CN101017199A - 基于无线传感器网络的集装箱定位的方法、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的集装箱定位的方法、系统及应用。基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，它是在一个有限的场地内网状间隔的设置固定的信标节点，信标节点与该场地内可移动的定位节点之间进行无线通信，可移动的定位节点利用至少四个信标节点的位置坐标信息，定位节点算出定位节点与信标节点的距离，计算出自身的三维坐标信息；定位节点再将自身的三维坐标信息传给后台主机节点或传给信标节点，信标节点再将定位节点自身的三维坐标信息传给后台主机。本发明将无线传感器技术应用于货场集装箱实时精确定位领域中，克服了广泛采用的GPS定位系统成本高、定位不精确和维护困难等缺点，利用无线通信技术和定位算法实现了一种定位精度高，成本低廉，安装灵活简单，维护简单的实时集装箱定位系统。

Description

基于无线传感器网络的集装箱定位的方法、系统及应用

技术领域

本发明属于可移动物体的定位技术，特别提供了一种基于无线传感器网络技术的集装箱定位的方法及系统。

背景技术

无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一，是众多的传感器节点通过无线通信的方式相互联系，处理并传递信息的网络。该网络的实现综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途，其研究、开发和应用关系到国家安全、经济发展等各个重大方面，近年来在国际上引起了广泛的关注。目前，将无线传感器网络用于实际应用的专利有：

2006-12-6公开的专利：CN200610089521.4，题目：《基于无线传感器网络的大型流程工业设备现场级监测系统》。基于无线传感器网络的大型流程工业设备现场级监测系统，属于工业设备远程监测与故障诊断领域。系统包括：安装在设备上用于采集设备监测数据的无线传感器节点(1)、对数据进行中继传输的骨干节点(2)、收集数据并将数据汇入企业内部网的网关(3)。根据不同的应用需求，以骨干节点、传感器节点或者网关作为簇头生成现场级数据采集簇的过程以及簇内节点向簇头进行无碰撞数据传输的过程。本发明的优点在于：克服了传统有线数据采集方式安装和维护成本高、恶劣环境下难以采集数据的困难，利用无线通信技术和嵌入式技术，实现了一种维护成本低，安装方便，适应环境广泛的无线数据采集方式。

2006-5-24公开的专利：CN200510126233.7，题目：《基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统、装置及方法》。本发明涉及一种基于无线传感器网络的微量爆炸物监测系统、装置及方法。它由监控管理中心、监控基站和网络节点构成。监控基站一方面通过有线方式和主控计算机进行通信并能接入骨干网络，同时以无线方式和网络节点进行通信，构成无线动态监测网络。无线节点内具有微型固态爆炸物化学传感器和无线通信设备，可以完成化学成分检测、节点定位、节点运动等功能。监控基站使用有线通信与无线通信相结合的方法，将采集的来自节点的数据信息传输至骨干网络上的监控管理中心。该系统可以在不同规模的公共场所和特殊需求场所进行对微量爆炸物的监测、危险源定位、报警等，有利于面向公共安全的预警工作。

2005-11-9公开的专利：CN200510071144.7，题目：《一种基于无线传感器网络的井下定位系统、装置及方法》。本发明涉及矿井安全监控领域，基于无线传感器网络的井下定位系统、装置及方法。系统包括：内置于矿灯内的带定位的移动节点、连接有线和无线网络的网关、系统管理中心。方法包括：基于射频信号强度的移动节点相对位置定位方法；移动节点和网关结合的精确定位方法；连接井上和井下的有线通信系统，实现移动人员和设备的精确定位方法。本发明可广泛应用于各种矿井的井下工作人员或移动设备的精确定位。日常工作的人员调度指挥、安全监督、考勤。该定位系统，可提高矿山的管理水平和工作效率。特别是当意外事故发生后，依靠定位系统对人员的精确定位以及遇难人员的位置历史记录信息，能加快事后救援进度，减少事故造成的损失。

