CN102938874A - 一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法 - Google Patents

一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法。其包括：在矿井直线巷道中以一定距离间隔安装Wi-Fi基站，在巷道拐点、分支点均安装基站，矿井工作人员随身设备中携带Wi-Fi无线网卡，基站与网卡组成井下无线通信网络。根据无线网卡接收到的Wi-Fi信号强度，计算工作人员与最近两个基站之间的距离，取距离比例获得人员位置信息。本发明利用Wi-Fi无线网络技术对井下人员进行实时定位，通过合理布设基站，简化定位算法，为井下作业提供了安全保障，为与基于Wi-Fi的矿井通信系统的集成提供了可能。

Description

一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法
技术领域
本发明涉及一种人员定位方法，具体涉及一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法。
背景技术
   井下人员定位是保证矿井工作人员安全、便于管理人员实时了解井下工作情况的重要技术。
过去，考虑到通信成本，我国井下人员定位多采用RFID、Zigbee、小灵通系统等技术，这些技术涉及的通信设备成本较低，功率较小，但在通信的可靠性、精确性、抗干扰能力、通讯形式的多样化方面受到很大的限制。近年来，无线通讯技术发展迅速，设备成本也不断降低，现代化的管理方式对矿井信息综合管理提出了更高的要求。
发明内容
   本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法。
   本发明一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法包括以下步骤：
步骤一：在矿井巷道中安装Wi-Fi基站，矿井工作人员随身设备中携带Wi-Fi无线网卡；
步骤二：根据实际测量，确定距离每一个Wi-Fi基站1米处的接收信号场强A和每一个Wi-Fi基站信号衰减系数n；
所述的Wi-Fi基站的安装方法为在矿井的巷道拐点、分支点安装基站，直线巷道中每隔距离D安装一个Wi-Fi基站，每两个基站间的路径成直线； 
所述的基站间距离D取值范围在50米到100米之间，满足两个相邻基站                                               
Figure 2012104746981100002DEST_PATH_IMAGE002
间的任意点收到的信号强度大于相邻基站之外其他基站的信号强度，n为基站顺序编号；
步骤三：无线网卡接收基站发送的ID、场强A、衰减系数n，并获取基站信号的RSSI值；
根据自由空间电波传播模型，已知未知点接收到的信号强度RSSI，求得未知点与信号发射源之间的距离d，算法如式1.1所示：
                                            
Figure 2012104746981100002DEST_PATH_IMAGE004
          
                                                        1.1
所述的信号强度RSSI，取10～20个测量值的平均值；
 步骤四：人员端设备计算人员与最近两个基站之间的距离d1、d2，通过式1.2计算人员坐标；
Figure 2012104746981100002DEST_PATH_IMAGE006
1.2
其中，(,
Figure DEST_PATH_IMAGE010
)、(
Figure DEST_PATH_IMAGE012
,)为与未知点距离最近的两个基站的坐标；计算所得的人员与两侧基站间距离d1、d2存在误差，相加之和不一定刚好等于两基站间的距离，当距离之和大于或者小于基站间距离时，根据三角形斜边投影原理，取其比例；
步骤五：人员端无线网卡发送人员坐标及距离最近的基站编号至基站，与地面控制系统取得联系。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
高可靠性。Wi-Fi信号传输距离远，信号稳定。
高集成性。Wi-Fi技术不仅用于人员定位，还可与预警系统、语音通讯、考勤管理、电子地图轨迹显示等功能集成。
低成本。由于Wi-Fi基站信号传输距离远，基站数量少；Wi-Fi设备技术成熟、通用性强，产品成本低，运用到矿井中，定制成分少，开发部署成本低。Wi-Fi技术可同时完成预警、语音、考勤等功能，无需另外部署其他通讯系统。
高精确度。本发明根据环境情况对基站信号参数进行个别设定，所采用的算法，可使定位精确度达到1米。
高抗干扰性。Wi-Fi信号本身抗干扰性强，此外本发明根据环境情况对基站信号参数进行个别设定，计算所得的未知点与基站距离严格符合环境因素。
大容量。Wi-Fi的高带宽，不仅能满足人员密集区域的定位，还能满足预警、语音、考勤等多种通讯要求。
具体实施方式
本发明一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法包括以下步骤：
步骤一：在矿井巷道中安装Wi-Fi基站，矿井工作人员随身设备中携带Wi-Fi无线网卡；
步骤二：根据实际测量，确定距离每一个Wi-Fi基站1米处的接收信号场强A和每一个Wi-Fi基站信号衰减系数n；
所述的Wi-Fi基站的安装方法为在矿井的巷道拐点、分支点安装基站，直线巷道中每隔距离D安装一个Wi-Fi基站，每两个基站间的路径成直线； 
所述的基站间距离D取值范围在50米到100米之间，满足两个相邻基站间的任意点收到的信号强度大于相邻基站之外其他基站的信号强度，n为基站顺序编号；
步骤三：无线网卡接收基站发送的ID、场强A、衰减系数n，并获取基站信号的RSSI值；
根据自由空间电波传播模型，已知未知点接收到的信号强度RSSI，可推算未知点与信号发射源之间的距离d，算法如式1.1所示：
                                            
