[发明专利]一种基于井下环境的Zigbee差分精确定位算法

说明书

一种基于井下环境的ZigBee差分精确定位方法，属于设备远程监测及管理领域，其突出特点是本系统采用差分精确定位算法进行井下矿工移动节点定位，其原理是通过参考节点对移动节点进行三边定位，并且在三边定位过程中引入差分变量进行修正，从而消除Zigbee移动节点的设备故有误差，达到对井下矿工立体管理，保障安全的作用。

技术领域

本发明属于设备远程监测及管理领域，其突出特点是本系统采用差分精确定位算法进 行井下矿工移动节点定位，其原理是通过参考节点对移动节点进行三边定位，并且在三边 定位过程中引入差分变量进行修正，从而消除Zigbee移动节点的设备故有误差，达到对 井下矿工立体管理，保障安全的作用。

背景技术

矿井事故的频繁发生暴露出目前矿井监测系统的弊端：有线通信方式灵活性差，布线 不便，成本高，覆盖性不足，信息不完全，且不能及时提供井下环境信息与工作人员的位 置信息等，一旦事故发生，很难展开救援。传统井下定位系统往往不能提供精确井下位置 信息，因此，一旦井下发生危险情况，无法对井下矿工进行有效疏导以及无法将井下情况 及时反馈给矿上管理人员，造成事故发现和处理迟缓。因此，我们研究的低维护费用，基于井下环境的Zigbee差分精确定位算法具有重大的意义。

发明内容

在井下安装布置参考节点，集成在矿工安全帽上的Zigbee移动节点可以进行实时差 分精确定位，使矿上管理人员掌握所有矿工的位置信息。

一种基于井下环境的ZigBee差分精确定位方法，至少包含以下步骤：

步骤一：在井下设置参考节点；

步骤二：选取场景对应的距离曲线；

步骤三：判断接收到的信号是否大于等于3个；

如果等于3个，采用三边定位算法，进行差分计算修正，获得移动节点坐标；

如果大于3个，则选取最强的4个参考节点，共4种组合，采用三边定位算法获得4个坐标，进行差分计算修正，取4个坐标的重心，获得移动节点坐标；

如果小于3个，则重新判断。

所述三边定位算法为

利用RSSI进行信号强度的测距，选用以下模型：

RSSI＝-(10nlog₁₀d+A) (1)

其中，射频参数A被定义为用dBm表示的发射节点1m处的接受信号强度；n为信号传输常数，与信号的传输环境有关；d为距发射节点的距离。

根据三边定位算法将距离换算成位置坐标，完成差分定位；公式如下：

如果方程(3)有解，判断其中哪个点到点的距离近，选取该点作为点D；

如果方程(4)有解，判断其中哪个点到点的距离近，选取该点作为点F；

如果方程(5)有解，则判断其中哪个点到点的距离近，选取该点作为点E；

三角形DEF的重心就是我们所需要定位的移动节点的位置；

如果其中方程(3)无解，则连接两圆圆心，和圆相交两点的中心就是点D；

对于方程(4)、(5)无解的情况下，可采用相同方式来得到点E、F的坐标。

所述的RSSI值在实际应用中有跳变随机误差，因此需要对上述模型进行优化，引入 一个变量σ作为RSSI跳变误差，则(1)式变为

RSSI＝-(10nlog₁₀d+A)+σ (2)