[实用新型]基于无线传感器网络的煤矿井下一维定位系统

摘要

一种基于无线传感器网络的煤矿井下一维定位系统。本系统包括部署在巷道中的多个无线传感器子网络，部署在地面的中心交换机和安全监控和信息管理网络；该系统的定位方法如下：把巷道划分为多个连续不重叠的长边相等的矩形定位单元并不对称的部署参考节点，记录每个矩形定位单元的信息，参考节点利用其他相邻参考节点的周期广播信号更新参考节点数据包中的对应参数，移动节点对参考节点数据包过滤、排序并记录相邻的移动节点ID，利用参考节点数据包、记录的相邻的移动节点ID和数据库中的信息，通过计算、排序和比较大小实现移动节点的定位。本实用新型定位精度高、成本低、系统结构简单、功耗低，满足煤矿井下特定的使用环境和安全要求。

主权项

一种基于无线传感器网络的煤矿井下一维定位系统，其特征在于，该系统包括部署在巷道中的多个无线传感器子网络(1)，部署在地面的中心交换机(2)和安全监控和信息管理网络(3)；所述的无线传感器子网络包括本质安全型汇聚网关节点(1‑1)，本质安全型参考节点(1‑2)，本质安全型移动节点(1‑3)；所述的安全监控和信息管理网络包括地面监控终端(3‑1)，定位服务器(3‑2)，上层终端(3‑3)；地面监控终端(3‑1)和定位服务器(3‑2)通过中心交换机(2)与本质安全型汇聚网关节点(1‑1)构成有线网络，并通过本地网络将实时定位数据传送给上层终端(3‑3)；本质安全型汇聚网关节点(1‑1)通过总线挂接在中心交换机(2)上；本质安全型移动节点(1‑3)由井下作业人员或者机械装置携带；本质安全型参考节点(1‑2)不对称的部署在巷道的墙壁上；本质安全型汇聚网关节点(1‑1)，本质安全型参考节点(1‑2)，本质安全型移动节点(1‑3)构成无线定位网络； 所述本质安全型汇聚网关节点(1‑1)接收本质安全型移动节点(1‑3)发送的无线数据，将其转换成有线数据发送给中心交换机(2)；接收中心交换机(2)发送的有线数据，将其转换成无线数据发送给本质安全型参考节点(1‑2)； 所述本质安全型参考节点(1‑2)分配唯一对应的矩形定位单元号和单元内部号；周期性的用周期广播数据包的格式向外发送周期广播信号，接收其他相邻本质安全型参考节点(1‑2)的周期广播数据包并提取对应的周期广播信号的RSSI值，根据周期广播数据包的参数识别周期广播信号，选择对应的周期广播信号的RSSI值更新参考节点数据包中的参数RA、RB，周期广播数据包中的参数至少应该包括数据包类型标识符、矩形定位单元号、单元内部号，参考节点数据包中的参数至少应该包括数据包类型标识符、矩形定位单元号、单元内部号、RA、RB、移动节点ID、RE；接收地面监控终端(3‑1)发送的对应的矩形定位单元的部分信息，矩形定位单元的部分信息包括该本质安全型参考节点(1‑2)所在矩形定位单元的长D、矩形定位单元的宽d和最大可能RSSI值RM；接收本质安全型移动节点(1‑3)发送的定位请求信号并根据定位请求信号更新参考节点数据包中的移动节点ID、RE后回送参考节点数据包和相应的矩形定位单元的部分信息给本质安全型移动节点(1‑3)； 其中矩形定位单元号是对矩形定位单元的编号，从巷道口的第一个矩形定位单元起，随着巷道延伸方向编号依次增加；单元内部号是对处于同一个矩形定位单元内的本质安全型参考节点(1‑2)的编号，依巷道延伸方向看去，从靠近巷道口且位于左手边的本质安全型参考节点(1‑2)开始，沿逆时针方向依次编号为1、2、3、4；数据包类型标识符标记该数据包的类型；RA是该本质安全型参考节点(1‑2)接收的和其关于巷道的延伸方向的中心线中心对称的本质安全型参考节点(1‑2)的周期广播信号的RSSI值；RB是该本质安全型参考节点(1‑2)接收的和其处于不同矩形定位单元且同侧相邻的本质安全型参考节点(1‑2)的周期广播信号 的RSSI值；移动节点ID是本质安全型移动节点(1‑3)的编号；RE是该本质安全型参考节点(1‑2)接收到的和移动节点ID对应的定位请求信号的RSSI值；矩形定位单元的宽d为巷道的宽；最大可能RSSI值RM是可以接收到的最大RSSI值，通过测量或者已知的本质安全型参考节点(1‑2)发射功率可以得出此值； 所述本质安全型移动节点(1‑3)分配唯一的移动节点ID；向本质安全型参考节点(1‑2)发送定位请求信号，并接收本质安全型参考节点(1‑2)回送的参考节点数据包和相应的矩形定位单元的部分信息，根据接收到的参考节点数据包中的移动节点ID对参考节点数据包和相应的矩形定位单元的部分信息过滤、根据参考节点数据包中的RE对过滤后的参考节点数据包做第一次排序并记录相邻的移动节点ID，将第一次排序后保留的参考节点数据包和记录的相邻移动节点ID打包发送给地面监控终端(3‑1)； 所述中心交换机(2)转发本质安全型移动节点(1‑3)发送给地面监控终端(3‑1)的参考节点数据包和相邻的移动节点ID、地面监控终端(3‑1)发送给本质安全型参考节点(1‑2)的矩形定位单元的部分信息； 所述地面监控终端(3‑1)通过建立数据库记录每个矩形定位单元的信息，并将矩形定位单元的部分信息发送给对应的本质安全型参考节点(1‑2)，矩形定位单元的信息包括该矩形定位单元的矩形定位单元号、矩形定位单元的长D、矩形定位单元的宽d、最大可能RSSI值RM、单元内部号以及和单元内部号相对应的参考节点坐标X；接收本质安全型移动节点(1‑3)发送的参考节点数据包和相邻的移动节点ID，根据参考节点数据包中的矩形定位单元号和单元内部号搜索数据库，利用搜索到的矩形定位单元的信息、参考节点数据包中的参数和记录的相邻移动节点ID，通过计算、排序和比较数值大小得出本质安全型移动节点(1‑3)的位置，并发送给定位服务器(3‑2)和上层终端(3‑3)； 其中参考节点坐标X是该本质安全型参考节点(1‑2)相对于巷道口的距离； 所述定位服务器(3‑2)接收并存储本质安全型移动节点(1‑3)的位置。