具体包括以下步骤：步骤一、采集参考节点i到接收端节点的距离值Xi、接收端节点接收到的参考节点i发出的RSSI信号强度值Yi，其中i＝1…..n，n大于4；步骤二、按照以下公式计算RSSI测距环境参数修正值a、b；步骤三、移动节点到接收端节点的距离按以下公式求得：Y＝a+bX其中：a、b为步骤二中计算得到的RSSI测距环境参数修正值，Y为接收端节点接收到的移动节点发出的RSSI信号强度值，X为移动节点到接收端节点的距离值。优选的，所述定位系统服务器1包括井下人员动态显示单元、车辆及设备管理单元、人员轨迹查询单元、禁区报警单元、灾后急救信息显示单元、连续检测携卡人员单元、精确定位单元、呼救告急显示单元、广播单元中的任一种或几种或全部。优选的，所述总线2为485总线网络。如图2所示，优选的，所述定位基站3包括微处理器AVR、ZigBee芯片AVR5375、RS232与RS485转换芯片MAX3485E。如图3所示，优选的，移动无线定位机4包括微处理器MCS08、ZigBee芯片MC13192、报警按钮、报警指示灯、蜂鸣器、供电电池。优选的，所述移动无线定位机4由井下人员携带，所述定位基站3安装在巷道侧壁上。无线电信号在传播时，随着两个节点间的距离增大，其RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)值会逐渐减小。利用RSSI值的这个特点，使用RSSI测距时，由移动节点发射一个已知强度的信号，由于信号在传播的途中会有损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统，其特征在于，包括定位系统服务器、总线、定位基站、移动无线定位机；所述移动无线定位机与定位基站无线连接，多个所述定位基站组成定位基站网路，所述定位基站网络与总线连接，所述总线通过传输接口与所述定位系统服务器连接；所述无线定位机的定位算法为采用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正，具体包括以下步骤：步骤一、采集参考节点i到接收端节点的距离值Xi、接收端节点接收到的参考节点i发出的RSSI信号强度值Yi，其中i＝1…..n，n大于4；步骤二、按照以下公式计算RSSI测距环境参数修正值a、b；a=(Σi=1nyi)(Σi=1nxi)-(Σi=1nxi)(Σi=1nxiyi)nΣi=1n(xi)2-(Σi=1nxi)2b=n(Σi=1nxiyi)-(Σi=1nxi)(Σi=1nyi)nΣi=1n(xi)2-(Σi=1nxi)2]]>步骤三、移动节点到接收端节点的距离按以下公式求得：Y＝a+bX，其中：a、b为步骤二中计算得到的RSSI测距环境参数修正值，Y为接收端节点接收到的移动节点发出的RSSI信号强度值，X为移动节点到接收端节点的距离值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统，其特征在于，包括定位系统服务器、总
线、定位基站、移动无线定位机；
所述移动无线定位机与定位基站无线连接，多个所述定位基站组成定位基站网路，所述
定位基站网络与总线连接，所述总线通过传输接口与所述定位系统服务器连接；
所述无线定位机的定位算法为采用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行修正，具体包括
以下步骤：
步骤一、采集参考节点i到接收端节点的距离值Xi、接收端节点接收到的参考节点i发
出的RSSI信号强度值Yi，其中i＝1…..n，n大于4；
步骤二、按照以下公式计算RSSI测距环境参数修正值a、b；
a=(Σi=1nyi)(Σi=1nxi)-(Σi=1nxi)(Σi=1nxiyi)nΣi=1n(xi)2-(Σi=1nxi)2b=n(Σi=1nxiyi)-(Σi=1nxi)(Σi=1nyi)nΣi=1n(xi)2-(Σi=1nxi)2]]>步骤三、移动节点到接收端节点的距离按以下公式求得：
Y＝a+bX，
其中：a、b为步骤二中计算得到的RSSI...

【专利技术属性】
技术研发人员：高立兵，蒲济林，刘瑜，苏军德，张峰儒，周建基，
申请(专利权)人：甘肃有色冶金职业技术学院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62