CN103442429A - 一种煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矿井下人员定位指纹库的指纹信息快速生成方法，包括以下步骤：煤矿井下所有巷道的无线接入点AP点都有相同的发射功率及安装在巷道相对位置上；把煤矿井下每条巷道分成若干个定位区域，分析无线信号在每个定位区域对的衰减，并把具有相似的衰减的定位区域归为相似类
Figure 2013103380686100004DEST_PATH_IMAGE002
；采集相似类
Figure 2013103380686100004DEST_PATH_IMAGE004
里的一个定位区域的指纹信息为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；最后把相似类中其它定位区域的指纹信息的创建依据
Figure 222860DEST_PATH_IMAGE006
；上述煤矿井下人员定位指纹库的指纹生成方法，只需要采集相似类中的一个定位区域的指纹信息，就可以得到本相似类中的其它定位区域的指纹信息，大大减少了煤矿井下巷道的指纹采集的工作量。

Description

一种煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域，特别是涉及一种煤矿井下巷道内的人员定位指纹库的指纹信息快速生成方法。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，无线定位技术也在飞速的发展。基于无线传感器网络的定位服务在人们的工作生活中的作用越来越大，这就加速了无线传感器网络定位的发展，无线传感器网络可以用于目标定位中。无线传感器网络在煤矿监测的应用中的主要目标之一就是指出它所监测的事件发生的地点。因此，在对环境、人员等进行监测时，能够及时获知突发事件发生的位置是其重要的。
与地面环境不同，煤矿井下巷道空间是狭长的受限的带状空间，电磁信号传播时容易发生反射、折射、散射等，多径效应明显。因此GPS等一般应用于地面地位的技术无法发挥作用。煤矿井下定位技术，一直存在着环境复杂、难度大、成本高等因素，通过分析研究各种定位技术的原理、特点，研究煤矿巷道无线传播环境。基于RSSI定位算法具有实现简单、无需添加额外硬件，成本较低，运算量低的特点。
研究表明，为了提高基于RSSI值的定位算法精度，常用的方法是在定位的地理区域分成尽量多定位区域，而且在每个定位区域上增加采集RSSI值的次数，井下的人员的精确定位是煤矿安全监控的基本要求，所以指纹信息库的建立需要很大的工作量。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种速度快、工作量少的煤矿井下巷道内的人员定位指纹库的指纹快速生成方法。
一种煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，包括以下步骤：
S1、煤矿井下所有巷道安装相同的无线AP，且安装于巷道的相对位置上；
S2、将煤矿井下每条巷道划分为若干定位区域；
S3、计算井下巷道每个定位区域的无线信号的衰减，并将有相似衰减的定位区域归为相似类                                                
Figure 2013103380686100002DEST_PATH_IMAGE001
；
S4、采集相似类
Figure 748229DEST_PATH_IMAGE002
中的某个定位区域的指纹信息
Figure 2013103380686100002DEST_PATH_IMAGE003
 ；
S5、将指纹信息
Figure 838545DEST_PATH_IMAGE003
作为相似类
Figure 331712DEST_PATH_IMAGE002
 中其它定位区域的指纹信息；最终得到整个井下巷道的指纹信息库。
进一步的，所述步骤S3中计算井下巷道每个定位区域的无线信号的遮挡及衰减，采用以下公式：
所述无线信号在近似为矩形的巷道内传播是会产生传播衰耗，矩形空直隧道内的传播损耗L all 应是电磁波反射损耗L all-E 、隧道壁粗糙度L all-roughness 、倾斜度L all-tilt 造成的损耗之和：
Figure 521385DEST_PATH_IMAGE004
其中：
Figure 483525DEST_PATH_IMAGE006
 
