本發(fā)明涉及定位領(lǐng)域，特別是涉及一種基于區(qū)域劃分的定位方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于煤礦井下事故頻繁發(fā)生，使得對井下人員的精確定位變得十分重要。目前通常采用的定位方法是：通過WSN(Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對煤礦井下人員的定位，為井下人員的救援工作提供依據(jù)。具體地，現(xiàn)有的WSN定位技術(shù)通過在煤礦井下布置傳感器節(jié)點(diǎn)(錨節(jié)點(diǎn))來定位井下人員所攜帶的未知節(jié)點(diǎn)的位置以確定井下人員的位置信息。

然而，由于煤礦井下人員的定位過程受到巷道截面、巷道的彎曲度、巷道的粗糙度、巷道壁的傾斜度和井下設(shè)備等多種環(huán)境的影響，測量得到的定位結(jié)果并不精確，未知節(jié)點(diǎn)的定位誤差較大，不利于井下人員的救援和安全監(jiān)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于區(qū)域劃分的定位方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的WSN定位技術(shù)存在的測量結(jié)果不準(zhǔn)確、定位準(zhǔn)確性差的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于區(qū)域劃分的定位方法，包括：

根據(jù)N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的位置和所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心，得到N個(gè)第一定位區(qū)域；其中，所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)包括與未知節(jié)點(diǎn)正常通信的錨節(jié)點(diǎn)，N≥3；

確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的第一隸屬區(qū)域；

根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所 述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

優(yōu)選地，根據(jù)N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的位置和所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心，得到N個(gè)第一定位區(qū)域，包括：

將所述第一加權(quán)質(zhì)心分別與所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)連接；

根據(jù)連接后的連接結(jié)果確定所述N個(gè)第一定位區(qū)域。

優(yōu)選地，根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置，包括：

計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第一隸屬區(qū)域的質(zhì)心，得到第二加權(quán)質(zhì)心；其中，所述第一隸屬區(qū)域包括：隸屬于所述第一隸屬區(qū)域的兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)和所述第一加權(quán)質(zhì)心；

根據(jù)所述兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)、所述第一加權(quán)質(zhì)心和所述第二加權(quán)質(zhì)心，得到三個(gè)第二定位區(qū)域；

確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述三個(gè)第二定位區(qū)域中的第二隸屬區(qū)域；

根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第二隸屬區(qū)域迭代確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

優(yōu)選地，根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第二隸屬區(qū)域確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置，包括：

根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第二隸屬區(qū)域進(jìn)行迭代計(jì)算，得到迭代結(jié)果；

根據(jù)所述迭代結(jié)果確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

優(yōu)選地，所述迭代結(jié)果包括：第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、···和第L加權(quán)質(zhì)心；其中，L為迭代次數(shù)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述迭代結(jié)果確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置，包括：

將第L加權(quán)質(zhì)心對應(yīng)的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；

或，

分別計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)與第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、····和第L加權(quán)質(zhì)心的距離，得到第K加權(quán)質(zhì)心，將所述第K加權(quán)質(zhì)心對的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；其中，所述未知節(jié)點(diǎn)與所述第K加權(quán)質(zhì)心的距離 最小，K≤L。

本發(fā)明還公開了一種基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)，包括：

獲取模塊，用于根據(jù)N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的位置和所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心，得到N個(gè)第一定位區(qū)域；其中，所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)包括與未知節(jié)點(diǎn)正常通信的錨節(jié)點(diǎn)，N≥3；

區(qū)域確定模塊，用于確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的第一隸屬區(qū)域；

位置確定模塊，用于根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

優(yōu)選地，獲取模塊，包括：

連接子模塊，用于將所述第一加權(quán)質(zhì)心分別與所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)連接；

第一確定子模塊，用于根據(jù)連接后的連接結(jié)果確定所述N個(gè)第一定位區(qū)域。

優(yōu)選地，位置確定模塊，包括：

質(zhì)心確定子模塊，用于計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第一隸屬區(qū)域的質(zhì)心，得到第二加權(quán)質(zhì)心；其中，所述第一隸屬區(qū)域包括：隸屬于所述第一隸屬區(qū)域的兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)和所述第一加權(quán)質(zhì)心；

