[发明专利]一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，特别涉及一种基于无线传感网络的矿山井下定位系统。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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X_i、接收端节点接收到的参考节点i发出的RSSI信号强度值Y_i，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。

本发明的有益效果为：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