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 925002DEST_PATH_IMAGE008
公式中a为巷道高度，b为巷道宽度，z为巷道中心轴向距离，
Figure 2013103380686100002DEST_PATH_IMAGE009
为巷道倾斜角度，为无线信号波长。
进一步的，所述步骤S4中采集井下相似类
Figure 898829DEST_PATH_IMAGE002
中某个定位区域的指纹信息
Figure 348265DEST_PATH_IMAGE003
，采用以下方法：
采集指纹信息
Figure 718066DEST_PATH_IMAGE003
时的距离为0.5-1米，共20个采集点，每点采集10-200次，然后计算这10-200次的平均值作为该采集点的指纹信息，最终得到相似类中的某个定位区域的指纹信息
Figure 281083DEST_PATH_IMAGE003
。
进一步的，所述步骤S5中将指纹信息作为相似类
Figure 380855DEST_PATH_IMAGE002
 中其它定位区域的指纹信息；最终得到整个井下巷道的指纹信息库。
进一步的，所述步骤S1中所有无线接入点AP安装于巷道壁，且空间的相对位置近似相同(包括距地面高度、距巷道壁的距离、AP的空间的相对角度等）。
进一步的，所述步骤S3中的相似巷道为所述的两个定位区域无线信号衰减只差的绝对值小于m。
本发明的有益效果：
实验结果表明，只需要用原来采集工作量的5%，用基于RSSI的煤矿井下人员定位技术能达到很好的定位效果，满足实时人员定位信息的要求，保障煤矿安全生产的需求。本发明大大减少了指纹信息采集的工作量，促进基于RSSI的定位技术的应用。
附图说明
图1为煤矿井下巷道人员定位指纹库的快速生成方法的流程图。
图2为煤矿井下巷道--无分支巷道的效果图。
图3为煤矿井下巷道--有分支巷道的效果图。
图4为煤矿井下巷道--采煤工作面巷道的效果图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本说明书中所使用的术语“指纹信息”也就是巷道中的某一点的无线信号值，或者是某一定位区域的无线信号值。
AP为无线接入点，比如优科（RUＣKUS）公司生产的无线装置。
如图1所示为一种煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，包括以下步骤：
S1、煤矿井下所有巷道安装相同的无线接入点AP，且安装于巷道的相对位置上；
S2、将煤矿井下巷道以Sm为单位划分为n个定位区域；
S3、计算井下巷道每个定位区域的无线信号的衰减，并将相似衰减的定位区域归为相似类；
S4、采集井下巷道相似类
Figure 421809DEST_PATH_IMAGE002
中的某个定位区域的指纹信息
Figure 330990DEST_PATH_IMAGE003
 ；
S5、将指纹信息
Figure 42594DEST_PATH_IMAGE003
作为相似类
Figure 970099DEST_PATH_IMAGE002
中其它定位区域的指纹信息；最终得到整个井下巷道的指纹信息库。
如图2所示，图2中给出的是直线巷道，其中a、b、c、d、e、f、h、i都为无线AP（锚接点），将直线巷道以Sm为单位划分n个定位区域。采用以下公式计算巷道中无线信号的衰减：
无线信号在近似为矩形的巷道内传播是会产生传播衰耗，矩形空直隧道内的传播损耗L all 应是电磁波反射损耗L all-E 、隧道壁粗糙度L all-roughness 、倾斜度L all-tilt 造成的损耗之和：
其中：
Figure 3969DEST_PATH_IMAGE005
 
