專利名稱：基于認知的井下無線定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及礦井下目標定位方法，具體地說是涉及一種基于認知的井下無 線定位方法。
背景技術：
井下網(wǎng)絡系統(tǒng)中的移動定位業(yè)務越來越受到,泛的關注，井下移動定位業(yè) 務主要的應用包括有井下人員位置定位，井下安全定位，井下個人服務定位， 井下設備定位，井下交通定位，井下生產(chǎn)資料定位，井下礦產(chǎn)資源定位等。
全球定位系統(tǒng)GPS是目前應用的最廣泛最成熟的定位系統(tǒng),它利用多顆高軌 衛(wèi)星，通過測量距離與距離變化率來確定用戶的位置,具有定位精度高、實時性 好、抗干擾能力強等優(yōu)點,但是由于傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點的數(shù)量非常多,因此人工部
署和為所有節(jié)點安裝GP S接收器來實現(xiàn)自身定位,成本太高。另外,傳感器網(wǎng)絡
節(jié)點采用電池供電,能量有限,因此節(jié)點上不適宜裝備高能耗的GP S設備。節(jié)點
之間的無線通信所消耗的電能比其它部件所消耗的電能要大很多,所以要盡量減
少節(jié)點之間的無線通信量，也不宜將大量的通信和計算固定于某個或者某些節(jié)點,
否則,這些節(jié)點的電能會很快耗盡,在無線傳感器網(wǎng)絡中出現(xiàn)空穴。由于傳感器網(wǎng)
絡的這些特點,在進行節(jié)點的自身定位時,要盡量采用分布式的定位算法,盡量延
長傳感器網(wǎng)絡的生命期。
目前提出的一些傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的自身定位算法主要是利用傳感器網(wǎng)絡中 少量已知自身位置的節(jié)點通過計算來獲得其他未知節(jié)點的位置信息,主要有兩類: 基于距離(Range-based)的定位方法和不基于距離(Range-free)的定位方法。信 標節(jié)點可以是被預先放置好的,也可以采用GPS或其他方法獲取自己的位置信
息。未知節(jié)點根據(jù)信標節(jié)點的位置信息計算出自己的位置。常用的定位方法是
Range-based方法,這種方法需要先測量出節(jié)點之間的距離或角度信息,再通過數(shù) 學方法計算出節(jié)點自身的位置。測量節(jié)點間距離或者角度信息時通常采用的方 法有:TOA,TDOS,RSSI和AOA等。TOA的測距原理是已知信號的傳播速度，根 據(jù)信號的傳播時間來計算節(jié)點間的距離,這種算法要求節(jié)點有非常精確的時鐘, 同時節(jié)點的硬件尺寸價格和功耗的限制也決定了這種方法適用于無線傳感器網(wǎng) 絡;TDOA的測距原理是發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號,接收 節(jié)點根據(jù)兩種信號的到達時間差以及己知這兩種信號的傳播速度來計算節(jié)點間 的距離，這種方法受到超聲波傳播距離的限制和非視距問題對超聲波信號傳播的 影響,不僅需要精確的時鐘記錄兩種信號到達的時間差異，也需要傳感器網(wǎng)絡節(jié) 點同時具備感知兩種信號的能力;RSSI的測距原理是已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號 強度,接收節(jié)點根據(jù)接收信號強度計算傳播損耗從而進行測距,這種方法受環(huán)境 影響和信號模型的復雜性影響,給測距帶來較大誤差;AOA的定位原理是接收節(jié) 點通過特殊設備感知發(fā)射節(jié)點信號的到達方向,計算接收節(jié)點和發(fā)射節(jié)點之間的 相對角度,從而進一步求得節(jié)點的位置，這種方法的硬件設備復雜并需要節(jié)點之 間存在視距傳輸,因此也不適用于無線傳感器網(wǎng)絡。Range-free定位方法無需測 量距離或角度信息,僅根據(jù)網(wǎng)絡的連通性等信息就可以實現(xiàn)節(jié)點的自身定位。這 種方法降低了對節(jié)點硬件的要求,在成本和功耗方面比Range-based方法具有優(yōu) 勢,但定位的誤差也相應有所增加。
