[发明专利]基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统其特征在于，整个系统由在电缆隧道顶部固定机器人巡检轨道，轮式单臂悬吊式结构的巡检机器人悬吊在巡检轨道内，随动网络节点固定在巡检机器人上面，1-M个无线传感网络基站固定在电缆隧道顶部和隧道的出口处；每个无线传感网络基站内设置1-N个无线传感网络定位模块，布置在隧道顶部组成，其中安装在隧道顶部无线传感网络定位模块组成无线传感网络。

2.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其特征在于，所述每两个无线传感网络定位模块之间的距离为60~100m。

3.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其特征在于，所述无线传感网络定位模块由微处理器、固定网络节点、无线电信号强度检测电路和储存器组成。

4.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其特征在于，所述无线传感网络基站由无线传感网络定位模块，数据接口，监控计算机构成。

5.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其特征在于，所述1-M个无线传感网络基站以串联的方式连接。

6.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其特征在于，所述N的个数由实际的电缆隧道长度决定；M由每两个无线传感网络定位模块之间的距离和实际的电缆隧道长度决定。

7.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其特征在于，所述网络节点具有组网，数据的存储和转发功能。

8.根据权利要求1所述基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统，其 特征在于，所述随动网络节点与固定网络节点由无线传感网络组网模块、电池组和无线电收发电路组成；无线传感网络定位模块由固定网络节点内的电池组供电。

9.一种基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位的方法包括以下步骤：

1）首先建立无线电信号的强度随距离变化的衰减模型：将隧道内无线电信号的传播环境划分成四种，分别是直道、单弯道、双弯道、三个连续弯道，由于隧道在建设时考虑到成本以及技术，安全方面的问题，隧道内的走向不会连续出现超过3个以上的弯道，或是弯折角度过大的情况，对这四种情况的环境模型进行建立，测出在无线传感网络的有效通讯距离内每一种隧道情况下的无线电信号强度随距离变化的衰减模型；

2）构建整个隧道无线传感网络定位系统，分别对上一步所划分的四种隧道情况铺设无线传感网络定位模块，在布置隧道顶部定位模块前，根据其铺设的隧道情况，在每个无线传感网络定位模块的存储器中都储存该节点所处隧道情况的信号衰减模型和所布置地点的位置信息；

3）在隧道顶部的无线传感网络定位模块中的网络节点内部集成一块无线传感网络组网模块，网络节点通过该组网模块和无线电收发电路，在2.4Ghz的频段实现与临近无线传感网络定位模块中的网络节点进行组网和通信，在组成的网络内，任意两个节点都可以直接或间接的进行通信；隧道内模块布置的间距以网络节点能够组网并进行有效通信为基准；

4）维护人员在尚未发送定位请求信号前，位于巡检机器人顶部的随动网络节点与位于隧道顶部的固定网络节点在巡检机器人巡视过程中处于睡眠状态，当巡检机器人经过隧道内某一位置时，维护人员通过无线传感网络基站发送定位请求信号，隧道内的所有网络节点通过串联的方式逐一被唤醒，此时随动网络节点加 入隧道顶部网络节点所组建的网络，并与其中一个顶部节点实现网络拓扑上的直接连接；

5）在取得网络连接后，随动网络节点发送一个空数据包给该顶部节点，隧道顶部定位模块在接收该无线电信号时，首先由无线电信号强度检测电路对接收到的无线电信号进行采样，得到该信号的强度后传送给无线传感网络定位模块内的微处理器，再由微处理器访问无线传感网络定位模块内存储器，根据事先存储在存储器中的该隧道段的数学模型计算出随动网络节点，即巡检机器人距离该固定网络节点的实际距离，微处理器再根据该距离和储存器内该无线传感网络定位模块的位置信息就可以得到巡检机器人的在整个隧道内的位置信息；由于整个网络从收到定位请求信息到计算出位置信息这一过程的处理速度很快，在很短的时间内巡检机器人的运动距离可以忽略不计，因此 巡检机器人定位可以看做是实时的；

6）在得到巡检机器人的位置之后，无线传感网络定位模块微处理器将该信息通过固定节点传送到无线传感网络的网络之中，并在隧道内布置的顶部无线传感网络网络节点间进行储存转发，最终送到布置在隧道口的无线传感网络基站，通过数据接口将该位置信息显示在监控计算机上。

7）在发送完位置信息后，所有无线传感网络定位模块与随动网络节点随之进入睡眠状态，网络解体，这样可以节约网络节点内的电池组的电能，延长定位系统的使用时间，巡检机器人在整个数据的处理，储存，转发过程中不会停止巡检。