Figure 301275DEST_PATH_IMAGE007
Figure 611034DEST_PATH_IMAGE008
公式中a为巷道高度，b为巷道宽度，z为巷道中心轴向距离，
Figure 494807DEST_PATH_IMAGE009
为巷道倾斜角度，
Figure 548214DEST_PATH_IMAGE010
为无线信号波长。巷道中Z轴方向上某点信号场强RSSI（Z）应该为： 
Figure 2013103380686100002DEST_PATH_IMAGE011
其中E为无线信号的强度，从上式可以看出如果巷道的宽度、高度、斜度、表面粗糙度相近，电磁波频率以致，则电磁波在巷道中的衰减规律是完全一样的。计算各个定位区域的信号衰减，将两个定位区域信号衰减之差的绝对值小于m的，其中m值在各个巷道中根据定位精度的不同将取不同的值，两定位区域归入
Figure 761895DEST_PATH_IMAGE001
类，依此类推，此时类得每一类中包括若干定位区域，且属于相似巷道。
采集相似巷道类中的某个定位区域指纹信息，采集的距离间隔为0.5-1米，共M个采集点，其中M取20~60个，每点采集N次，其中N取10-200次，然后计算这10-200次的平均值作为该采集点的指纹信息，最终得到相似类
Figure 267460DEST_PATH_IMAGE002
中的某个定位区域的指纹信息
Figure 24063DEST_PATH_IMAGE003
，相似巷道类中的其他定位区域的指纹信息也为
Figure 987209DEST_PATH_IMAGE003
。
如图2、图3和图4所示为巷道的模型，如图2所示的无分支巷道的定位区域的划分规则是以Sm为单位分成n（n=1,2,…）个定位区域，最后剩下的小于Sm的一段作为一个定位区域，也就是说无分支巷道的两个无线接入点AP的距离小于等于Sm，然后研究根据这些定位区域的相似性（具有相似的无线信号衰减）分成若干巷道类
Figure 32525DEST_PATH_IMAGE012
。
定位区域和相似类的划分：在图2中的定位区域1、2、3、4……可能属于不同
Figure DEST_PATH_IMAGE013
类，同理在图2中的f点AP与a点AP、e点AP与h点AP、h点AP与i点AP和图3中的A点AP与B1点AP、B2点AP与C1点AP、C2点AP与
Figure 490052DEST_PATH_IMAGE014
点AP、
Figure DEST_PATH_IMAGE015
点AP与点AP、
Figure DEST_PATH_IMAGE017
点AP与I点AP、点AP与
Figure DEST_PATH_IMAGE019
点AP、
Figure 637328DEST_PATH_IMAGE020
点AP与
Figure DEST_PATH_IMAGE021
点AP、
Figure 649277DEST_PATH_IMAGE022
点AP与
Figure DEST_PATH_IMAGE023
点AP、
Figure 114894DEST_PATH_IMAGE024
点AP与
Figure DEST_PATH_IMAGE025
点AP及图3中
Figure 685421DEST_PATH_IMAGE026
点AP与
Figure DEST_PATH_IMAGE027
点AP、
Figure 502067DEST_PATH_IMAGE027
点AP与
Figure 52129DEST_PATH_IMAGE028
点AP、
Figure DEST_PATH_IMAGE029
点AP与
Figure 637831DEST_PATH_IMAGE030
点AP、点AP与
Figure 355306DEST_PATH_IMAGE010
点AP间的n个定位区域。它们从宏观上看都属于无分支巷道，从微观上看它们可能会交叉性的同属于某种相似类。对于这种近似无分支巷道通过研究分析这些定位区域的相似性进行分成不同的相似类。在图3中有分支巷道中在宏观上还包含一种巷道类，如图3所示的
Figure DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 771375DEST_PATH_IMAGE032
、 
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 477163DEST_PATH_IMAGE034
定位区域，通过研究这些定位区域的相似性可以分成不同的相似巷类
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，最终得到相似类的
Figure 123913DEST_PATH_IMAGE036
集合。
指纹库的快速生成方法：在相似类的
Figure 915152DEST_PATH_IMAGE036
集合中，分别采集每一个相似类
Figure 993966DEST_PATH_IMAGE013
中的某一个定位区域的指纹信息
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，该相似类
Figure 367310DEST_PATH_IMAGE013
中的其它定位区域的指纹信息都依据
Figure 873378DEST_PATH_IMAGE037
，依次类推的方法可以得到整个煤矿井下的指纹信息库。
实验结果表明，只需要用原来采集工作量的5%，用基于RSSI的煤矿井下人员定位技术能达到很好的定位效果，满足实时人员定位信息的要求，保障煤矿安全生产的需求。本发明大大减少了指纹信息采集的工作量，促进基于RSSI的定位技术的应用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种煤矿井下人员定位指纹库的指纹信息快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、煤矿井下所有巷道安装相同的无线接入点AP，且安装于巷道的相对位置上；
S2、将煤矿井下的每条巷道划分为若干定位区域；
S3、计算井下巷道每个定位区域的无线信号的衰减，并将具有相似衰减的定位区域归为同一相似类                                               
Figure 2013103380686100001DEST_PATH_IMAGE002
；
S4、采集相似类
Figure 2013103380686100001DEST_PATH_IMAGE004
中的某个定位区域的指纹信息
Figure DEST_PATH_IMAGE006
 ；
S5、将指纹信息作为相似类
Figure 697076DEST_PATH_IMAGE004
中其它定位区域的指纹信息；最终得到整个井下巷道的指纹信息库。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，其特征在于，所述步骤S3中计算井下巷道每个定位区域的无线信号的遮挡及衰减，采用以下公式：
所述无线信号在近似为矩形的巷道内传播是会产生传播衰耗，矩形空直隧道内的传播损耗L all 应是电磁波反射损耗L all-E 、隧道壁粗糙度L all-roughness 、倾斜度L all-tilt 造成的损耗之和：
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
 
