专利名称：一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法
技术领域：
本发明涉及一种海上搜救定位方法，特别涉及一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法。
背景技术：
随着全球航运业的不断发展，海上船舶数量不断增加，船舶运行安全受到了越来越大的挑战，海难事故频有发生，一旦事故发生，首要的是搜救海上漂浮人员，保障其生命财产的安全。传统的搜救方法主要是出动大量搜救船舶、直升机等进行地毯式搜索，这样不仅浪费大量人力物力，而且搜救效果不佳。虽然目前有雷达、机器视觉等技术应用到海上搜救中，但仍然无法改变搜救目标被动等待救援的情形。搜救分为搜寻和救助两个环节，而且搜寻并确定搜救目标的位置信息是救助成败的关键。目前有了几种应用于海上搜救目标的定位技术。基站定位:通过大量沿海的基站发射和接收信号，收到遇险报警之后通过技术分析可对单个手机用户信号进行追踪定位。移动台卫星定位:目前，手机功能日趋复杂，很多智能手机都具备GPS定位功能，可以通过卫星对其所在地进行定位。搜救雷达应答器:船只一旦发生海上事故时，搜救船或飞机上的导航雷达发出询问信号，搜救雷达应答器接收到后，就立即向空间发射遇难信号，而搜救雷达接收到遇难信号，就在雷达荧光屏上显示出极易识别的标记，就可迅速找到幸存者。基于机器视觉增强的海难搜救技术和装置:形成了高度集成的机器视觉辅助搜救系统，实现全天候、多任务搜寻遇难船舶、救生艇/筏和落水人员；攻克了海上长期以来主要依靠人眼视觉观察来搜寻遇险目标的难题，为海上搜救快速定位提供新的解决方案，帮助搜救人员及时发现遇难目标。前两种要求距离岸边较近，距离远就没有信号和基站的覆盖，无法进行定位；而后两种，遇险人员仍然处于被动等待救援的状态，无法实现主动示位。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由大量低成本、低功耗、具有感知能力、计算能力、无线通信能力的传感器节点组成的网络。无线传感器网络拥有在恶劣和动态环境下生存能力强、精确性和可靠性高、自组织能力强和可扩展性强等诸多特点，因此将无线传感器网络定位技术应用到海上搜救有着较好的环境适应性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，该方法融合了基于测距定位和非测距定位技术的优点，采取接收的信号强度指示测距原理，然后提出一种改进的三角质心定位算法，获得初始位置信息之后，利用微机电系统技术辅助对搜救目标的位置进行实时跟踪，从而求得更精确的位置信息。算法计算过程复杂程度较低，无需重复迭代，降低了整体成本和能量的消耗。为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，其特点是，包含:
步骤1、在若干个求生设备及搜救目标上预安装传感器节点，所述的传感器节点通过通讯协议组成无线传感器网络，将求生设备上的传感器节点定义为锚节点，搜救目标的传感器节点定义为未知节点；
步骤2、选取三个锚节点，分别为第一锚节点、第二锚节点、第三锚节点，并将各个锚节点的传感器初始化；
步骤3、通过接收的信号强度指示测距原理分别测出第一锚节点、第二锚节点、第三锚节点到未知节点的距离，以第一锚节点为圆心，测出的第一锚节点到未知节点的距离为半径画圆，以第二锚节点为圆心，测出的第二锚节点到未知节点的距离为半径画圆，以第三锚节点为圆心，测出的第三锚节点到未知节点的距离为半径画圆；
步骤4、判断画出来的三个圆是否两两交叠，若三个圆两两相交则跳到下一步骤；若否，则返回到步骤2;
步骤5、计算出未知节点的坐标；
步骤6、通过微机电系统实时跟踪未知节点。所述的步骤5及步骤6之间还包含以下步骤:通过加权值法计算出未知节点的坐标。本发明与现有技术相比，具有以下优点:
本发明一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，该方法融合了基于测距定位和非测距定位技术的优点，采取接收的信号强度指示测距原理，然后提出一种改进的三角质心定位算法，获得初始位置信息之后，利用微机电系统技术辅助对搜救目标的位置进行实时跟踪，从而求 得更精确的位置信息。算法计算过程复杂程度较低，无需重复迭代，降低了整体成本和能量的消耗。