2005-6-29公开的专利：CN 200410009853.8，题目：《基于无线传感器网络的医疗监护系统、装置及方法》。本发明涉及医疗监护技术领域，特别是一种基于无线传感器网络的医疗监护系统、装置及方法。包括家庭监护系统传感器网络的第一层网络和社区及医院的监护系统传感器网络，通过社区及医院局域网连接于社会联动网络。在人体周围由监护基站设备和生物医疗传感器节点构成第一层网络；在第一层网络、普通网络之间由监护基站组成第二层网络；通过Internet互联网组成社会联动的第三层网络。方法包括：医疗监护系统的方法，医疗监护第一层网络工作的方法，社会医疗网联动的方法，监护基站设备的方法，监护传感器节点的方法。可广泛应用于家庭医疗监护或医院医疗监护以及社区医疗、多社区联动及整个社会联动的应用场合。

而现在尚未文献公开有在一个有限的场地内利用无线传感器，通过距离测量及信标节点的坐标信息计算出可移动物体的位置信息，以实现可移动物体的定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的可移动物体定位的方法及系统，特别是货场中集装箱定位。

集装箱运输生产工艺主要包括装箱、卸箱、集箱、提箱和清场5个基本部分。5种工艺都是围绕堆场集装箱位置进行数据交换的。堆场轮胎吊移动工作站获取当前操作的集装箱实时信息，输出吊具转锁控制信号，实现堆场内集装箱装船、卸船、集港和提箱等的准确操作。而这些工艺的自动化和机械化是实现集装箱运输生产管理信息系统的基本条件。集装箱码头生产管理信息系统的先进程度是反映一个企业现代化管理水平的一个重要标志，对当今参与国际集装箱运输竞争的专业集装箱运输企业来说显得尤为重要。所以实现大型集装箱精确实时定位有着重要的现实意义。

本发明的技术方案之一为：它是在一个有限的场地内网状间隔设置固定的信标节点，信标节点与该场地内可移动的定位节点之间进行无线通信，可移动的定位节点接收至少四个信标节点的位置坐标信息，定位节点利用信标节点位置坐标信息计算出自身的三维坐标信息；定位节点再将自身的三维坐标信息传给后台主机节点或传给信标节点，信标节点再将定位节点自身的三维坐标信息传给后台主机。

可移动的定位节点接收信标节点的两个信号信息，利用两个信号信息到达的时间差算出定位节点与信标节点的距离，再利用定位节点与信标节点的距离及信标节点的位置坐标信息精确的计算出自身的三维坐标信息。

本发明的技术方案之二为：基于无线传感器网络的集装箱定位的应用，它是在一个有限的场地内网状间隔设置固定的信标节点，信标节点与该场地内可移动的定位节点之间进行无线通信，可移动的定位节点接收至少四个信标节点的位置坐标信息，定位节点利用信标节点位置坐标信息计算出自身的三维坐标信息；定位节点再将自身的三维坐标信息传给后台主机节点或传给信标节点，信标节点再将定位节点自身的三维坐标信息传给后台主机。

本发明的技术方案之三为：基于无线传感器网络的集装箱定位系统，它包括：

一个有限的场地内网状间隔的设置固定的信标节点：用于向定位节点发送自身坐标信息；

可移动的定位节点：用于接收信标节点坐标信息，计算自身定位节点与信标节点之间的距离，再依据信标节点坐标信息及距离计算定位节点自身的三维坐标位置并向后台主机节点或信标节点传送定位节点自身的三维坐标位置信息；