獲取子模塊，根據(jù)所述兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)、所述第一加權(quán)質(zhì)心和所述第二加權(quán)質(zhì)心，得到三個(gè)第二定位區(qū)域；

第二確定子模塊，用于確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述三個(gè)第二定位區(qū)域中的第二隸屬區(qū)域；

位置確定子模塊，用于根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第二隸屬區(qū)域確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

優(yōu)選地，位置確定子模塊，用于根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第二隸屬區(qū)域進(jìn)行迭代計(jì)算，得到迭代結(jié)果；以及，根據(jù)所述迭代結(jié)果確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

優(yōu)選地，所述迭代結(jié)果包括：第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、···和第L 加權(quán)質(zhì)心；其中，L為迭代次數(shù)。

優(yōu)選地，位置確定子模塊，用于將第L加權(quán)質(zhì)心對應(yīng)的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；或，分別計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)與第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、····和第L加權(quán)質(zhì)心的距離，得到第K加權(quán)質(zhì)心，將所述第K加權(quán)質(zhì)心對的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；其中，所述未知節(jié)點(diǎn)與所述第K加權(quán)質(zhì)心的距離最小，K≤L。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明所述的基于區(qū)域劃分的定位方法可以根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)和加權(quán)質(zhì)心實(shí)現(xiàn)對區(qū)域的劃分，通過將錨節(jié)點(diǎn)組成區(qū)域劃分為更小的區(qū)域，使得未知節(jié)點(diǎn)所處區(qū)域更加明確，以降低測量誤差、提高定位的精度。此外，在本發(fā)明中，可以基于劃分的定位區(qū)域進(jìn)行多次迭代計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)多次迭代求解得到的多個(gè)加權(quán)質(zhì)心對未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，進(jìn)一步提高了定位精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中一種基于區(qū)域劃分的定位方法的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中一種N個(gè)第一定位區(qū)域的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二中一種基于區(qū)域劃分的定位方法的步驟流程圖；

圖4a是本發(fā)明實(shí)施例二中一種錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)的分布示意圖；

圖4b是本發(fā)明實(shí)施例二中一種第一定位區(qū)域的分布示意圖；

圖4c是本發(fā)明實(shí)施例二中一種第二定位區(qū)域的分布示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例二中一種巷道寬度為5m時(shí)的平均定位誤差結(jié)果示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例二中一種巷道寬度為8m時(shí)的平均定位誤差結(jié)果示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例二中一種巷道寬度為10m時(shí)的平均定位誤差結(jié)果示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例三中一種基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例三中一種優(yōu)選地基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

WSN(Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如，可以應(yīng)用于井下定位。在井下定位中，通過WSN技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)井下人員的定位，以為井下人員的救援工作提供依據(jù)。具體地，采用WSN進(jìn)行井下定位時(shí)可以通過在井下布置傳感器節(jié)點(diǎn)(錨節(jié)點(diǎn))來定位井下人員所攜帶的未知節(jié)點(diǎn)的位置，以確定井下人員的位置信息。

實(shí)施例一

參照圖1，示出了本發(fā)明實(shí)施例一中一種基于區(qū)域劃分的定位方法的步驟流程圖。在本實(shí)施例中，所述基于區(qū)域劃分的定位方法包括：

步驟102，根據(jù)N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的位置和所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心，得到N個(gè)第一定位區(qū)域。

在本實(shí)施例中，可以布置有多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)(如前所述，在井下布置的多個(gè)錨節(jié)點(diǎn))。優(yōu)選地，第一錨節(jié)點(diǎn)主要是指可以與未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常通信的錨節(jié)點(diǎn)，換而言之，第一錨節(jié)點(diǎn)是所述未知節(jié)點(diǎn)周圍一定范圍內(nèi)的錨節(jié)點(diǎn)，其數(shù)量可以是多個(gè)，優(yōu)選地，本實(shí)施例所述的第一錨節(jié)點(diǎn)為N個(gè)，N為大于等于3的整數(shù)。