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
          
                                                        1.1
所述的信号强度RSSI，取10测量值的平均值；
 步骤四：人员端设备计算人员与最近两个基站之间的距离d1、d2，通过式1.2计算人员坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
1.2
其中，(
Figure 143704DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure 60844DEST_PATH_IMAGE010
)、(
Figure 650701DEST_PATH_IMAGE012
,)为与未知点距离最近的两个基站的坐标；计算所得的人员与两侧基站间距离d1、d2存在误差，相加之和不一定刚好等于两基站间的距离，当距离之和大于或者小于基站间距离时，根据三角形斜边投影原理，取其比例；
步骤五：人员端无线网卡发送人员坐标及距离最近的基站编号至基站，与地面控制系统取得联系。

Claims (5)

1. 一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：在矿井巷道中安装Wi-Fi基站，矿井工作人员随身设备中携带Wi-Fi无线网卡；
步骤二：根据实际测量，确定距离每一个Wi-Fi基站1米处的接收信号场强A和每一个Wi-Fi基站信号衰减系数n；
步骤三：无线网卡接收基站发送的ID、场强A、衰减系数n，并获取基站信号的RSSI值；
根据自由空间电波传播模型，已知未知点接收到的信号强度RSSI，求得未知点与信号发射源之间的距离d，算法如式1.1所示：
                                                                                          
Figure 563638DEST_PATH_IMAGE001
          
                                                        1.1
 步骤四：人员端设备计算人员与最近两个基站之间的距离d1、d2，通过式1.2计算人员坐标；
Figure 973891DEST_PATH_IMAGE002
1.2
其中，(
Figure 87341DEST_PATH_IMAGE003
,
Figure 950254DEST_PATH_IMAGE004
)、(
Figure 174562DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure 173742DEST_PATH_IMAGE006
)为与未知点距离最近的两个基站的坐标；
步骤五：人员端无线网卡发送人员坐标及距离最近的基站编号至基站，与地面控制系统取得联系。
2.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法，其特征在于：所述的Wi-Fi基站的安装方法为在矿井的巷道拐点、分支点安装基站，直线巷道中每隔距离D安装一个Wi-Fi基站，每两个基站间的路径成直线。
3.根据权利要求2所述的Wi-Fi基站的安装方法，其特征在于：所述的基站间距离D取值范围在50米到100米之间，满足两个相邻基站
Figure 458093DEST_PATH_IMAGE007
间的任意点收到的信号强度大于相邻基站之外其他基站的信号强度，n为基站顺序编号。
4.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法，其特征在于：所述的信号强度RSSI，取10～20个测量值的平均值。
5.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi信号强度的井下人员定位方法，其特征在于：计算所得的人员与两侧基站间距离d1、d2存在误差，相加之和不一定刚好等于两基站间的距离，当距离之和大于或者小于基站间距离时，根据三角形斜边投影原理，取其比例。
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