CN106990210B - 一种气体检测装置的定位方法及定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体检测装置的定位方法及定位系统，根据气体检测装置与已知位置信息的参考节点的距离远近关系，对应选用适合远距离的定位算法和近距离的定位算法，来确定该气体检测装置的准确位置。该系统包括气体检测装置、位置坐标已知的参考节点设备，和总控计算机，所述气体检测装置与参考节点设备和总控计算机分别通信连接，参考节点设备将所述参考节点的位置坐标发送给所述气体检测装置，所述气体检测装置通过所述参考节点设备的位置坐标计算自身的位置坐标，所述总控计算机接收并显示所述气体检测装置的位置坐标。通过这种不同定位算法的切换，提高了气体检测装置的定位精度，极大地减少了定位误差。

Description

一种气体检测装置的定位方法及定位系统
技术领域
本发明属于气体检测装置领域，具体地说，涉及一种气体检测装置的定位方法及定位系统。
背景技术
气体检测设备在钢铁冶炼、石油化工、消防救援、煤矿井下和市政公用事业等领域有着广泛的应用，在事故前检查、消除危险方面发挥着重要的作用。早期的气体检测装置不具备定位功能，巡检人员在巡检时，发现出现有害气体泄漏，会导致巡检人员无法将险情亲自通知到控制室；或者即使通知到控制室，但发生泄露的位置没有报告清楚，可能会延误排除险情的时机，造成生命和财产损失的情况。
为了能够提高气体检测效率，很多的气体检测装置同时设置有定位模块。目前的这种在气体检测装置上使用的定位模块都是通过GPS或者是北斗定位系统实现的定位的。这些定位方式具有很大的局限性。首先无论是GPS还是北斗通信，都需要与通信卫星进行通信联系来实现具体的定位。而在一些特殊的工作环境中，比如地下或者是具有外层屏蔽效果的应用场合，这种利用卫星定位的方式就无法得到实现。同时受到定位精度的影响，对于狭小空间内的精准定位，上述的这种基于卫星定位的方式都无法满足现实的应用要求。
基于RSSI的定位方式，由于容易实现，不需要增加额外的硬件，成本低的有点，越来越被大众所接受，在基于RSSI即接收信号强度指示的定位算法中，已知发射节点(定位节点)的信号强度，接收节点根据接收到的信号强度计算出信号的传播损耗，利用理论与经验模型将传输损耗转化为距离，再利用已有的算法计算出节点的具体位置。由于定位节点到接收节点的距离越小，由RSSI值的偏差产生的距离误差越，当距离大于某一值时，由RSSI值波动造成的距离误差将会很大。因此单纯采用RSSI算法进行待测设备的定位并不能满足实际的定位要求。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种气体检测装置的定位方法及定位系统，通过气体检测装置与已知位置信息的参考节点的相对位置关系确定该气体检测装置所处空间的准确位置，根据所述气体检测装置与所述参考节点距离的远近关系对应选用适合远距离定位算法和近距离定位算法。该系统包括气体检测装置和位置坐标已知的参考节点，所述参考节点上设置有和气体检测装置通信连接的通信装置，所述通信装置将参考节点的位置坐标发送给所述气体检测装置，所述气体检测装置通过参考节点的位置坐标计算自身所处的位置坐标。通过这种不同定位算法的切换，提高了气体检测装置的定位精度，极大地减少了定位误差。
为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：
一种气体检测装置的定位方法，根据气体检测装置与已知位置信息的参考节点的距离远近关系，对应选用适合远距离的定位算法和近距离的定位算法，来确定该气体检测装置的准确位置。
进一步地，包含以下步骤：
S1、测量气体检测装置与参考节点的距离d；
S2、将d与门限距离D相比较，当d>D时，进入步骤S3,否则进入步骤S4，所述门限距离D是用于选择具体算法的距离常数；
S3、使用适用于远距离定位算法，利用参考节点坐标和所述气体检测装置与参考节点的距离d，计算确定所述气体检测装置的位置坐标；
S4、使用适用于近距离定位算法，利用参考节点坐标和所述气体检测装置与参考节点的距离d，计算确定所述气体检测装置的位置坐标。
进一步地，所述门限距离D在进行气体检测装置的定位前计算得到，包括如下步骤：
S01、在所述确定的空间区域内选取三个参考点N、A、B；
S02、选取定位节点M，设定M点和N点之间的距离L，M点的起始位置与所述N点重合，即L＝0；
S03、沿穿过N点并垂直于A点和B点连线并向远离N点的方向移动M点，并测量M点和N点之间的距离L；
S04、采用所述的适用于远距离定位算法和近距离定位算法，分别计算出M点距离N点的距离分别为lY和lj；