目前提出的算法主要有:質(zhì)心算法、DV-H叩算法、Amorphous算法、API 算法等。質(zhì)心算法首先確定包含未知節(jié)點的區(qū)域，計算這個區(qū)域的質(zhì)心并將其作 為未知節(jié)點的位置，該算法完全基于網(wǎng)絡連通性,無需信標節(jié)點和未知節(jié)點之間 的協(xié)調(diào),容易實現(xiàn)，但是定位精度與信標節(jié)點的密度以及分布有很大關系,導致定
位精度不高;DV-HOP定位機制是未知節(jié)點首先計算與信標節(jié)點的最小跳數(shù)，然后
估算平均每條距離,從而得到節(jié)點間的距離,再通過數(shù)學計算求得節(jié)點坐標。該方 法對節(jié)點的硬件要求低,實現(xiàn)簡單,但是利用跳段距離代替直線距離,定位誤差較
大;Amorphous算法將節(jié)點的通信半徑作為平均每跳距離,網(wǎng)絡的擴展性差，對信 標節(jié)點的密度要求較高,而且定位誤差大;APIT算法首先確定多個包含未知節(jié)點 的三角形區(qū)域,這些三角形區(qū)域的交集是一個多邊形,它確定了更小的包含未知 節(jié)點的區(qū)域,然后計算這個多邊形區(qū)域的質(zhì)心,并將質(zhì)心作為未知節(jié)點的位置,這 種方法定位精度高,性能穩(wěn)定,但是對網(wǎng)絡的連通性提出了較高的要求。這些定位 方法不能定位三維坐標或不能精確的定位三維坐標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種能夠在 目標節(jié)點損壞或能源耗盡情況下通過遷移到井下的固定裝置或其它移動節(jié)點獲 知目標節(jié)點的三維坐標信息的基于認知的井下無線定位方法。
本發(fā)明一種基于認知的井下無線定位方法通過下述技術方案予以實現(xiàn)本 發(fā)明一種基于認知的井下無線定位方法包括網(wǎng)絡管理中心和地面調(diào)度中心構(gòu)成 的管理層、路由器和交換機構(gòu)成的數(shù)據(jù)交換層、無線調(diào)度通信終端、井下固定 節(jié)點、井下非固定節(jié)點、巷道平面、設備損壞能源耗盡站點、能源耗盡服務遷
移站點，所述的定位方法包括如下步驟
1) 通過INTERNET連接網(wǎng)絡管理中心、地面調(diào)度中心、路由器、交換機 和無線調(diào)度通信終端，在井下巷道平面設置井下固定節(jié)點和井下移動節(jié)點，建 立井上、井下有線、無線連接網(wǎng)絡；
2) 井下在固定節(jié)點中設置三維坐標即為信標節(jié)點；
3) 通過認知測量信標節(jié)點和鄰居節(jié)點之間的距離；
4) 通過認知計算出到達三個或三個以上信標節(jié)點的距離后，利用三邊測量 法或極大似然估計法通過認知計算未知節(jié)點的坐標；
5) 通過移動認知對求得的節(jié)點的坐標進行求精，提高定位精度。
本發(fā)明一種基于認知的井下無線定位方法與現(xiàn)有技術相比較有如下有益效
果本發(fā)明提出了一種移動定位方法，采用認知的多次遷移和分布式計算以滿 足井下定位中高精度、低能耗、抗損壞的需要，同時利用移動節(jié)點的二維坐標 和固定節(jié)點的三維坐標來達到移動節(jié)點的精確三維定位。井下環(huán)境根據(jù)是否移 動分成移動和固定兩類節(jié)點，通過認知選擇最優(yōu)的臨近節(jié)點，包括移動和固定 節(jié)點，通過移動節(jié)點的距離關系和固定節(jié)點的三維坐標關系，以及移動節(jié)點和 固定節(jié)點之間的距離關系得到移動節(jié)點的三維坐標，通過使用認知技術，該認 知不同于傳統(tǒng)的過程調(diào)用，該認知技術不僅可以在可靠和不可靠的節(jié)點間傳輸， 而且可以在本節(jié)點能源用盡或損壞的情況下選擇最可靠的節(jié)點。