在本實(shí)施例中，可以采用任意一種適當(dāng)?shù)募訖?quán)質(zhì)心算法計(jì)算得到所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的所述第一加權(quán)質(zhì)心。進(jìn)一步地，在得到所述第一加權(quán)質(zhì)心之后，可以根據(jù)所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)和得到的所述第一加權(quán)質(zhì)心得到N個(gè)第一定位區(qū)域。例如，N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)可以依次首尾閉合連接得到一個(gè)區(qū)域A，然后，可以將所述第一加權(quán)質(zhì)心依次與各個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，進(jìn)而將得到的所述區(qū)域A劃分為N個(gè)第一定位區(qū)域。

如圖2，示出了本發(fā)明實(shí)施例一中一種N個(gè)第一定位區(qū)域的示意圖。在圖2中，共有四個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)(即，N＝4)：錨節(jié)點(diǎn)E、錨節(jié)點(diǎn)F、錨節(jié)點(diǎn)H 和錨節(jié)點(diǎn)G，以及未知節(jié)點(diǎn)U、其中，錨節(jié)點(diǎn)E、錨節(jié)點(diǎn)F、錨節(jié)點(diǎn)H和錨節(jié)點(diǎn)G確定的區(qū)域?yàn)閰^(qū)域A，錨節(jié)點(diǎn)E、錨節(jié)點(diǎn)F、錨節(jié)點(diǎn)H和錨節(jié)點(diǎn)G的第一加權(quán)質(zhì)心為：加權(quán)質(zhì)心M。如前所述，可以將加權(quán)質(zhì)心M分別與所述錨節(jié)點(diǎn)E、錨節(jié)點(diǎn)F、錨節(jié)點(diǎn)H和錨節(jié)點(diǎn)G連接，進(jìn)而得到4個(gè)第一定位區(qū)域：定位區(qū)域1、定位區(qū)域2、定位區(qū)域3和定位區(qū)域4。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了的是，可以但并不僅限于將第一加權(quán)質(zhì)心依次與各個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接以得到N個(gè)第一定位區(qū)域。例如，還可以將第一加權(quán)質(zhì)心與第一錨節(jié)點(diǎn)采用間隔一定數(shù)量的錨節(jié)點(diǎn)的連接方式進(jìn)行連接，以得到第一定位區(qū)域，例如，在圖2中，可以將加權(quán)質(zhì)心M分別與錨節(jié)點(diǎn)E和錨節(jié)點(diǎn)H(即，間隔一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的連接方式)連接，以得到2個(gè)第一定位區(qū)域，本實(shí)施例對此不作限制。

步驟104，確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的第一隸屬區(qū)域。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，未知節(jié)點(diǎn)U位于所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的定位區(qū)域4，可以將所述未知節(jié)點(diǎn)具體所在的區(qū)域(即，定位區(qū)域4)確定為所述第一隸屬區(qū)域。其中，可以采用任意一種適當(dāng)?shù)姆绞絹泶_定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的位置以確定所述第一隸屬區(qū)域。例如，可以但不僅限于通過距離測試比較的方式來確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的位置。

步驟106，根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

在本實(shí)施例中，在確定所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第一隸屬區(qū)域之后，可以以所述第一隸屬區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，采用如上述步驟102和104的方式進(jìn)行迭代循環(huán)計(jì)算，依次得到多個(gè)加權(quán)質(zhì)心：加權(quán)質(zhì)心2、加權(quán)質(zhì)心3、···加權(quán)質(zhì)心n等，其中，n為大于等于1的整數(shù)。