S05、计算ABS(lY-L)和ABS(lj-L)，当ABS(lY-L)≤ABS(lj-L)时，L的数值为门限距离D。
进一步地，所述气体检测装置所处空间内具有唯一的门限距离D。
进一步地，所述气体检测装置定位方法使用至少3个参考节点实现对所述气体检测装置的定位。
进一步地，所述适用于近距离定位算法是基于RSSI的定位算法。
进一步地，所述适用于远距离定位算法是数据库分布算法，包括如下步骤：
S31、筛选所述气体检测装置周围的所有参考节点，使用所述近距离定位算法分别计算两者之间的距离dX；
S32、各dX的最小值即为d，并选定与d对应的参考节点H，认定所述气体检测装置的位置坐标与参考节点H的位置坐标相同。
一种采用上述任一所述的定位方法的气体检测装置的定位系统，包括：
气体检测装置、位置坐标已知的参考节点设备，和总控计算机，所述气体检测装置与参考节点设备和总控计算机分别通信连接，参考节点设备将所述参考节点设备的位置坐标发送给所述气体检测装置，所述气体检测装置通过所述参考节点设备的位置坐标计算自身的位置坐标，所述总控计算机接收并显示所述气体检测装置的位置坐标。
进一步地，所述参考节点设备与所述气体检测装置通过无线通信模块实现通信连接，并设置有无线接收信号强度检测装置；所述参考节点设备将所述无线接收信号强度检测装置检测到的所述气体检测装置的无线信号的强度值发送回所述气体检测装置。
进一步地，所述气体检测装置利用所述参考节点设备反馈的所述无线信号的强度值，计算出所述气体检测装置与所述参考节点设备之间的距离。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明所揭示的一种气体检测装置的定位方法，通过气体检测装置与已知位置信息的参考节点的相对位置关系确定该气体检测装置所处空间的准确位置，根据所述气体检测装置与所述参考节点距离的远近关系，通过提前确定的该待定位的气体检测装置在当前所处空间内相对于参考节点的门限距离，来控制不同定位算法的切换对应选用适合远距离定位算法和近距离定位算法。由于该门限距离一旦确定，在此空间内均有效。并且测试的过程和方法简单易行，操作方便。
在本发明中若待测的气体检测装置距离参考节点的距离大于上述的门限距离时，采取数据库分布算法；反之采用基于RSSI的定位算法。通过门限距离的设定来综合使用这两种不同的定位算法，综合了两者在不同距离条件下的定位优势。从而消除了使用单一的一种定位方式造成的定位误差大的弊端。极大地提高了定位的精度。
采用本方案中测量门限距离的方法，还可以结合多种定位算法的特点，得到不同算法的综合定位效果最佳的多个门限距离，实现多种不同的定位方式的切换，这样可以更进一步地提升定位的精度。
本发明的气体检测装置的定位系统，通过在参考节点上和气体检测装置上设置无线通信模块来实现本方案的定位方法。同时所述的定位系统还包括与所述气体检测装置通信连接的总控计算机，所述总控计算机接收并显示所述气体检测装置的位置信息。总控计算机实时显示气体检测装置的位置信息，并将位置信息和气体检测结果相结合，最快速地得到气体检测结果，并对有可能出现的危险情况进行提前预警。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明的气体检测装置的定位方法流程示意图；
图2是本发明中门限距离D的计算流程示意图；
图3是本发明的气体检测装置的定位系统示意。
图中：1、气体检测装置；2、参考节点设备；3、中转点；4、总控计算机。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明公开了一种气体检测装置的定位方法及定位系统，根据气体检测装置与已知位置信息的参考节点的距离远近关系，对应选用适合远距离的定位算法和近距离的定位算法，来确定该气体检测装置的准确位置。该系统包括气体检测装置、位置坐标已知的参考节点设备，和总控计算机，所述气体检测装置与参考节点设备和总控计算机分别通信连接，参考节点设备将所述参考节点的位置坐标发送给所述气体检测装置，所述气体检测装置通过所述参考节点设备的位置坐标计算自身的位置坐标，所述总控计算机接收并显示所述气体检测装置的位置坐标。通过这种不同定位算法的切换，提高了气体检测装置的定位精度，极大地减少了定位误差。
实施例一：
如图1所示的一种气体检测装置的定位方法，根据气体检测装置与已知位置信息的参考节点的距离远近关系，对应选用适合远距离的定位算法和近距离的定位算法，来确定该气体检测装置的准确位置。
本发明的气体检测装置的定位算法包含以下步骤：
S1、测量气体检测装置与参考节点的距离d；