該技術減少對 服務器端的請求，實現(xiàn)非中心化的定位，減少網(wǎng)絡傳輸而直接面對要訪問的服 務器資源，從而避免了大量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳送,降低了系統(tǒng)對網(wǎng)絡帶寬的依賴。認知 過程在多節(jié)點冗余遷移，保證在目的節(jié)點和源節(jié)點損壞的情況下仍然可以進行 服務，從而也保證了在井下突發(fā)情況下仍然可以得到人員精確三維位置。


本發(fā)明一種基于認知的井下無線定位方法有如下附圖 圖1為本發(fā)明基于認知的井下無線定位方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明基于認知的井下無線定位方法定位過程結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明基于認知的井下無線定位方法利用固定節(jié)點定位移動未知節(jié) 點在空間中的三維坐標圖4為本發(fā)明基于認知的井下無線定位方法巷道通信無線定位示意圖5為本發(fā)明基于認知的井下無線定位方法定位信息遷移示意圖。
其中1、網(wǎng)絡管理中心；2、地面調(diào)度中心；3、 Internet; 4、路由器；5、 交換機；6、無線調(diào)度通信終端；7、固定節(jié)點；8、移動節(jié)點；9、巷道平面； 10、設備損壞能源耗盡站點；11、能源耗盡服務遷移站點；12、信標節(jié)點；13、 遷移信道；14、主服務信道；Pl、 P2、 P3為固定節(jié)點；Sl、 S2、 S3為移動節(jié)點。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明一種基于認知的井下無線定位方法技術方 案作進一步描述。
如圖l一圖5所示，本發(fā)明一種基于認知的井下無線定位方法包括網(wǎng)絡管理 中心1和地面調(diào)度中心2構(gòu)成的管理層、路由器4和交換機5構(gòu)成的數(shù)據(jù)交換 層、無線調(diào)度通信終端6、井下固定節(jié)點7、井下非固定節(jié)點S、巷道平面9、 設備損壞能源耗盡站點10、能源耗盡服務遷移站點11、信標節(jié)點12、遷移信道
13、主服務信道14，所述的定位方法包括如下步驟
1) 通過INTERNET 3連接網(wǎng)絡管理中心1、地面調(diào)度中心2、路由器4、 交換機5和無線調(diào)度通信終端6，在井下巷道平面9設置井下固定節(jié)點7和井下 移動節(jié)點8，建立井上、井下有線、無線連接網(wǎng)絡；
2) 井下在固定節(jié)點7中設置三維坐標即為信標節(jié)點12;
3) 通過認知測量信標節(jié)點12和鄰居節(jié)點8之間的距離；
4) 通過認知計算出到達三個或三個以上信標節(jié)點12的距離后，利用三邊 測量法或極大似然估計法通過認知計算未知節(jié)點的坐標；
5) 通過移動認知對求得的節(jié)點的坐標進行求精，提高定位精度。 所述的測量信標節(jié)點12到某個鄰居節(jié)點之間的距離的主要方法是從信標
節(jié)點12發(fā)送一個包含自身位置信息和發(fā)送時間t 1的移動認知，接收認知的鄰
居節(jié)點記錄認知到達的時間t 2,通過計算t 2- t 1得到認知從信標節(jié)點12移動
過來的傳播時間t ;假設移動認知S的傳播速度是v ,那么可以通過計算v X t得 到信標節(jié)點12到某鄰居節(jié)點的距離d 。