如圖2所示，以依次迭代過程為例進(jìn)行說明，第一隸屬區(qū)域?yàn)樗龆ㄎ粎^(qū)域4，可以采用如步驟102所述的方式，根據(jù)定位區(qū)域4中所包括的錨節(jié)點(diǎn)E、錨節(jié)點(diǎn)G和加權(quán)質(zhì)心M，以及所述定位區(qū)域4中所包括的錨節(jié)點(diǎn)E、 錨節(jié)點(diǎn)G和加權(quán)質(zhì)心M的第二加權(quán)質(zhì)心，可以進(jìn)一步得到3個(gè)第二定位區(qū)域(△EMU、△MGU和△EGU)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了的是，采用上述迭代方式依次可以得到多個(gè)加權(quán)質(zhì)心。優(yōu)選地，可以從得到的多個(gè)加權(quán)質(zhì)心中選擇一個(gè)最佳的加權(quán)質(zhì)心，將所述最佳的加權(quán)質(zhì)心的位置作為所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。需要說明的是，由于錨節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)是已知的，故，基于各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)所得到的各個(gè)加權(quán)質(zhì)心的位置坐標(biāo)也是已知的。所述最佳的加權(quán)質(zhì)心可以通過依次計(jì)算位置節(jié)點(diǎn)與各個(gè)加權(quán)質(zhì)心之間的距離，通過距離比較的方式，將距離結(jié)果最小的加權(quán)質(zhì)心作為所述最佳的加權(quán)質(zhì)心。

當(dāng)然，在本實(shí)施例中，也可以直接將得到的第一加權(quán)質(zhì)心的位置作為所述未知節(jié)點(diǎn)的位置，本實(shí)施例對此不作限制。

綜上所述，本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法可以根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)和加權(quán)質(zhì)心實(shí)現(xiàn)對區(qū)域的劃分，通過將錨節(jié)點(diǎn)組成區(qū)域劃分為更小的區(qū)域，使得未知節(jié)點(diǎn)所處區(qū)域更加明確，以降低測量誤差、提高定位的精度。此外，在本實(shí)施例中，可以基于劃分的定位區(qū)域進(jìn)行多次迭代計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)多次迭代求解得到的多個(gè)加權(quán)質(zhì)心對未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，進(jìn)一步提高了定位精度。

實(shí)施例二

參照圖3，示出了本發(fā)明實(shí)施例二中一種基于區(qū)域劃分的定位方法的步驟流程圖。在本實(shí)施例中，所述基于區(qū)域劃分的定位方法包括：

步驟302，確定N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心。

在本實(shí)施例中，所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)包括與未知節(jié)點(diǎn)正常通信的錨節(jié)點(diǎn)，也即，所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)間可以進(jìn)行信息的傳遞和交互，所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)。其中，N可以但不僅限于是大于等于3的整數(shù)。

優(yōu)選地，可以采用任意一種適當(dāng)?shù)姆绞接?jì)算得到所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的所述第一加權(quán)質(zhì)心。例如，可以但不僅限于采用基于RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收的信號強(qiáng)度指示)的加權(quán)質(zhì)心算法來計(jì)算所述N個(gè) 第一錨節(jié)點(diǎn)的加權(quán)質(zhì)心。

優(yōu)選地，以3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的加權(quán)質(zhì)心計(jì)算為例進(jìn)行說明：加權(quán)質(zhì)心的坐標(biāo)為(x，y)，則：

其中，3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)分別為錨節(jié)點(diǎn)A、錨節(jié)點(diǎn)B和錨節(jié)點(diǎn)C，dA、dB和dC分別是錨節(jié)點(diǎn)A、錨節(jié)點(diǎn)B和錨節(jié)點(diǎn)C到未知節(jié)點(diǎn)的距離，α是修正系數(shù)，dA^α、dB^α和dC^α則分別是指dA、dB和dC經(jīng)過修正系數(shù)α的加權(quán)處理后得到的加權(quán)距離。在已知dA、dB和dC、以及α?xí)r，可以確定x和y的值，也即，確定加權(quán)質(zhì)心的位置坐標(biāo)。