S2、将d与门限距离D相比较，当d>D时，进入步骤S3,否则进入步骤S4，所述门限距离D是用于选择具体算法的距离常数；
S3、使用适用于远距离定位算法，利用参考节点坐标和所述气体检测装置与参考节点的距离d，计算确定所述气体检测装置的位置坐标；
S4、使用适用于近距离定位算法，利用参考节点坐标和所述气体检测装置与参考节点的距离d，计算确定所述气体检测装置的位置坐标。
所述参考节点上设置有参考节点设备，并且参考节点设备上设置有和气体检测装置通信连接的通信装置，所述通信装置将参考节点设备的位置坐标发送给所述气体检测装置，所述气体检测装置通过参考节点设备的位置坐标计算自身所处的位置坐标。
在本实施例中，使用3个参考节点实现对所述气体检测装置的定位，步骤S3的所述适用于远距离定位算法是数据库分布算法，包括如下步骤：
S31、筛选所述气体检测装置周围的所有参考节点，使用所述近距离定位算法分别计算两者之间的距离dX；
S32、各dX的最小值即为d，并选定与d对应的参考节点H，认定所述气体检测装置的位置坐标与参考节点H的位置坐标相同。
步骤S4的适用于近距离定位算法是基于RSSI的定位算法。在其他的实施例中还可以使用更多的参考节点设备，因为参考节点的数量越多相应的定位
在基于接收信号强度指示RSSI的定位算法中，已知气体检测装置的发射的无线信号强度，参考节点设备根据接收到的信号强度计算出信号的传播损耗，利用理论与经验模型将传输损耗转化为距离，再利用已有的算法计算出节点的具体位置。接收信号强度RSSI理论值可由式RSSI＝-(10nlgd+A)得到。其中n代表信号传播常量，也称传播指数；d代表距气体检测装置的距离；A代表距离1m接收信号强度。因此，无线信号的衰减与距离成对数衰减的关系，利用此关系可以进行定位计算，即基于RSSI的定位算法。
由于气体检测装置到参考节点的距离d越小，由RSSI值的偏差产生的距离误差越小；当距离大于某一值时，由RSSI值波动造成的距离误差将会很大。因此，设计定位算法时，设置一个门限距离D值，当距离d大于D时，采用一种定位算法(即本实施例所述的数据库分布算法)；当距离L小于D时，采用另一种定位算法(即基于RSSI的定位算法)，这样可以减小系统误差，提高整体定位精度。
如图2所示，在本实施例中门限距离D是在进行气体检测装置的定位前计算得到，包括如下步骤：
S01、在所述确定的空间区域内选取三个参考点N、A、B；
S02、选取定位节点M，设定M点和N点之间的距离L，M点的起始位置与所述N点重合，即L＝0；
S03、沿穿过N点并垂直于A点和B点连线并向远离N点的方向移动M点，并测量M点和N点之间的距离L；
S04、采用所述的适用于远距离定位算法和近距离定位算法，分别计算出M点距离N点的距离分别为lY和lj；
S05、计算ABS(lY-L)和ABS(lj-L)，当ABS(lY-L)≤ABS(lj-L)时，L的数值为门限距离D。
门限距离D只由空间中参考节点的空间位置和信号发射强度相关，因此一旦确定了门限D，则在后续的测量定位中都可以使用该门限D。本实施例采用的相对于门限D而言的远距离和近距离的两套定位计算方法，克服了以往的定位计算中使用单一定位计算方法的弊端。使定位更加准确。
在其他的实施例中，还可以采用其他的远距离定位算法和近距离定位算法，通过本实施例中的门限D的计算测量过程，得到相应的门限距离D，通过定位节点与参考节点的距离与门限距离D的大小关系来分别使用不同的定位算法。
实施例二
如图3所示，本实施例公开了一种采用如上述任一所述的定位方法的气体检测装置的定位系统，包括：
气体检测装置1、位置坐标已知的参考节点设备2、和总控计算机4，所述气体检测装置1与参考节点设备2和总控计算机4分别通信连接，参考节点设备2将所述参考节点设备2的位置坐标发送给所述气体检测装置1，所述气体检测装置1通过所述参考节点设备2的位置坐标计算自身的位置坐标，所述总控计算机4接收并显示所述气体检测装置的位置坐标。
本实施例中，还设置了中转点3，中转点3用于转接气体检测装置1与总控计算机4之间的通信信号。在其他的实施例中，中转点3可以接受其信号覆盖范围内的多个不同的气体检测装置1的位置信息，为现场的工作人员进行小范围内的定位帮助。当不同的中转点3将覆盖范围内的各个气体检测装置1的定位信息都上传给总控计算机4后，总控计算机4可以全方位掌握所有的气体检测装置1的定位信息，并根据使用要求对这些信息进行充分的利用。
