CN102256351B - 一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法，首先测量无线传感网移动节点收到固定节点的信号强度值，建立基于信号强度和坐标值的二维定位查询表；然后通过事先生成简易地图法，进行多次测量移动节点信号强度查表得到其坐标值，所得坐标值需要经过数据融合得出一组较为精确的值，再进行地图修正实现精确定位。本发明避免了多次重复计算，大大减少了计算量，节约了能源消耗；同时在多次测量得到多组坐标后进行数据融合和地图路线修正，提高了整体的精度，可以使定位精度达到1米左右。

Description

一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法，属于无线传感网定位技术领域。

背景技术

GPS (global position system，全球定位系统)是目前应用得最广泛最成熟的定位、导航方法。通过卫星的授时和测距对用户节点进行定位，具有定位精度高、实时性好、抗干扰能力强等优点，但是GPS定位、导航仅适应于无遮挡的室外环境，用户节点通常能耗高体积大，成本也比较高，需要固定的基础设施等。

无线传感器网络不需要固定网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点。可以通过网络内部节点之间的相互测距和信息交换，形成一套全网节点的坐标，可以形成经济可行的定位方案。

通过定位算法获得节点的位置信息。因此，在区域与建筑物内，采用无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）定位技术，可以解决在没有外部设施(如基站和卫星)的情况下确定移动节点与其他已知位置节点的相对位置问题。

当无线信号在大气环境中传播时，由于多种因素影响，信号强度会随着其传播距离的增加而衰减。这表明，信号强度变化与传播距离间存在着某种函数关系，且通常情况下传感节点均可很容易配置测定接收信号强度的模块。近年来研究人员开始将RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示器）技术用于传感器节点定位中。

由于传感器节点受到成本、能量和体积的限制，无线传感器网络的定位遇到了新的挑战，而采用GPS方案成本太高且设备能耗过高。

近年来,国际上出现了很多抑制和消除非视距误差的文献，提出了很多非视距环境下的定位算法,主要可概括为三类：第一类是视距重构算法,即根据测量参数的某些特征,判断是否为视距传输,如果不是视距传输,利用某种规则,重构视距环境下的测量值。

第二类是非视距加权，即对测量值进行非视距判别,然后对接收信号进行加权,加权规则是对视距信号添加大的权值,对非视距信号添加小的权值,从而减小非视距误差对定位精度的影响。

第三类是对接收信号进行判决，选出视距传播信号，采用视距信号进行定位。

1992年AT&T Laboratories Cambridge开发出室内定位系统Active Badge至今,研究者们一直致力于这一领域的研究。

2004年，中国科学技术大学的马祖长和孙怡宁，针对无线传感器网络节点定位问题进行了研究，提出了一种新的节点定位算法，该算法不需要任何额外的硬件支持，节点间通信开销少。其对节点每跳距离的计算有利于解决节点的故障问题，提高节点的探测性能。

现有技术存在以下问题:

1、定位精度一般为3～5米范围，不能满足应用要求。

2、对于传感器网络中的低能耗要求，没有得到很好的解决。因为每次定位都要进行大量的重复计算，致使计算量较大，浪费时间和资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决在室内确定区域内的传感器定位，例如：仓库取货、人员活动监控等，提供一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法。避免了大量的重复性计算，减少了无线传感器定位的能耗，同时提高了定位精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法，包括如下步骤：

步骤A，在特定室内按照一定规则部署已知位置的传感网固定节点；

步骤B，将已知位置的传感网固定节点规划在一个相对坐标系内；

步骤C，预先测量无线传感网移动节点收到固定节点的信号强度值，建立基于信号强度和坐标值的二维定位查询表；

步骤D，将特定室内的空间地图生成简易路线图；

步骤E，将待测移动节点加入无线传感网，与原有固定节点通信形成拓扑结构图，应用无线传感网时间同步算法使各个传感网节点的时间同步；

步骤F，通过不断移动的传感网移动节点与已部署的传感网固定节点之间不断进行通信，根据信号值通过查二维定位查询表得出对应坐标值，得到关于移动节点位置的多组坐标；

步骤G，将所得的坐标先用方差法除去其中误差最大的两个坐标点，多次查表后，通过已知位置的传感网固定节点在相对坐标系的位置，计算出移动节点的位置；

步骤H，采用数据融合方法修正计算结果，确定移动节点的坐标值；

步骤I，对于所测出的移动节点的位置结果，重复步骤F、步骤G提高定位精度；

步骤J，将所得坐标值根据生成的简易路线图进行修正，若其不在路线上，将其修正到最近的路线上。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

由于避免了很多次的重复计算，而通过预先建立二位hash表查询，大大减少了计算量，即节约了能源消耗。同时在多次测量得到多组坐标后进行数据融合和地图路线修正，提高了整体的精度，可以使定位精度达到1米左右。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

在大型仓库内部各个区域设置无线传感网节点；铲车携带附有无线传感网节点的终端走行于大型库区内，应用如图1所示的方式，即可实现所在位置的定位。

1、前期工作：

1-1、实地测量某特定室内中无线传感器移动节点收到定节点的信号强度值，建立基于RSSI的二维定位查询表，该查询表为信号强度与坐标值的二维hash表；

1-2、将已知位置的传感网节点规划在一个相对坐标系内；

1-3、将室内空间地图输入计算机存储生成简易路线图。

2、定位：

2-1、移动节点进入无线传感网，与原有定节点通信形成拓扑结构图，并进行时间同步；

2-2、移动节点接收定节点信号，根据信号值进行查表得出对应坐标值，反复多次进行该操作得到多组坐标；

2-3将所得的坐标先用方差法除去其中可能由于外界因素干扰而产生的误差最大的两个坐标点，再采用数据融合方法确定坐标值；

2-4、将所得坐标值根据生成的简易路线图进行修正，若其不在路线上，将其修正到最近的路线上。

本方法采用了基于RSSI的定位查询表和数据融合法及地图修正减小误差，以提高定位精度并进行验证。由于无线传感器室内定位的路线固定，范围有限，所以采用事先生成简易地图法，能够很大程度上提高定位精度，而在此之前首先要进行多次测量信号强度查表得到坐标值，所得坐标值需要经过数据融合得出一组较为精确的值，再进行地图修正。

Claims (1)

1. 一种基于无线传感网技术的室内精确定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，在特定室内按照一定规则部署已知位置的传感网固定节点；

步骤B，将已知位置的传感网固定节点规划在一个相对坐标系内；

步骤C，预先测量无线传感网移动节点收到固定节点的信号强度值，建立基于信号强度和坐标值的二维定位查询表；该查询表为信号强度与坐标值的二维hash表；

步骤D，将特定室内的空间地图生成简易路线图；

步骤E，将待测移动节点加入无线传感网，与原有固定节点通信形成拓扑结构图，应用无线传感网时间同步算法使各个传感网节点的时间同步；

步骤F，通过不断移动的传感网移动节点与已部署的传感网固定节点之间不断进行通信，根据信号值通过查二维定位查询表得出对应坐标值，得到关于移动节点位置的多组坐标；

步骤G，将所得的坐标先用方差法除去其中误差最大的两个坐标点，多次查表后，通过已知位置的传感网固定节点在相对坐标系的位置，计算出移动节点的位置；

步骤H，采用数据融合方法修正计算结果，确定移动节点的坐标值；

步骤I，对于所测出的移动节点的位置结果，重复步骤F、步骤G提高定位精度；

步骤J，将所得坐标值根据生成的简易路线图进行修正，若其不在路线上，将其修正到最近的路线上。