后台主机节点：用于查询和管理可移动的定位节点和固定的信标节点位置信息；

无线网络设备：用于实现可移动的定位节点、固定的信标节点和后台主机节点之间的无线通信。

所述信标节点包括：

主控单元：包括计算单元和存储单元，用于信息控制及存储；

无线通信单元：用于与定位节点、其他信标节点及后台主机节点无线通信及向定位节点发送第一信号信息；

第二信号发送单元：用于发送向定位节点第二信号信息；

可供电单元：用于给自身信标节点提供电力。

所述可移动的定位节点包括：

主控单元：包括计算单元和存储单元，用于计算自身定位节点的三维坐标信息及信息控制；

无线通信单元：用于与信标节点之间的无线通信及接收信标节点的第一信号信息；

第二信号接收单元：用于接收信标节点第二信号信息；

可供电单元：用于给自身定位节点提供电力。

将信标节点在货场中纵横间隔固定设置，每个集装箱内安装一个定位节点。

本发明将无线传感器技术应用于货场集装箱实时精确定位领域中，克服了广泛采用的GPS定位系统成本高、定位不精确和维护困难等缺点，利用无线通信技术和定位算法实现了一种定位精度高，成本低廉，安装灵活简单，维护简单的实时集装箱定位系统。

附图说明

图1基于无线传感器网络的集装箱定位系统示意图。

图2本发明的无线传感器信标节点的结构图。

图3本发明的无线传感器定位节点的结构图。

图4本发明的无线传感器定位节点实现定位功能的流程图。

图5本发明的基于无距离的传感器节点实现定位功能的流程图。

图6本发明的无线传感器定位节点将计算更新后的信息传递给中心管理主机的流程图。

图7本发明的无线传感器定位节点程序流程图。

图8本发明的信标节点程序流程图。

图9本发明的中心管理主机查询无线传感器定位节点位置信息的流程图。

图10中心管理主机系统的结构图

具体实施方式

本发明具有可有两个实施方式，其一是定位节点只接收信标节点的位置信息，利用质心定位计算法估算出自身的坐标信息；其二是定位节点在接收信标节点的位置信息同时接收来自信标节点的第二信号，利用两个信号信息到达的时间差算出定位节点与信标节点的距离，再利用定位节点与信标节点的距离及信标节点的位置坐标信息精确的计算出自身的三维坐标信息。

实施例1：它是定位节点的精确定位。

如图1所示，将信标节点1在货场中纵横间隔固定设置，每个集装箱内或外安装一个定位节点2。本发明的无线传感器就是定位节点2。后台主机节点3为中心管理主机：用于查询和管理可移动的定位节点和固定的信标节点位置信息。

如图2所示，信标节点包括计算单元和存储单元，用于计算自身定位节点的三维坐标信息及信息控制；无线通信单元：用于与信标节点之间的无线通信及接收信标节点的第一信号信息；第二信号接收单元：用于接收信标节点第二信号信息；所述第一信号信息为射频信号，射频信号中承载信标节点的信息；所述第二信号信息为超声波信号。可供电单元：用于给自身定位节点提供电力。无线网络信标节点周期性发送包含其位置信息和状态信息的无线射频信号；无线射频信号收发单元接收无线传感器定位节点发送的数据，利用固定的网络路由，将这些数据转发到管理主机。在硬件系统上构建定位节点的嵌入式操作系统，管理通信和计算等功能。所述操作系统可采用TinyOS操作系统。

如图3所示，设在集装箱内或外的定位节点包括：计算单元和存储单元，用于计算自身定位节点的三维坐标信息及信息控制；无线通信单元(采用低功耗无线射频信号收发单元)：用于与信标节点之间的无线通信及接收信标节点的第一信号信息即无线低功耗无线射频信号收发单元；第二信号接收单元：用于接收信标节点第二信号信息，即超声波信号接收单元；供电检测单元：用于检测自身的供电电量采用并实现低电力报警。可供电单元为定位节点提供电力采用锂电池供电；系统嵌入式操作系统为TinyOS操作系统。

如图4所示：本发明的无线传感器定位节点实现定位功能的流程图。无线传感器定位节点2通过其周围的无线传感器信标节点1通信获得邻近信标节点的坐标和距离，然后利用自身的计算能力计算出自己的位置坐标。