所述的測量信標節(jié)點12到某個鄰居節(jié)點之間的距離的算法是在移動認知8 中設置兩個計數(shù)器,一個用來記錄認知的移動次數(shù),設置其初始值為a;另一個是時 鐘計數(shù)器,設置其初始值為b(b〉a);讓認知在信標節(jié)點12和某個鄰居節(jié)點之間來 回移動；當認知開始移動的時候,時鐘計數(shù)器便開始倒數(shù)計時;當認知到達鄰居節(jié) 點的時候，移動次數(shù)計數(shù)器加l;當時鐘計數(shù)器中值減為0時，認知到達鄰居節(jié)點 后不再移動；假設移動次數(shù)計數(shù)器中值為n,那么可以計算出移動認知8從信標 節(jié)點12傳播到某鄰居節(jié)點的時間為t氣b-a)/n，則可以計算出它們之間的距離為 d = v (b-a)/ n 。
所述的距離信息通過移動認知8計算出節(jié)點的坐標在一個二維坐標系統(tǒng) 中，已知未知節(jié)點到三個信標節(jié)點12的距離就可以唯一確定這個節(jié)點的坐標； 因此,反復通過移動認知進行測距,測量出一個未知節(jié)點到三個信標節(jié)點的距離, 就可以通過傳遞認知過程用三邊測量法來計算其自身坐標。
所述的測量計算方法是通過多個信標節(jié)點的認知進行多次測距計算,對得到 的坐標求數(shù)學期望，從而得到較為精確的節(jié)點坐標；將該未知節(jié)點標識為新的信 標節(jié)點,參與其他未知節(jié)點的定位計算。
所述的定位方法是利用固定節(jié)點7的三維坐標，以認知中定位的距離為基 礎，定位未知節(jié)點在空間中的三維坐標；可以利用認知的多次遷移，多個節(jié)點 間合作，求出唯一的三維坐標；設三個固定節(jié)點的三維坐標為(al,bl，cl)、 (a2,b2，c2)、 (a3,b3,c3),—個移動節(jié)點的和三個固定節(jié)點間的距離為x、 y、 z;通 過認知過程可以得到移動節(jié)點和固定節(jié)點間的距離A、 B、 C，得到移動節(jié)點的
坐標。
所述的定位方法說明當待測移動節(jié)點IO的能量耗盡，或設備有損時，通過 遷移認知，將該節(jié)點坐標信息遷移到鄰近節(jié)點進行運算。
所述的定位信息的遷移可以進行多次的遷移，能夠容忍多節(jié)點的損壞，既
在最壞情況下仍可以通過遷移信道13或主服務信道14向主服務器節(jié)點無線調(diào) 度通信終端6遷移。
實施例1 。
本發(fā)明解決的技術問題是提出一種基于認知的井下三維無線定位方法，井 下環(huán)境根據(jù)是否移動分成移動和固定兩類節(jié)點，通過認知選擇最優(yōu)的臨近節(jié)點， 包括移動和固定節(jié)點，通過移動節(jié)點的距離關系和固定節(jié)點的三維坐標關系， 以及移動節(jié)點和固定節(jié)點之間的距離關系得到移動節(jié)點的三維坐標，通過使用 認知技術，該認知不同于傳統(tǒng)的過程調(diào)用，該認知技術不僅可以在可靠和不可 靠的節(jié)點間傳輸，而且可以在本節(jié)點能源用盡或損壞的情況下選擇最可靠的節(jié) 點。該技術減少對服務器端的請求，實現(xiàn)非中心化的定位，減少網(wǎng)絡傳輸而直 接面對要訪問的服務器資源,從而避免了大量數(shù)據(jù),的網(wǎng)絡傳送,降低了系統(tǒng)對網(wǎng) 絡帶寬的依賴。認知過程在多節(jié)點冗余遷移，保證在目的節(jié)點和源節(jié)點損壞的 情況下仍然可以進行服務，從而也保證了在井下突發(fā)情況下仍然可以得到人員 精確三維位置。
本發(fā)明方法包含以下的步驟
(1) 建立井上井下網(wǎng)絡環(huán)境；
(2) 將井下環(huán)境中各節(jié)點分成固定節(jié)點7和移動節(jié)點8即一個定位裝置，將 固定節(jié)點7的三維坐標確定。設計認知過程駐留到,節(jié)點中。
(3) 散布一些信標節(jié)點12，該信標節(jié)點12是用來確定其他節(jié)點位置的一個基
準，從這些信標節(jié)點12開始，通過認知的自動發(fā)現(xiàn)功能,找到鄰居節(jié)8，計算它 們的位置，然后把己經(jīng)確定位置的節(jié)點都作為信標節(jié),12，繼續(xù)發(fā)現(xiàn)并計算其他未 知節(jié)點的位置，最終對網(wǎng)絡中所有未知節(jié)點進行自身定位。
