造成的定位盲区。
[0142] 仿真实验和结果分析
[0143] (1)在Matlab中设定类似井下巷道的定位环境，巷道两侧选取四个已知节点，组 成两个三角形的定位小区。在未知节点进入小区之后收集各个已知节点的RSSI值和信号 传输的角度信息，来确定未知节点属于哪个定位小区。
[0144] (2)确定定位小区之后，基于RSSI算法的基础上，测量节点间的距离山，d2,d3。在 测得的距离上按照井下环境影响，加上3组范围内误差。搜集四组三边定位时的定位区域， 计算出四个定位区域的重叠部分。
[0145] (3)利用网格扫描法对4个区域的重叠区的重叠次数标记，找出重叠次数最多的 区域。然后采用质心算法公式
[0147] 对此重叠区域的所有网格点进行计算，得出的节点坐标（Xni，yJ。如图12所示：圆 点标出即是准确的人员位置；如图13所示：三角形位置是计算出的人员位置。
[0148] (4)本发明以定位小区中心点为圆心，在0到IOm的范围上以0. 2m为递增半径任 意取点，从圆心往小区边缘测试，取50个测量点进行定位。
[0149] (5)然后利用传统算法在没有区分定位小区情况下，由公式
[0151] 算出两两相交的交点，计算出组成未知节点可能区域的三个点，在单个区域中利 用质心算法求得未知节点位置。同样情况下取50个测量点。
[0152] (6)传统算法和改进后算法的比较：计算出传统算法和改进后算法定位出的节点 坐标到实际节点的距离，作为误差比较。实验表明改进后的定位算法定位出的未知节点精 确度更高，稳定性更好好，尤其是在定位小区边缘的定位稳定性更可靠。测量结果如图14 所示。
[0153] 根据仿真得出，在相同模拟误差条件下进行人员定位，本发明比传统的以RSSI测 距的三边定位算法误差更小、稳定性更强，尤其解决了传统定位算法在小区边缘稳定性差 的缺点，增加了井下人员定位的可靠性。
[0154] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在 不脱离本发明的前提下，还可以对本发明做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视 为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在于，通过RSSI测距算法测 量移动节点即移动的矿工到三个参考节点的距离，进而利用定位算法来定位人员的位置， 具体包括如下步骤： 步骤1.工作人员事先将若干参考节点摆放到巷道两侧，工作开始时网络协调器电源 打开，进行zigbee无线网络树状组网模式，zigbee组建网络初始化； 步骤2.当作业人员进入进行无线网络覆盖区域时，参考节点在一个统一时间周期向 周围发送无线信号，无线信号包括自身的坐标信息和信号强度RSSI值； 步骤3.移动节点在它的通信范围内收集所有参考节点的RSSI信号值，将信号最强的 相邻三个参考节点组成三角形的定位小区； 步骤4.在移动节点上利用具有方向性判断的信号接收天线，实现对参考节点信号 到达角度的测量，利用角度信息过滤掉其他干扰信号，进一步确定移动节点所在的定位小 区； 步骤5.将接收到的RSSI值带入公式[RSSI]dBni=A-10nlgd， 式中，[RSSI]dBni为接收节点接受到的功率，A为参考距离为lm时接受节点受到的信号 功率，d为移动节点到参考节点的距离，n为和实验环境相关的路径损耗指数值，2 <n< 4 ; 步骤6.计算定位小区的三个参考节点距离移动节点的距离山、d2、d3; 步骤7.利用定位算法计算以三个参考节点为圆心、移动节点与三个参考节点的距离 为半径的三个圆相交的位置坐标，该坐标就是人员即移动节点的位置坐标。2. 根据权利要求1所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，所述步骤3中，对于采集到的RSSI值，进行滤波处理以提高测距的准确性。3. 根据权利要求2所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，对采集到的RSSI值进行中值滤波处理： a. 