具体计算步骤如下

步骤S4-1：首先在定位区域根据定位要求精度和现场的实际情况尽可能地平均密度地放置无线信标节点，配置供电设备。

步骤S4-2：设置信标节点的基本信息，主要包括信标节点的坐标位置和无线数据路由表，周期性同时广播射频信号和超声波信号，并监听定位节点的无线射频信号。

步骤S4-3：定位节点接收到射频信号后打开超声波信号接收器，同时接收射频信号和超声波信号。

步骤S4-4：定位节点在存储器中分别记录射频信号和超声波信号的到达时间。

步骤S4-5：定位节点根据其收到同一个信标节点发出的射频信号和超声波信号到达的时间差，计算其与该信标节点的距离。

步骤S4-6：当定位节点获取信息的周围信标节点四个或超过四个时，即四个信标节点的信息或四个以上的信标节点的信息，利用四边定位或极大似然估计法计算其坐标值。

步骤S4-7：将该坐标值存储到节点的位置记录中。

所述信标节点的距离：信标节点同时发射无线射频信号和超声波信号，定位节点记录两种信号的到达时间T₁和T₂，已知无线射频信号和超声波的传播速度为c₁和c₂，那么两点之间的距离为(T₂-T₁)×S，其中 $S=\frac{c_1{c}_2}{c_1-c_2}.$

所述四边定位计算法：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}2(x_a-x_d)& 2(y_a-y_d)& 2(z_a-z_d)\\ 2(x_b-x_d)& 2(y_b-y_d)& 2(z_b-z_d)\\ 2(x_c-x_d)& 2(y_c-y_d)& 2(z_c-z_d)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{x_a}^2-{x_d}^2+{y_a}^2-{y_d}^2+{z_a}^2-{z_d}^2+{d_d}^2-{d_a}^2\\ {x_b}^2-{x_d}^2+{y_b}^2-{y_d}^2+{z_b}^2-{z_d}^2+{d_d}^2-{d_b}^2\\ {x_c}^2-{x_d}^2+{y_c}^2-{y_d}^2+{z_c}^2-{z_d}^2+{d_d}^2-{d_c}^2\end{array}\right]$

其中：其中，已知A、B、C、D四个信标节点的坐标分别为(x_a，y_a，z_a)、(x_b，y_b，z_b)、(x_c，y_c，z_c)、(x_d，x_d，z_d)，以及他们与定位节点E的距离分别为d_a，d_b，d_c，d_e。定位节E的坐标为(x，y，z)。

所述极大似然估计法计算法为：

$\hat{X}={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^{T}b$

其中：

$A=\left[\begin{array}{ccc}2(x_1-x_n)& 2(y_1-y_n)& 2(z_1-z_n)\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ 2(x_{n-1}-x_n)& 2(y_{n-1}-y_n)& 2(z_{n-1}-z_n)\end{array}\right]$

$b=\left[\begin{array}{c}{x_1}^2-{x_n}^2+{y_1}^2-{y_n}^2+{z_1}^2-{z_n}^2+{d_n}^2-{d_1}^2\\ .\\ .\\ .\\ {x_{n-1}}^2-{x_n}^2+{y_{n-1}}^2-{y_n}^2+{z_{n-1}}^2-{z_n}^2+{d_n}^2-{d_{n-1}}^2\end{array}\right].$

$X=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]$

已知1，2，3等n个信标点的坐标分别为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，(x₃，y₃，z₃)，...，(x_n，y_n，z_n)，它们到点E的距离分别为d₁，d₂，d₃，...，d_n，定位节E的坐标为(x，y，z)，T代表转置矩阵。

无线传感器定位节点2的处理流程如图6所示。它包括信息监听接收，计算自身坐标等的软件流程；还包括低电压报警的软件流程。其流程不累述。

无线传感器信标节点1的处理流程如图7所示。它包括射频信号和超声信号的发送软件流程，还包括无线数据包的接收和发送软件流程，其流程不累述。

如图6所示，无线传感器定位节点将计算更新后的信息传递给中心管理主机的流程图。定位节点将自身的位置信息和电源状态信息发送给中心管理节点。

步骤S6-1：定位节点向最近的信标节点发送位置或电力状态的信息。

步骤S6-2：信标节点根据路由表将该信息发送给下一个信标节点。

步骤S6-3：信息经过无线传感信标节点路由发送到中心管理节点。

步骤S6-4：中心管理节点处理接收到的位置信息，为其他节点提供查询等服务。

如图9所示，本发明的中心管理主机查询无线传感器定位节点的位置信息的流程图。当系统故障或中心管理主机3重新启动的时候，管理主机通过向无线传感器信标节点1和无线传感器定位节点2发出查询的命令来重建和更新整个网络位置信息。查询步骤如下：