優(yōu)選地，dA、dB和dC可以但不僅限于通過RSSI測距來實(shí)現(xiàn)。其中，RSSI測距的通用公式如下：

其中，p(d)表示距離發(fā)射機(jī)為d時(shí)接收端接收到的信號強(qiáng)度，也就是RSSI值；P(d₀)表示距離發(fā)射機(jī)為d₀時(shí)接收端接收到的信號強(qiáng)度，d₀是參考距離；η是路徑損耗指數(shù)，通常由實(shí)際測量得到，障礙物越多，η越大，從而接收到的平均能量下降的速度就會(huì)隨著距離的增加而變得越來越快?？梢?，通過RSSI測距可以計(jì)算得到d的值。

需要說明的是，基于RSSI的質(zhì)心加權(quán)算法中錨節(jié)點(diǎn)的無線信號通信半徑通常遠(yuǎn)大于普通節(jié)點(diǎn)的通信半徑，因此本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法在定位過程中無需設(shè)置太多的錨節(jié)點(diǎn)，在減少錨節(jié)點(diǎn)設(shè)置數(shù)量、降低成本的同時(shí)保證了定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。

步驟304，根據(jù)N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的位置和所述第一加權(quán)質(zhì)心，得到N個(gè)第一定位區(qū)域。

在本實(shí)施例中，一種可行的得到N個(gè)第一定位區(qū)域的方式可以如下：將所述第一加權(quán)質(zhì)心分別與所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)連接；根據(jù)連接后的連接結(jié)果確定所述N個(gè)第一定位區(qū)域。

在本實(shí)施例中，可以將上述計(jì)算得到的N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心分別與所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)連接，連接完成后，第一加權(quán)質(zhì)心與N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的連線可以將所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)首尾閉合連接所確定的區(qū)域劃分為所述N個(gè)第一定位區(qū)域。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了的是，也可以采用其他任意一種適當(dāng)?shù)姆绞絹淼玫絅個(gè)第一定位區(qū)域，又或者，可以但不僅限于得到N個(gè)第一定位區(qū)域，也可以得到其他任意適當(dāng)數(shù)量的第一定位區(qū)域，本實(shí)施例對此不作限制。

本實(shí)施例以四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)為例進(jìn)行說明，如圖4a，示出了一種錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)的分布示意圖。優(yōu)選地，第一錨節(jié)點(diǎn)為四個(gè)：錨節(jié)點(diǎn)A、錨節(jié)點(diǎn)B、錨節(jié)點(diǎn)C和錨節(jié)點(diǎn)D；未知節(jié)點(diǎn)為：未知節(jié)點(diǎn)U。圖4a中的A、B、C和D分別代表錨節(jié)點(diǎn)A、錨節(jié)點(diǎn)B、錨節(jié)點(diǎn)C和錨節(jié)點(diǎn)D，U代表未知節(jié)點(diǎn)U。錨節(jié)點(diǎn)A、錨節(jié)點(diǎn)B、錨節(jié)點(diǎn)C和錨節(jié)點(diǎn)D確定的區(qū)域?yàn)椋簠^(qū)域ABCD。

進(jìn)一步地，可以得到錨節(jié)點(diǎn)A、錨節(jié)點(diǎn)B、錨節(jié)點(diǎn)C和錨節(jié)點(diǎn)D的第一加權(quán)質(zhì)心，即，圖4b中所示的點(diǎn)M₁。依次可以連接得到如圖4b中所示的線段AM₁、線段BM₁、線段CM₁和線段DM₁。線段AM₁、線段BM₁、線段CM₁和線段DM₁將區(qū)域ABCD劃分為對應(yīng)的4個(gè)第一定位區(qū)域：△CAM₁、△ABM₁、△BDM₁和△DCM₁。

步驟306，確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的第一隸屬區(qū)域。

如上述圖4b中所示，可以確定未知節(jié)點(diǎn)U位于△ABM₁內(nèi)，故，可以將所述△ABM₁確定為所述第一隸屬區(qū)域。需要說明的是，在本實(shí)施例中，可以但不僅限于通過RSSI測距方式來確定未知節(jié)點(diǎn)U的所屬區(qū)域。

步驟308，根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

在本實(shí)施例中，可以直接將第一加權(quán)質(zhì)心的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。優(yōu)選地，可以根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。其中，迭代次數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇確定，下面以一次迭代過程為例進(jìn)行說明，其他的迭代(如二次迭代)可以參照所述一次迭代過程：