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
公式中a为巷道高度，b为巷道宽度，z为巷道中心轴向距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为巷道倾斜角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为无线信号波长。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，其特征在于，所述步骤S4中采集井下相似类
Figure 111877DEST_PATH_IMAGE004
中某个定位区域的指纹信息
Figure 116742DEST_PATH_IMAGE006
，采用以下方法：
采集指纹信息
Figure 872121DEST_PATH_IMAGE006
时的距离为0.5-1米，共M个采集点，每点采集N次，然后计算这N次的平均值作为该采集点的指纹信息，最终得到相似类
Figure 292738DEST_PATH_IMAGE004
中的某个定位区域的指纹信息
Figure 827624DEST_PATH_IMAGE006
。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，其特征在于，所述步骤S5中将指纹信息
Figure 675495DEST_PATH_IMAGE006
作为相似类
Figure 413775DEST_PATH_IMAGE004
中其它定位区域的指纹信息；最终得到整个井下巷道的指纹信息库。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，其特征在于，所述步骤S1中所有无线接入点AP安装于巷道壁，且空间的相对位置近似相同（包括距地面高度、距巷道壁的距离、AP的空间的相对角度等）。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下人员定位指纹库的指纹快速生成方法，其特征在于，所述步骤S3中的相似巷道为所述的两个定位区域无线信号衰减差的绝对值小于m。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105142154A (zh) * 2015-09-15 2015-12-09 合肥工业大学 基于干扰管理的井下机车无线通信方法
CN107040876A (zh) * 2017-03-31 2017-08-11 上海斐讯数据通信技术有限公司 一种基于wifi的定位方法和服务器
CN108223014A (zh) * 2018-03-05 2018-06-29 中国矿业大学(北京) 一种基于改进谱聚类和交叉标注技术的目标定位方法
CN111565452A (zh) * 2020-04-24 2020-08-21 东南大学 基于WiFi多径相似性的室内定位指纹库综合生成方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102752851A (zh) * 2012-06-29 2012-10-24 中国科学院深圳先进技术研究院 室内定位指纹库的指纹信息收集方法及系统
JP2013508686A (ja) * 2009-10-16 2013-03-07 クアルコム，インコーポレイテッド 伝播特性に基づいたスポットのカテゴリー分け

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013508686A (ja) * 2009-10-16 2013-03-07 クアルコム，インコーポレイテッド 伝播特性に基づいたスポットのカテゴリー分け
CN102752851A (zh) * 2012-06-29 2012-10-24 中国科学院深圳先进技术研究院 室内定位指纹库的指纹信息收集方法及系统

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105142154A (zh) * 2015-09-15 2015-12-09 合肥工业大学 基于干扰管理的井下机车无线通信方法
CN107040876A (zh) * 2017-03-31 2017-08-11 上海斐讯数据通信技术有限公司 一种基于wifi的定位方法和服务器
CN108223014A (zh) * 2018-03-05 2018-06-29 中国矿业大学(北京) 一种基于改进谱聚类和交叉标注技术的目标定位方法
CN111565452A (zh) * 2020-04-24 2020-08-21 东南大学 基于WiFi多径相似性的室内定位指纹库综合生成方法
CN111565452B (zh) * 2020-04-24 2021-01-12 东南大学 基于WiFi多径相似性的室内定位指纹库综合生成方法

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