(4) 利用固定節(jié)7的三維坐標定位未知節(jié)點8的三維坐標。
(5) 在目標節(jié)點10或11損壞或能源耗盡前，將該節(jié)點的坐標信息遷移到其 他節(jié)點，該節(jié)點可以是中心服務節(jié)點也可以是鄰居節(jié)點，如移動節(jié)點8或固定 節(jié)點7。
如圖1所示，該井下定位系統(tǒng)分成4個層次，分別為管理層次即地面調(diào)度 中心2和網(wǎng)絡管理中心1、數(shù)據(jù)交換層即路由器4和交換機5、無線調(diào)度通信終 端6、井下節(jié)點，將井下節(jié)點分成固定節(jié)點7，例如大型機械設備、抽水排風設 備和非固定節(jié)點8，預先設置固定節(jié)點的三維坐標到固定節(jié)點7中。在正常情況 下無線移動節(jié)點8和固定節(jié)點7可以通過無線通信終端6和主服務器即地面調(diào) 度中心2、網(wǎng)絡管理中心l進行聯(lián)系，如圖中左邊的巷道。在終端設備發(fā)生損壞 的情況下，移動節(jié)點選擇最近的節(jié)點進行聯(lián)系；在移動節(jié)點能源即將耗盡情況 下，遷移服務信息到多個固定節(jié)點設備或無線終端設備上，如圖中的右邊巷道。
無線傳感器網(wǎng)絡的眾多節(jié)點中,首先預先散布一些信標節(jié)點12,從這些信標 節(jié)點12開始，通過認知的自動發(fā)現(xiàn)功能，找到鄰居節(jié)點,計算它們的位置，然后 把己經(jīng)確定位置的節(jié)點都作為信標節(jié)點12，繼續(xù)發(fā)現(xiàn)并計算其他未知節(jié)點的位 置，最終對網(wǎng)絡中所有未知節(jié)點進行自身定位。
具體基于認知的自身定位過程包括選擇、吸收、操作和使用信息，在選擇 過程中固定節(jié)點和移動節(jié)點自動尋找最近范圍內(nèi)的有用無線傳感器終端節(jié)點， 當物理范圍最近無線傳感器終端節(jié)點出現(xiàn)損壞，選擇下一個次鄰接節(jié)點。在吸 收過程中井下固定節(jié)點吸收移動節(jié)點的信息，將移動節(jié)點中的信息遷移到固定
節(jié)點進行操作，按照需要返回源移動節(jié)點或提交地面中心節(jié)點。
如圖2在節(jié)點的操作過程中包含三個過程，分別是測距、定位和修正等三
個連續(xù)階段在測距階段中,通過認知測量信標節(jié)點12和鄰居節(jié)點8之間的距離; 在定位階段中,未知節(jié)點在計算出到達三個或三個以上信標節(jié)點12的距離后，利 用三邊測量法或極大似然估計法通過認知計算未知節(jié)點的坐標;在修正階段中， 通過移動認知對求得的節(jié)點的坐標進行求精，提高定位精度,減少誤差。
測量信標節(jié)點12到某個鄰居節(jié)點8之間的距離的主要方法是從信標節(jié)點 12發(fā)送一個包含自身位置信息和發(fā)送時間t 1的移動認知，接收認知的鄰居節(jié) 點記錄認知到達的時間t 2,通過計算t 2- t 1得到認知從信標節(jié)點12移動過來 的傳播時間t ;假設移動認知的傳播速度是v ，那么可以通過計算v X t得到信 標節(jié)點12到某鄰居節(jié)點的距離d 。
但是考慮到移動認知的傳播速度比較快,為了得到比較精確的傳送時間,將 上述算法進行改進。在移動認知中設置兩個計數(shù)器,一個用來記錄認知的移動次 數(shù),設置其初始值為a;另一個是時鐘計數(shù)器，設置其初始值為b(b>a)。讓認知在信 標節(jié)點12和某個鄰居節(jié)點之間來回移動。當認知開始移動的時候,時鐘計數(shù)器便 開始倒數(shù)計時;當認知到達鄰居節(jié)點的時候,移動次數(shù)計數(shù)器加l;當時鐘計數(shù)器 中值減為0時，認知到達鄰居節(jié)點后不再移動。這時假設移動次數(shù)計數(shù)器中值為 n,那么可以計算出移動認知從信標節(jié)點12傳播到某鄰居節(jié)點的時間為t =(b-a)/ n ,則可以計算出它們之間的距離為d = v (b-a)/ n 。