步骤S9-1：中心管理节点向邻近的信标节点发出查询的指令。

步骤S9-2：收到查询命令的信标节点向其邻近的节点发出查询的指令。

步骤S9-3：收到指令的定位节点将其位置信息发送给最近的信标节点，该信标节点根据路由表将该信息发送给下一个信标节点。

步骤S9-4：中心节点从较近的信标节点获得最新的节点位置信息。

中心管理主机系统的结构图如图10所示。具有节点位置数据库，数据解析模块，节点数据可管理，数据输出，无线数据收发等结构。

实施例2

定位节点只接收信标节点的位置信息，利用质心定位计算法估算出自身的坐标信息。系统中信标节点和定位节点的组成中无需第二信号的发射装置和接收装置及处理。系统中其他部分及处理过程均可与实施例1相同。

如图5所示：本发明的基于无距离的无线传感器定位节点实现定位功能的流程图。无线传感器定位节点2通过其周围的无线传感器信标节点1通信获得邻近信标节点的坐标，然后利用自身的计算能力计算出自己的位置坐标。

具体计算步骤如下

步骤S5-1：首先在定位区域根据定位要求精度和现场的实际情况尽可能地平均密度地放置无线信标节点，配置供电设备。

步骤S5-2：设置信标节点的基本信息，主要包括信标节点的坐标位置和无线数据路由表，周期性同时广播射频信号，并监听定位节点的无线射频信号。

步骤S5-3：定位节点计算信标节点的位置信息，并将该信息保存在静态存储器中。

步骤S5-4：当定位节点获取信息的周围信标节点四个或超过四个时，即四个信标节点的信息或四个以上的信标节点的信息，利用质心算法计算其坐标值。

步骤S5-5：将该坐标值存储到节点的位置记录中。

所述质心定位计算法：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{(x_1+x_2+\·\·\·+x_n)}{n}\\ \frac{(y_1+y_2+\·\·\·+y_n)}{n}\\ \frac{(z_1+z_2+\·\·\·+z_n)}{n}\end{array}\right]$

已知1，2，3等n个信标点的坐标分别为(x₁，x₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，(x₃，y₃，z₃)，...，(x_n，y_n，z_n)。

本实施例1、2中采用信号的逐节无线传输，即定位节点向最近的信标节点发送位置或电力状态的信息，该信标节点根据路由表将该信息发送给下一个信标节点，这样逐节将定位节点信息经过信标节点路由由距离后台主机节点较近的信标节点发送到后台主机节点。反之同样逐节传递。

对于定位节点来说，由于它的移动特性，决定了其需要通过电池提供工作能量，如果采用直接向中心管理节点传输数据的方式，那么就会导致消耗的能量剧烈增加，从而需要频繁的更换电池。而采用逐节传递，则大大降低定位节点的能耗。

由于无线传输方式的特性，决定了其需要采用分时复用的MAC协议来解决数据传输中的冲突问题，如果网络的数据传输发生冲突，则需要进行竞争和仲裁决定那个节点获得发送数据的机会，竞争失败的节点进行主动避让后再次参与下一次的竞争。如果冲突情况发生比较频繁，那么大部分的节点要经过多次避让后才能获得发送数据的机会，导致网络实时性能下降。采用通过信标节点进行数据传输的设计后，由于每个定位节点会和它邻近的信标节点进行通讯，其电磁波能量较弱，和周围节点传输产生冲突的机会大大降低，从而有效提高的无线网路系统的性能。