計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第一隸屬區(qū)域的質(zhì)心，得到第二加權(quán)質(zhì)心；根據(jù)所述兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)、所述第一加權(quán)質(zhì)心和所述第二加權(quán)質(zhì)心，得到三個(gè)第二定位區(qū)域；確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述三個(gè)第二定位區(qū)域中的第二隸屬區(qū)域；根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第二隸屬區(qū)域確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

在本實(shí)施例中，所述第一隸屬區(qū)域包括：隸屬于所述第一隸屬區(qū)域的兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)和所述第一加權(quán)質(zhì)心。如圖4b，未知節(jié)點(diǎn)U所在的第一隸屬區(qū)域?yàn)椤鰽BM₁，故，計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第一隸屬區(qū)域的質(zhì)心也即計(jì)算△ABM₁的質(zhì)心，并將計(jì)算得到的△ABM₁的質(zhì)心作為第二加權(quán)質(zhì)心，即圖4c中所示的點(diǎn)M₂。其中，第二加權(quán)質(zhì)心的計(jì)算方法可以參照上述第一加權(quán)質(zhì)心的計(jì)算，不再贅述。

需要說明的是，在得到第二加權(quán)質(zhì)心的步驟之后，若是不再繼續(xù)進(jìn)行迭代，則可以直接比較第一加權(quán)質(zhì)心和第二加權(quán)質(zhì)心，選擇第一加權(quán)質(zhì)心或第二加權(quán)質(zhì)心對應(yīng)的位置作為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置。若要繼續(xù)進(jìn)行迭代，則可以繼續(xù)據(jù)所述兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)、所述第一加權(quán)質(zhì)心和所述第二加權(quán)質(zhì)心，得到三個(gè)第二定位區(qū)域(如圖4c中所示的△ABM₂、△AM1M₂和△BM₂M₁)；確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述三個(gè)第二定位區(qū)域中的第二隸屬區(qū)域。也即，可以以確定的所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第二隸屬區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行迭代，繼續(xù)得到迭代結(jié)果：第三加權(quán)質(zhì)心、···和第L加權(quán)質(zhì)心；其中，L可以但不僅限于為大于等于1的整數(shù)。

優(yōu)選地，若迭代得到的加權(quán)質(zhì)心為多個(gè)，如L個(gè)加權(quán)質(zhì)心，則可以直接將第L加權(quán)質(zhì)心對應(yīng)的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置。或者，也可以分別計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)與第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、····和第L加權(quán)質(zhì) 心的距離，得到第K加權(quán)質(zhì)心，將所述第K加權(quán)質(zhì)心對的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；其中，所述未知節(jié)點(diǎn)與所述第K加權(quán)質(zhì)心的距離最小，K≤L。通過多次位置的計(jì)算及比較，提高了最終確定的未知節(jié)點(diǎn)的位置的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步優(yōu)選地，本實(shí)施例以下述仿真實(shí)例結(jié)果對本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果(提高未知節(jié)點(diǎn)的定位的準(zhǔn)確性)進(jìn)行說明。

在本實(shí)施例中，可以采用鏈?zhǔn)矫芗姆绞絹聿贾酶鱾€(gè)錨節(jié)點(diǎn)，也即，將錨節(jié)點(diǎn)置于有立柱的一側(cè)。在仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用不同的巷道寬度作為變量，并設(shè)定巷道寬度分別為5m、8m、10m；錨節(jié)點(diǎn)的通信半徑為50m，錨節(jié)點(diǎn)的間隔為20m，未知節(jié)點(diǎn)最多可接收的RSSI值的個(gè)數(shù)為4，K＝3，p(d₀)＝-30dB，η＝2.5。為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，設(shè)置進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)500次。改變修正系數(shù)α，得到仿真結(jié)果如圖5、圖6和圖7所示。其中，圖5、圖6、圖7分別示出了巷道寬度為5m、8m、10m時(shí)的基于本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法與傳統(tǒng)的定位算法在平均定位誤差上的比較結(jié)果。具體地：