測距過程完成后，就要利用這些距離信息通過移動認知計算出節(jié)點的坐標。 在一個二維坐標系統(tǒng)中,己知未知節(jié)點到三個信標節(jié)點的距離就可以唯一確定這 個節(jié)點的坐標。因此，反復通過移動認知進行測距,測量出一個未知節(jié)點到三個信 標節(jié)點的距離，就可以通過傳遞認知過程用三邊測量法來計算其自身坐標。為了
使節(jié)點的定位更為精確，可以通過多個信標節(jié)點的認知進行多次測距計算，對得 到的坐標求數(shù)學期望，從而得到較為精確的節(jié)點坐標。此時，可以將該未知節(jié)點標 識為新的信標節(jié)點，參與其他未知節(jié)點的定位計算。
如圖3示，利用固定節(jié)點7的三維坐標，以認知中定位的距離為基礎，定 位未知節(jié)點在空間中的三維坐標。可以利用認知的多次遷移，多個節(jié)點間合作，
求出唯一的三維坐標。設三個固定節(jié)點的三維坐標為(al,bl,cl)、 (a2,b2,c2)、 (a3,b3,c3),—個移動節(jié)點的和三個固定節(jié)點間的距離為x、 y、 z。通過認知過程 可以得到移動節(jié)點和固定節(jié)點間的距離A、 B、 C。'可以得到移動節(jié)點的坐標。
如圖4所示，當待測移動節(jié)點的能量耗盡，或設備有損時，通過遷移認知， 將該節(jié)點坐標信息遷移到鄰近節(jié)點進行運算。
如圖5所示，定位信息的遷移可以進行多次的遷移，能夠容忍多節(jié)點的損 壞，既在最壞情況下仍可以通過遷移信道13或主服務信道14向主服務器節(jié)點 即無線調(diào)度通信終端6遷移。
權利要求
1、一種基于認知的井下無線定位方法，包括網(wǎng)絡管理中心(1)和地面調(diào)度中心(2)構(gòu)成的管理層、路由器(4)和交換機(5)構(gòu)成的數(shù)據(jù)交換層、無線調(diào)度通信終端(6)、井下固定節(jié)點(7)、井下非固定節(jié)點(8)、巷道平面(9)、設備損壞能源耗盡站點(10)、能源耗盡服務遷移站點(11)、信標節(jié)點(12)、遷移信道(13)、主服務信道(14)，其特征在于所述的定位方法包括如下步驟1)通過INTERNET(3)連接網(wǎng)絡管理中心(1)、地面調(diào)度中心(2)、路由器(4)、交換機(5)和無線調(diào)度通信終端(6)，在井下巷道平面(9)設置井下固定節(jié)點(7)和井下移動節(jié)點(8)，建立井上、井下有線、無線連接網(wǎng)絡；2)井下在固定節(jié)點(7)中設置三維坐標即為信標節(jié)點(12)；3)通過認知測量信標節(jié)點(12)和鄰居節(jié)點(8)之間的距離；4)通過認知計算出到達三個或三個以上信標節(jié)點(12)的距離后，利用三邊測量法或極大似然估計法通過認知計算未知節(jié)點的坐標；5)通過移動認知對求得的節(jié)點的坐標進行求精，提高定位精度。
2、 根據(jù)權利要求1所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于所 述的測量信標節(jié)點(12)到某個鄰居節(jié)點(8)之間的距離的主要方法是從信 標節(jié)點(12)發(fā)送一個包含自身位置信息和發(fā)送時間t 1的移動認知(8),接收 認知的鄰居節(jié)點記錄認知到達的時間t 2,通過計算t 2- t 1得到認知從信標節(jié)點(12)移動過來的傳播時間t ;假設移動認知的傳播速度是v,那么可以通過計算 v X t得到信標節(jié)點(12)到某鄰居節(jié)點的距離d 。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于 所述的測量信標節(jié)點(12)到某個鄰居節(jié)點之間的距離的算法是在移動認知中 設置兩個計數(shù)器,一個用來記錄認知的移動次數(shù),設置其初始值為a;另一個是時鐘 計數(shù)器,設置其初始值為b(b〉a);讓認知在信標節(jié)點(12)和某個鄰居節(jié)點之間 來回移動；當認知開始移動的時候,時鐘計數(shù)器便開始倒數(shù)計時;當認知到達鄰居 節(jié)點的時候,移動次數(shù)計數(shù)器加l;當時鐘計數(shù)器中值減為0時，認知到達鄰居節(jié) 點后不再移動；假設移動次數(shù)計數(shù)器中值為n ,那么可以計算出移動認知從信標 節(jié)點(12)傳播到某鄰居節(jié)點的時間為t—b-a)/n，則可以計算出它們之間的距 離為d = v(b-a)/n 。