Claims (15)

1、将无线传感器网络技术在集装箱定位中具体应用，它是在一个有限的场地内网状间隔的设置固定的信标节点，信标节点与该场地内可移动的定位节点之间进行无线通信，可移动的定位节点接收至少四个信标节点的位置坐标信息，定位节点利用信标节点位置坐标信息计算出自身的三维坐标信息；定位节点再将自身的三维坐标信息传给后台主机节点或传给信标节点，信标节点再将定位节点自身的三维坐标信息传给后台主机。

2、一种基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，它是在一个有限的场地内网状间隔设置固定的信标节点，信标节点与该场地内可移动的定位节点之间进行无线通信，可移动的定位节点接收至少四个信标节点的位置坐标信息，定位节点利用信标节点位置坐标信息计算出自身的三维坐标信息；定位节点再将自身的三维坐标信息传给后台主机节点或传给信标节点，信标节点再将定位节点自身的三维坐标信息传给后台主机。

3、如权利要求2所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是，可移动的定位节点接收信标节点的两个信号信息，利用两个信号信息到达的时间差算出定位节点与信标节点的距离，再利用定位节点与信标节点的距离及信标节点的位置坐标信息精确的计算出自身的三维坐标信息。

4、如权利要求3所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是，所述信标节点向定位节点发送的两个信号信息是：周期性发射的射频信号和超声波信号，射频信号中承载信标节点的信息。

5、如权利要求3所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是，当定位节点得到周围四个信标节点的距离和坐标信息时，使用四边定位的方法来计算自己的坐标位置；当定位节点得到的周围四个以上的信标节点的距离和坐标信息时，使用极大似然估计法来计算自己坐标位置。

6、如权利要求1或2所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是，所述定位节点向最近的信标节点发送位置或电力状态的信息，该信标节点根据路由表将该信息发送给下一个信标节点，这样逐节将定位节点信息经过信标节点路由由距离后台主机节点较近的信标节点发送到后台主机节点，后台主机节点处理接收到的位置信息，为其他节点提供查询等服务。

7、如权利要求3～5所述任意一项基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是：

首先在定位区域根据定位要求精度和现场的实际情况尽可能地平均密度地放置无线信标节点，配置到供电设备；

设置信标节点的基本信息，主要包括信标节点的坐标位置和无线数据路由表，周期性同时广播射频信号和超声波信号，并监听定位节点的无线射频信号；

定位节点接收到射频信号后打开起超声波接收器；

定位节点记录其收到同一个信标节点发出的射频信号和超声波信号到达的时间差；

根据两种信号到达时间差、波长和信标节点位置坐标计算其与信标节点的距离；

当定位节点获取信息的周围信标节点四个或超过时，利用四边定位或极大似然估计法计算其坐标值；

将该坐标值存储到节点的位置记录中。

8、如权利要求5或7所述任意一项基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是：所述四边定位计算为：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}2(x_a-x_d)& 2(y_a-y_d)& 2(z_a-z_d)\\ 2(x_b-x_d)& 2(y_b-y_d)& 2(z_b-z_d)\\ 2(x_c-x_d)& 2(y_c-y_d)& 2(z_c-z_d)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{x_a}^2-{x_d}^2+{y_a}^2-{y_d}^2+{z_a}^2-{z_d}^2+{d_d}^2-{d_a}^2\\ {x_b}^2-{x_d}^2+{y_b}^2-{y_d}^2+{z_b}^2-{z_d}^2+{d_d}^2-{d_b}^2\\ {x_c}^2-{x_d}^2+{y_c}^2-{y_d}^2+{z_c}^2-{z_d}^2+{d_d}^2-{d_c}^2\end{array}\right]$

其中，已知A、B、C、D四个信标节点的坐标分别为(x_a，y_a，z_a)、(x_b，y_b，z_b)、(x_c，y_c，z_c)、(x_d，y_c，z_d)，以及他们与定位节点E的距离分别为d_a，d_b，d_c，d_d；