移动节点在固定位置接收到的参考节点的n个信号强度值，通过中值滤波过滤掉该 组强度值数据中的小概率的信号和大干扰信号， 公式如下：式中f(x)表示概率的取值，x表示RSSI值，n表示移动节点在固定位置接收到参考节 点信号个数，〇 2表不此随机变量的方差，y表不服从正态分布的随机变量的均值； b. 将上式中f(x)的取值范围限定为0. 6 <f(x) < 1，求解得 0. 15 〇 +y彡x彡3. 09 〇 +y，即RSSI值在经过中值滤波之后可得取值范围为[0. 15 〇 +y， 3.09〇+y]，其中C.把经过中值滤波后在选择范围内的RSSI值求出均值； d.该均值即为最终准确的RSSI数值。4. 根据权利要求1所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，所述步骤4中，为了减少储存和计算量，测量出的节点间的角度信息不做保存，只需要 使用该角度来确定移动节点是否处于容易受到干扰的小区边缘。5. 根据权利要求1所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，所述步骤7中，由于在实际矿井环境中各种干扰因素的影响，计算出的距离和现实距离 必定是存在误差，所以在井下巷道内设置固定距离的参考节点，测量出井下环境的误差范 围，定位开始后利用RSSI进行一次测距，然后在实际测的距离山、d2、d3的基础上反向加上 环境的范围内随机误差来进行校正，取n组校正距离数据。6. 根据权利要求5所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，所述步骤7中，以三个参考节点为圆心的三个圆由于干扰因素的影响不可能相交于一 点，从而造成方程无解，所以在三个圆心两两相交时， (1) 根据公式：求得Ojxi,、02(x2, y2)两个圆的相交点Q、C2，然后计算两个交点与03节点的距离， 取距离近的一点Q保留，距离远的舍去；同理求得0 :和0 3的交点，取距离0 2点相近的交点 Bp〇2、〇3的交点距离0i最近的A力，组成移动节点的可能区域AA (2)根据n组的校正距离数据，逐个解出nX3个圆两两相交的三个点做AAnBnCn; (3)利用网格扫描法对重叠部分进行标记，计算出由n个三角形相交重叠的部分，阴影 部分的网格点最高重叠部分，即是缩小定位范围后未知节点最可能的坐标位置； (4) 对重叠区域的所有网格点采用如下公式进行质心算法计算，得出重叠部分的质心即是未知节点的估计位置（Xni，yj。7. 根据权利要求1所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，当井下某些节点因电池没电或者因为意外事故造成节点损坏的状况时，会出现可利用 节点短缺，移动节点到达该活动区域时搜集到的节点信息少于三个，无法计算出离移动节 点最近的三个参考节点的距离(1^4、d3，在此应急情况下，找出两圆的相交区域进行质心算 法计算出坐标。8.根据权利要求7所述的一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，其特征在 于，所述找出两圆的相交区域进行质心算法计算出坐标的详细方法为：选择已知的4、~两 个节点的坐标位置4 (Xl，yi)，A2 (x2,y2)，用RSSI测距方法测出移动节点吣分别到A〇 ~节 点的距离~巧，根据公式求得两个圆的相交点A12(x12,y12)、A21(x21,y21)，然后计算出两圆重叠部分的质心坐标就 是移动节点的位置。
【专利摘要】本发明涉及一种基于RSSI测距的井下人员定位的改进方法，通过RSSI测距算法测量移动节点即移动的矿工到三个参考节点的距离，进而利用定位算法来定位人员的位置。本发明的优点体现在：对矿井下定位小区间的干扰造成定位混乱进行解决，对三边定位算法由于测距不准确引起的误差进行改进，尤其解决了传统定位算法在小区边缘稳定性差的缺点，增加了井下人员定位的可靠性。
【IPC分类】H04W64/00
【公开号】CN105025572
【申请号】CN201510377499
【发明人】宋仁旺, 白转伟, 张程远, 石慧, 董增寿
【申请人】太原科技大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月1日