圖5的仿真結(jié)果表明：巷道寬度為5m時(shí)，利用本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法在α為5時(shí)可以得到最佳定位效果，其平均定位誤差為1.0891m；利用傳統(tǒng)的定位算法在α為7時(shí)得到最佳定位效果，其平均定位誤差為2.0083m。其中，線1為采用本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法得到的平均定位誤差的曲線，線2為采用傳統(tǒng)的定位算法得到的平均定位誤差的曲線。

圖6的仿真結(jié)果表明：巷道寬度為8m時(shí)，利用本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法在α為5時(shí)取得最佳定位效果，其平均定位誤差為1.0271m；利用傳遞的定位算法在α為1時(shí)取得最佳定位效果，其平均定位誤差為2.0007m。其中，線3為采用本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法得到的平均定位誤差的曲線，線4為采用傳統(tǒng)的定位算法得到的平均定位誤差的曲線。

圖7是仿真結(jié)果表明：巷道寬度為10m時(shí)，利用本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法在α為4時(shí)取得最佳定位效果，平均定位誤差為1.0362m； 利用傳統(tǒng)的定位算法在α為6時(shí)取得最佳定位效果，平均定位誤差為2.0173m。其中，線5為采用本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法得到的平均定位誤差的曲線，線6為采用傳統(tǒng)的定位算法得到的平均定位誤差的曲線。

從上面的仿真結(jié)果可以得知，在不同巷道寬度情況下，改變修正系數(shù)的值可以得到最佳的定位精度，并且還可用通過實(shí)驗(yàn)得到最佳的修正系數(shù)的值，使得定位精度達(dá)到最大。通過對本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法與傳統(tǒng)的定位算法的比較可知，本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法得到的平均定位誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的定位算法得到的平均誤差，本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法在三種巷道寬度下分別將定位誤差平均降低了1.0337m，1.0474m，1.1061m，可見，本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法有效降低了對未知節(jié)點(diǎn)的定位誤差，提高了確定的未知節(jié)點(diǎn)的位置的準(zhǔn)確性。

可見，本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位方法在修正加權(quán)質(zhì)心定位算法基礎(chǔ)上將錨節(jié)點(diǎn)組成的區(qū)域劃分，使未知節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域更加明確，從而提高定位精度。例如，可以將錨節(jié)點(diǎn)組成區(qū)域劃分為多個(gè)較小的三角形區(qū)域，如果有N個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，那么則可以將錨節(jié)點(diǎn)組成的區(qū)域劃分為N個(gè)三角形區(qū)域；判斷未知節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域，求所述未知節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域的加權(quán)質(zhì)心；然后，可以重復(fù)加權(quán)質(zhì)心的計(jì)算和區(qū)域劃分的步驟，進(jìn)行多次迭代；最后，根據(jù)多次迭代得到的結(jié)果定位未知節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了未知節(jié)點(diǎn)的定位精度。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，考慮到多次迭代會(huì)增加算法的復(fù)雜度，并且消耗時(shí)間較長，不利于實(shí)時(shí)地獲取井下人員的未知信息，因此，本實(shí)施例將限制迭代次數(shù)為L。但是由于限制了迭代次數(shù)，通過L次迭代得到的加權(quán)質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的定位并不十分準(zhǔn)確，為保證定位的準(zhǔn)確性，將分別比較L次得到的加權(quán)質(zhì)心與未知節(jié)點(diǎn)的距離，取距離最近的加權(quán)質(zhì)心位置作為定位得到的未知節(jié)點(diǎn)位置，保證了定位精度。其中，L的取值包括但不僅限于3次或6次等適當(dāng)數(shù)值。

需要說明的是，對于前述的方法實(shí)施例，為了簡單描述，故將其都表述 為一系列的動(dòng)作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序的限制，因?yàn)橐罁?jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或者同時(shí)進(jìn)行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說明書中所描述的實(shí)施例均屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的動(dòng)作并不一定是本發(fā)明所必需的。