所述极大似然估计法为：

$\hat{T}={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^{T}b$

其中：

$A=\left[\begin{array}{ccc}2(x_1-x_n)& 2(y_1-y_n)& 2(z_1-z_n)\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ 2(x_{n-1}-x_n)& 2(y_{n-1}-y_n)& 2(z_{n-1}-z_n)\end{array}\right]$

$b=\left[\begin{array}{c}{x_1}^2+{x_n}^2+{y_1}^2-{y_n}^2+{z_1}^2-{z_n}^2+{d_n}^2-{d_1}^2\\ .\\ .\\ .\\ {x_{n-1}}^2-{x_n}^2+{y_{n-1}}^2-{y_n}^2+{z_{n-1}}^2-{z_n}^2+{d_n}^2-{d_{n-1}}^2\end{array}\right],.$

$X=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]$

已知1，2，3等n个信标点的坐标分别为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，(x₃，y₃，z₃)，…，(x_n，y_n，z_n)，它们到点E的距离分别为d₁，d₂，d₃，…，d_n，定位节点E的坐标为(x，y，z)， T代表转置矩阵。

9如权利要求2所述所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是，所述直接利用信标节点的位置信息计算定位节点的位置信息的方法为质心定位算法。

10、如权利要求9所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是：所述质心定位算法为：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{(x_1+x_2+\·\·\·+x_n)}{n}\\ \frac{(y_1+y_2+\·\·\·+y_n)}{n}\\ \frac{(z_1+z_2+\·\·\·+z_n)}{n}\end{array}\right]$

已知1，2，3等n个信标点的坐标分别为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，(x₃，y₃，z₃)，…，(x_n，y_n，z_n)。

11、如权利要求2或3所述基于无线传感器网络的集装箱定位的方法，其特征是：后台主机节点的查询法为：

后台主机节点向邻近的信标节点发出查询的指令；

收到查询命令的信标节点向其邻近的节点发出查询的指令；

收到指令的定位节点将其位置信息发送给最近的信标节点，通过信标节点；

后台主机节点获得最新的节点位置信息。

12、一种基于无线传感器网络的集装箱定位系统，它包括：

一个有限的场地内网状间隔的设置固定的信标节点：用于向定位节点发送自身坐标信息；

可移动的定位节点：用于接收信标节点坐标信息，计算自身定位节点与信标节点之间的距离，再依据信标节点坐标信息及距离计算定位节点自身的三维坐标位置并向后台主机节点或信标节点传送定位节点自身的三维坐标位置信息；

后台主机节点：用于查询和管理可移动的定位节点和固定的信标节点位置信息；

无线网络设备：用于实现可移动的定位节点、固定的信标节点和后台主机节点之间的无线通信。

13、如权利要求12所述基于无线传感器网络的集装箱定位系统，其特征是：所述信标节点包括：

主控单元：包括计算单元和存储单元，用于信息控制及存储；

无线通信单元：用于与定位节点、其他信标节点及后台主机节点无线通信及向定位节点发送第一信号信息，所述第一信号信息为射频信号，射频信号中承载信标节点的信息；

第二信号发送单元：用于发送向定位节点第二信号信息，所述第二信号信息为超声波信号；

可供电单元：用于给自身信标节点提供电力。

14、如权利要求11所述基于无线传感器网络的集装箱定位系统，其特征是：所述可移动的定位节点包括：

主控单元：包括计算单元和存储单元，用于计算自身定位节点的三维坐标信息及信息控制；

无线通信单元：用于与信标节点之间的无线通信及接收信标节点的第一信号信息；所述第一信号信息为射频信号，射频信号中承载信标节点的信息；

第二信号接收单元：用于接收信标节点第二信号信息，所述第二信号信息为超声波信号；

可供电单元：用于给自身定位节点提供电力。

15、如权利要求14所述基于无线传感器网络的集装箱定位系统，其特征是：所述可移动的定位节点还包括：供电检测单元：用于检测自身的供电电量，并实现低电力报警。

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