[发明专利]一种专用于建筑工程施工现场的无线通信组网及定位方法

权利要求书

1.一种建筑工程施工现场的无线通信组网及定位方法,其特征在于，步骤如下：

（1）组网定位系统：定位系统场景包括施工现场，分为室外场景和室内场景；所述的室外场景由多栋在建建筑、多个Lora基站、多个佩戴定位终端的施工人员和一个Lora网关构成；所述的室内场景由位于建筑物内部的多个iBeacon射频发射器和多个佩戴定位终端的施工人员构成，定位终端具备通过无线蓝牙接口，按照蓝牙协议接收邻近的多个iBeacon射频发射器发射的蓝牙广播信息，并通过与终端连接的Lora基站将采集的蓝牙广播信息传输到Lora网关，进而进行室内空间定位；Lora网关对外通过有线或者无线方式与定位服务平台连接，实现数据处理及定位运算；定位服务平台部署在在建施工现场的安全防护监控中心，由定位服务软件与运算服务器构成，实现现场施工人员位置监控；

（2）无线网络组网：

（2.1）室内iBeacon标签就近接入由施工人员携带的定位终端，连接方式为无线传输，通信距离为10-30米；

（2.2）由施工人员携带的定位终端通过Lora无线接入模块，动态无线接入临近的Lora基站，通信距离为3-10公里；

（2.3）Lora基站与Lora网关网络连接方式为星形组网方式，即现场所有Lora基站都接入现场唯一的Lora网关；

（2.4）Lora网关通过有线或者无线方式接入定位服务平台；

（3）室内外人员定位；包括（3.1）离线定位和（3.2）在线定位；

所述的（3.1）离线定位包括数据采集、数据滤波、数据分组、定位模型训练和定位模型输出；

（3.2）在线定位数据采集、数据滤波、输入定位模型运算、输出定位坐标；

所述的（3.1）离线定位的具体过程如下：

（3.1.1）数据采集：指纹采集以建筑工程施工现场为单位，室内外指纹特征由Lora射频RSSI、iBeacon射频RSSI、iBeacon距离参考、楼号和楼层构成；当处于室外时，Lora射频在特征库中所占特征比重较高，处于室内时，iBeacon射频在特征库中所占特征比重较高，处于室内外过渡区域时，Lora和iBeacon射频在特征库中所占特征均等；在室内外设定若干参考点RP，标记RP的物理坐标、所在楼号和所在楼层；施工人员携带定位终端到达参考点位正常进行生产作业，根据室内、室外拨动拨码开关，自动记录所在点位的指纹数据，实时上传到定位服务平台；数据采集的过程需分多次、多个时间段进行收集；

（3.1.2）数据滤波：针对Lora和iBeacon射频RSSI进行滤波，滤波的目的是消除不同时间Lora和iBeacon射频在时间域上的变化对定位结果的干扰；

滤波模型如下：

上式中，代表滤波后的RSSI值，代表滤波前的RSSI值，分表代表射频的最大、最小值；

（3.1.3）数据分组

采集的数据按照建筑工程施工现场的建筑号进行大分组，将室外采集的数据也按照建筑数量均分到大分组中，如下：

然后每一个按照4：1的比例进行再分组，分为训练数据和验证数据，如下，，用于后续的定位模型训练；

（3.1.4）定位模型训练

模型训练应用的是集成融合方法，思路是按照建筑工程施工现场中不同的建筑进行单独训练，然后再将多个单独训练后的模型进行融合训练，最终生成整个建筑工程施工现场的室内外的训练模型；模型输入为：FingerprintData指纹；

模型输出为：设定坐标原点，保证建筑工程施工现场所有坐标都位于正数坐标系，由于我们已知所有RP的坐标，因此模型的输出我们定义为距离坐标原点的距离；具体过程为：

（步骤1）输入FingerprintData指纹；

（步骤2）初始化权重B（1）；

（步骤3）抽取验证数据；

（步骤4）初始化训练学习误差e1和更新权重w1，将第二步中抽取的训练数据和验证数据输入Building-1定位模型1进行训练，记录训练后的更新权重w1；

（步骤5）根据上一步输出的更新权重w（i），更新权重B（i+1），抽取下一个建筑的训练数据 和验证数据；

（步骤6）初始化训练学习误差e（i+1）和更新权重w（i+1），将上一步中抽取的训练数据和验证数据输入Building-i定位模型i进行训练，记录训练后的更新权重w（i+1）；

（步骤7）重复第步骤5、6，直到i = n；

（步骤8）融合Building-1、Building-2、Building-3……，Building-n，生成整个建筑工程施工现场的室内外的训练模型；

（3.1.5）定位模型输出

经过上述训练，得到一个建筑工程施工现场的定位输出模型，模型的输入为采集的由Lora射频RSSI、iBeacon射频RSSI、iBeacon距离参考构成的待定位点指纹，模型的输出为待定位点距离原点的距离；得到这个距离后，找到距离待定位点最近的3个RP，应用三角形质心算法，预测出待定位点的物理坐标。