本实施例中参考节点设备2与所述气体检测装置1通过无线通信模块实现通信连接，并设置有无线接收信号强度检测装置；所述参考节点2设备将所述无线接收信号强度检测装置检测到的所述气体检测装置1的无线信号的强度值发送回所述气体检测装置。气体检测装置1利用所述参考节点设备2反馈的所述无线信号的强度值，计算出所述气体检测装置1与所述参考节点设备2之间的距离。并通过实施例1中的定位方法，得到气体检测装置1的位置信息，并最终通过总控计算机4显示给用户。总控计算机4还可以同时接收各个不同的气体检测装置1的检测结果，并对有可能出现的危险情况进行提前预警。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种气体检测装置的定位方法，其特征在于：根据气体检测装置与已知位置信息的参考节点的距离远近关系，对应选用适合远距离的定位算法和近距离的定位算法，来确定该气体检测装置的准确位置；包含以下步骤：
S1、测量气体检测装置与参考节点的距离d；
S2、将d与门限距离D相比较，当d>D时，进入步骤S3,否则进入步骤S4，所述门限距离D是用于选择具体算法的距离常数；
S3、使用适用于远距离定位算法，利用参考节点坐标和所述气体检测装置与参考节点的距离d，计算确定所述气体检测装置的位置坐标；
S4、使用适用于近距离定位算法，利用参考节点坐标和所述气体检测装置与参考节点的距离d，计算确定所述气体检测装置的位置坐标；
所述门限距离D在进行气体检测装置的定位前计算得到，包括如下步骤：
S01、在所述确定的空间区域内选取三个参考点N、A、B；
S02、选取定位节点M，设定M点和N点之间的距离L，M点的起始位置与所述N点重合，即L＝0；
S03、沿穿过N点并垂直于A点和B点连线并向远离N点的方向移动M点，并测量M点和N点之间的距离L；
S04、采用所述的适用于远距离定位算法和近距离定位算法，分别计算出M点距离N点的距离分别为lY和lj；
S05、计算ABS(lY-L)和ABS(lj-L)，当ABS(lY-L)≤ABS(lj-L)时，L的数值为门限距离D。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置的定位方法，其特征在于：所述气体检测装置所处空间内具有唯一的门限距离D。
3.根据权利要求1或2所述的气体检测装置的定位方法，其特征在于：所述气体检测装置定位方法使用至少3个参考节点实现对所述气体检测装置的定位。
4.根据权利要求1所述的气体检测装置的定位方法，其特征在于：所述适用于近距离定位算法是基于RSSI的定位算法。
5.根据权利要求1所述的气体检测装置的定位方法，其特征在于：所述适用于远距离定位算法是数据库分布算法，包括如下步骤：
S31、筛选所述气体检测装置周围的所有参考节点，使用所述近距离定位算法分别计算两者之间的距离dX；
S32、各dX的最小值即为d，并选定与d对应的参考节点H，认定所述气体检测装置的位置坐标与参考节点H的位置坐标相同。
6.一种采用如权利要求1至5任一所述的定位方法的气体检测装置的定位系统，其特征在于，包括：
气体检测装置、位置坐标已知的参考节点设备、和总控计算机，所述气体检测装置与参考节点设备和总控计算机分别通信连接，参考节点设备将所述参考节点设备的位置坐标发送给所述气体检测装置，所述气体检测装置通过所述参考节点设备的位置坐标计算自身的位置坐标，所述总控计算机接收并显示所述气体检测装置的位置坐标。
7.根据权利要求6所述的气体检测装置的定位系统，其特征在于：所述参考节点设备与所述气体检测装置通过无线通信模块实现通信连接，并设置有无线接收信号强度检测装置；所述参考节点设备将所述无线接收信号强度检测装置检测到的所述气体检测装置的无线信号的强度值发送回所述气体检测装置。
8.根据权利要求7所述的气体检测装置的定位系统，其特征在于：所述气体检测装置利用所述参考节点设备反馈的所述无线信号的强度值，计算出所述气体检测装置与所述参考节点设备之间的距离。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Hao Long

Inventor after: Han Weiji

Inventor after: Xu Guang

Inventor after: Yan Ziliang

Inventor after: Zhao Quan

Inventor after: Li Lei

Inventor after: Ma Dechang

Inventor after: Xu Hong

Inventor after: Liu Chaoyang

Inventor before: Han Weiji

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