[发明专利]用于大型建筑物内救援辅助的智能定位导航系统

说明书

技术领域

技术领域涉及到无线通信、射频通信技术和超声波测距技术，以及Dijkstra算法来实现路径规划与导航和适当的数学建模思想

背景技术

目前，为了应对各种人为、自然的突发事件，维护社会安定和人们生命财产的安全，迫切需要一种能够在室内条件下进行实时精确定位、导航及信息服务的设备，以支持建筑物内部的搜索、救援等活动。GPS系统是目前最常用的无线定位系统，但是GPS信号不能覆盖到楼宇内部。而基于移动通信网络的无线定位方式分辨率低，定位误差大。超声波是传统的测距用传感器，可以用于定位，但是超声波获取的信息比较单一，不便于识别目标，难以支持较大区域的连续高精度定位。为了解决目标识别问题，把射频通信技术和超声波测距技术集成起来是一种可能的方案。本设计就是基于这样一种思路，为智能化建筑设计一种内部定位和导航系统，以提高智能化大厦的安保水平，并为智能化大厦提供更好的管理平台，并可以在特殊情况下供公安、消防、救援等使用。以下是作品与现有技术相比只有突出的技术特点和显著进步。

发明内容

基于无线传感器网络，把射频通信技术和超声波测距技术集成起来是我们的方案。本项目就是基于这样一种思路，为智能化建筑设计一种内部定位和导航系统，以提高智能化大厦的安保水平。，并为智能化大厦提供更好的管理平台，并可以在特殊情况下供公安、消防、救援等使用。本设计设计并实现了一个用于局域环境中的精确定位系统，包括移动终端和一个为终端提供服务的服务器以及布置在室内的若干传感器节点。

该系统可以为终端持有者提供移动的精确定位、导航和及时信息交互等服务。终端可以实时定位并为用户导航；终端和服务器可以通过消息进行信息交互；终端可以通过摄像头采集视频并压缩通过无线网络发送到服务器端以便指示、调度；服务器端为终端提供信息服务、用户管理等功能。传感器节点用于接收和发送射频超声信号，以实现定位功能。以下是项目创新技术及技术难点：

(1)冲突避免算法

若射频信号RF₁、RF₂和超声信号US₁、US₂分别代表路标1和2在同一个探测路标接收的信息，RF携带者路标ID信息，探测节点可以识别RF₁和RF₂，而US不携带任何信息，探测节点无法区分US₁和US₂，所以由于路标1、2不协调，会出现如图7所示冲突干扰，这里US₂接收在RF₁后在US₁前，由于探测器无法识别US₁和US₂，探测节点把RF₁和US₂的时间间隔t错误当作RF₁和US₁的时间间隔，从而导致测量距离不正确。

上述冲突分可分为两种，一种是同一探测路标发射RF和US中间出现外来RF信号冲突，如图1所示；另一种是同一探测路标发射RF和US中间出现外来US信号冲突，如图2所示。

为了应对图1所示冲突，由于探测路标发出的射频和超声信号在Dus时间内会消失，每个探测路标首先空闲r随机时间段，然后，打开射频并接收外界射频信号，若Dus时间内没有接收到任何信号，且射频装载空闲，开始发送自身射频和超声信号。

为了应对图2所示冲突，探测节点内部维护有最近两个射频信息的接收时间，当探测节点接收到超声信号，判断是否在Dus时间内接收到多于一个射频信息，若多于一个丢弃，否则计算距离。

(2)传感器休眠机制

每个传感器节点再全工作模式下的工作电流为20mA，在节电模式下的工作电流为40uA，及工作电流的正常取值范围为40uA——20mA之间，正常工作电流为2mA，传感器节点在大多数时间处于节电模式，此模式下只保留一个串行外围接口SPI(Serial Peripheral Interface)用于射频信号的发送。

(3)距离精确计算