[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

说明书

技术领域

本发明属于无线定位技术领域，特别涉及一种基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统及方法。

背景技术

近年来随着我国电力电缆隧道铺设长度的增加，对隧道内电缆工作状况的巡视工作越加繁重，不仅耗费大量人力和财力，隧道内恶劣的环境对巡检人员的健康安全也构成很大的威胁。隧道巡检机器人可以代替人工来完成对隧道的巡视工作。它的主要功能为，通过无线网络向隧道外的技术人员实时地传输隧道内电缆的工作状态画面，隧道内的温度、湿度，电力电缆的表面温度等参数，当这些状态参数发生异常时，隧道外技术人员可以确定巡检机器人所处位置的电力电缆存在安全隐患，这样就可以组织人员对相应部位进行维修。

在国内，电缆隧道的长度可达几十公里，巡检机器人在巡检途中，检测到电缆工作状态发生异常时，由于缺少定位装置，不能将电缆故障的准确位置传送给维护人员。维护人员只能在巡检机器人发现电缆故障时向其发送停止巡检指令，然后再进入隧道寻找巡检机器人的位置，来确定发生故障的确切位置。而在这期间巡检机器人是不能继续巡检的，这不仅降低了巡检机器人的巡检效率，同时也给维护人员增加了很多不必要的麻烦。如果巡检机器人在隧道内的某一位置发生故障或是电池耗尽，不能运动，维护人员就无法找到巡检机器人对其进行抢修。因此，必须找到一种实时的方法来对巡检机器人进行定位。当前的较为成熟的定位方法是基于无线电信号强度衰减模型的定位算法。当通过无线电进行通讯时，在发射强度不变的情况下，这一信号被接收时的衰减程度与它的传播距离具有一定的函数关系。根据信号强度衰减模型就可以根据信号衰减的程度得到信号传播的距离。但是由于隧道的铺设走向和铺设环境的变化，使隧道每一区段的信号强度衰减模型都不太一样，无法对巡检机器人进行准确的定位，因此找到一种广泛适用于电力隧道环境的巡检机器人定位系统就成为巡检机器人定位研究的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统及方法。

一种基于无线网络的电缆隧道内巡检机器人定位系统的结构如下：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等距离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。

所述每两个无线传感器定位模块之间的距离为60~100m。

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；

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。

所述1-M个无线传感网络基站以串联的方式连接。

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。

所述网络节点具有组网，数据的存储和转发功能。

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。

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，隧道内不会出现超过3个以上的连续弯道，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；隧道内组网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；