4、 根據(jù)權利要求1所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于所述的距離信息通過移動認知計算出節(jié)點的坐標在一個二維坐標系統(tǒng)中，已知 未知節(jié)點到三個信標節(jié)點(12)的距離就可以唯一確定這個節(jié)點的坐標；因此， 反復通過移動認知進行測距,測量出一個未知節(jié)點到三個信標節(jié)點的距離,就可 以通過傳遞認知過程用三邊測量法來計算其自身坐標。
5、 根據(jù)權利要求4所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于所 述的測量計算方法是通過多個信標節(jié)點(12)的認知進行多次測距計算,對得到 的坐標求數(shù)學期望,從而得到較為精確的節(jié)點坐標；將該未知節(jié)點標識為新的信 標節(jié)點(12),參與其他未知節(jié)點的定位計算。
6、 根據(jù)權利要求1所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于所 述的定位方法是利用固定節(jié)點(7)的三維坐標，以認知中定位的距離為基礎， 定位未知節(jié)點在空間中的三維坐標；可以利用認知的多次遷移，多個節(jié)點間合 作，求出唯一的三維坐標；設三個固定節(jié)點的三維坐標為(al,bl,cl)、 (a2,b2,c2)、 (a3，b3，c3),—個移動節(jié)點的和三個固定節(jié)點間的距離為x、 y、 z;通過認知過程 可以得到移動節(jié)點和固定節(jié)點間的距離A、 B、 C，得到移動節(jié)點的坐標。
7、 根據(jù)權利要求l所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于所 述的定位方法說明當待測移動節(jié)點(10)的能量耗盡，或設備有損時，通過遷 移認知，將該節(jié)點坐標信息遷移到鄰近節(jié)點進行運算。
8、根據(jù)權利要求7所述的基于認知的井下無線定位方法，其特征在于所 述的定位信息的遷移可以進行多次的遷移，能夠容忍多節(jié)點的損壞，既在最壞 情況下仍可以通過遷移信道(13)或主服務信道(14)向主服務器節(jié)點無線調(diào)度通信終端(6)遷移。
全文摘要
本發(fā)明涉及礦井下目標定位方法，具體地說是涉及一種基于認知的井下無線定位方法。本發(fā)明所述的定位方法包括如下步驟1)建立井上、井下有線、無線連接網(wǎng)絡；2)井下在固定節(jié)點中設置三維坐標即為信標節(jié)點；3)通過認知測量信標節(jié)點和鄰居節(jié)點之間的距離；4)通過認知計算出到達三個或三個以上信標節(jié)點的距離后，通過認知計算未知節(jié)點的坐標；5)通過移動認知對求得的節(jié)點的坐標進行求精，提高定位精度。本發(fā)明優(yōu)點是采用認知的多次遷移和分布式計算以滿足井下定位中高精度、低能耗、抗損壞的需要，同時利用移動節(jié)點的二維坐標和固定節(jié)點的三維坐標來達到移動節(jié)點的精確三維定位。
文檔編號G01S5/14GK101359047SQ20081004619
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權日2008年9月23日
發(fā)明者劉麗麗, 劉蘊絡, 建 周, 周賢偉 申請人:西部礦業(yè)股份有限公司