图1为本发明一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法模型 图2为本发明一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法中三圆交叠区
域示意 图3为本发明一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法中三角质心定位算法示意 图4为本发明提供的基于速度、方向监测的搜救目标位置信息优化示意图。
具体实施例方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，包含:
步骤I在船舶、救生艇筏、救生衣及救生圈等求生设备及搜救目标上预安装传感器节点，所述的传感器节点通过通讯协议(ZigBee协议)组成无线传感器网络，将求生设备上的传感器节点定义为锚节点，搜救目标的传感器节点定义为未知节点D ；
步骤2、选取三个锚节点，分别为第一锚节点A、第二锚节点B、第三锚节点C，并将各个锚节点的传感器初始化；
步骤3、通过接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indication简称RSSI)测距原理分别测出第一锚节点A、第二锚节点B、第三锚节点C到未知节点D的距离，以第一锚节点A为圆心，测出的第一锚节点A到未知节点D的距离dA为半径画圆，以第二锚节点B为圆心，测出的第二锚节点B到未知节点D的距离dB为半径画圆，以第三锚节点C为圆
心，测出的第三锚节点C到未知节点D的距离d<；为半径画圆；
RSSI值是指示当前介质中电磁波能量大小的数值。当无线信号在空气中传播时，受种种因素影响，信号强度会随着传播距离的增加而衰减，信号强度的变化与距离有着某种函数关系模型，而且通常情况下传感器节点很容易配置测定信号强度的模块。已知发射功率，在接收节点测量接收功率，计算传播损耗，使用理论或经验信号传播模型将传播损耗转化为距离，主要使用RF信号，是一种低功率、廉价的测距方式。由于其误差多产生于反射、多径传播、非视距等因素，因此RSSI测距法通常使用下面的传播路径损耗模型:
权利要求
1.一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，其特征在于，包含: 步骤1、在若干个求生设备及搜救目标上预安装传感器节点，所述的传感器节点通过通讯协议组成无线传感器网络，将求生设备上的传感器节点定义为锚节点，搜救目标的传感器节点定义为未知节点(D)； 步骤2、选取三个锚节点，分别为第一锚节点(A)、第二锚节点(B)、第三锚节点(C)，并将各个锚节点的传感器初始化； 步骤3、通过接收的信号强度指示测距原理分别测出第一锚节点(A)、第二锚节点(B)、第三锚节点(C)到未知节点(D )的距离，以第一锚节点(A)为圆心，测出的第一锚节A(A)到未知节点(D)的距离(dA)为半径画圆，以第二锚节点(B)为圆心，测出的第二锚节点(B)到未知节点(D)的距离(dB )为半径画圆，以第三锚节点(C)为圆心，测出的第三锚节点(C)到未知节点(D)的距离(dC)为半径画圆； 步骤4、判断画出来的三个圆是否两两交叠，若三个圆两两相交则跳到下一步骤；若否，则返回到步骤2 ; 步骤5、计算出未知节点(D)的坐标； 步骤6、通过微机电系统实时跟踪未知节点。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，其特征在于，所述的步骤5及步骤6之间还包含以下步骤:通过加权值法计算出未知节点(D)的坐标。
全文摘要
本发明公开了一种基于无线传感器网络的海上搜救目标实时定位方法，包含步骤1、在若干个求生设备及搜救目标上预安装传感器节点，所述的传感器节点通过通讯协议组成无线传感器网络，将求生设备上的传感器节点定义为锚节点，搜救目标的传感器节点定义为未知节点；步骤2、选取三个锚节点，分别为第一锚节点、第二锚节点、第三锚节点，并将各个锚节点的传感器初始化。本发明采取接收的信号强度指示测距原理，然后提出一种改进的三角质心定位算法，获得初始位置信息之后，利用微机电系统技术辅助对搜救目标的位置进行实时跟踪，从而求得更精确的位置信息。
文档编号H04W84/18GK103108281SQ20121058787
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者吴华锋, 杨磊, 张倩楠 申请人:上海海事大学