實(shí)施例三

基于與上述方法實(shí)施例同一發(fā)明構(gòu)思，參照圖8，示出了本發(fā)明實(shí)施例三中一種基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。在本實(shí)施例中，所述基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)包括：

獲取模塊802，用于根據(jù)N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的位置和所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)的第一加權(quán)質(zhì)心，得到N個(gè)第一定位區(qū)域。其中，所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)包括與未知節(jié)點(diǎn)正常通信的錨節(jié)點(diǎn)，N≥3。

區(qū)域確定模塊804，用于確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述N個(gè)第一定位區(qū)域中的第一隸屬區(qū)域。

位置確定模塊806，用于根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第一隸屬區(qū)域，基于迭代算法確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

進(jìn)一步地，參照圖9，示出了本發(fā)明實(shí)施例三中一種優(yōu)選地基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

優(yōu)選地，所述獲取模塊802可以包括：連接子模塊8022，用于將所述第一加權(quán)質(zhì)心分別與所述N個(gè)第一錨節(jié)點(diǎn)連接；第一確定子模塊8024，用于根據(jù)連接后的連接結(jié)果確定所述N個(gè)第一定位區(qū)域。

優(yōu)選地，所述位置確定模塊806可以包括：質(zhì)心確定子模塊8062，用于計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第一隸屬區(qū)域的質(zhì)心，得到第二加權(quán)質(zhì)心；其中，所述第一隸屬區(qū)域包括：隸屬于所述第一隸屬區(qū)域的兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)和所述第一加權(quán)質(zhì)心；獲取子模塊8064，根據(jù)所述兩個(gè)第二錨節(jié)點(diǎn)、所述第一加權(quán)質(zhì)心和所述第二加權(quán)質(zhì)心，得到三個(gè)第二定位區(qū)域；第二確定子模塊8066，用于確定所述未知節(jié)點(diǎn)在所述三個(gè)第二定位區(qū)域中的第二隸屬區(qū)域；位置確定子模塊8068，用于根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)的所在的第二隸屬區(qū)域確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述位置確定子模塊8068，具體可以用于根據(jù)確定的所述未知節(jié)點(diǎn)所在的第二隸屬區(qū)域進(jìn)行迭代計(jì)算，得到迭代結(jié)果；以及，根據(jù)所述迭代結(jié)果確定所述未知節(jié)點(diǎn)的位置。其中，所述迭代結(jié)果可以包括：第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、···和第L加權(quán)質(zhì)心；其中，L為迭代次數(shù)。

在本實(shí)施例的另一優(yōu)選方案中，所述位置確定子模塊8068，具體可以用于將第L加權(quán)質(zhì)心對應(yīng)的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；或，分別計(jì)算所述未知節(jié)點(diǎn)與第一加權(quán)質(zhì)心、第二加權(quán)質(zhì)心、····和第L加權(quán)質(zhì)心的距離，得到第K加權(quán)質(zhì)心，將所述第K加權(quán)質(zhì)心對的位置確定為所述未知節(jié)點(diǎn)所在的位置；其中，所述未知節(jié)點(diǎn)與所述第K加權(quán)質(zhì)心的距離最小，K≤L。

綜上所述，本實(shí)施例所述的基于區(qū)域劃分的定位系統(tǒng)可以根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)和加權(quán)質(zhì)心實(shí)現(xiàn)對區(qū)域的劃分，通過將錨節(jié)點(diǎn)組成區(qū)域劃分為更小的區(qū)域，使得未知節(jié)點(diǎn)所處區(qū)域更加明確，以降低測量誤差、提高定位的精度。此外，在本實(shí)施例中，可以基于劃分的定位區(qū)域進(jìn)行多次迭代計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)多次迭代求解得到的多個(gè)加權(quán)質(zhì)心對未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，進(jìn)一步提高了定位精度。

對于裝置實(shí)施例而言，由于其與方法實(shí)施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。

以上對本發(fā)明所提供的一種基于區(qū)域劃分的定位方法和系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。