CN108243393A - 利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置及其使用方法 - Google Patents

利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置及其使用方法 Download PDF

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郭偕琛
郭偕琪
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Abstract

本发明涉及专门适用于无线通信网络的利用用户或终端位置的业务或设施领域，具体为一种利用Wi‑Fi的发电厂人员定位装置及其使用方法。一种利用Wi‑Fi的发电厂人员定位装置，包括移动终端(1)，其特征是：还包括至少三个无线中继(2)和定位计算机(3)，移动终端(1)通过Wi‑Fi信号和各个无线中继(2)实现无线通信连接，各个无线中继(2)都通过无线信号分别和定位计算机(3)实现无线通信连接。一种利用Wi‑Fi的发电厂人员定位装置的使用方法，其特征是：按如下所述依次实施：①计算距离；②发送距离信息；③定位。本发明使用方便，定位准确，适用范围广。

Description

利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及专门适用于无线通信网络的利用用户或终端位置的业务或设施领域，具体为一种利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置及其使用方法。
背景技术
发电厂范围大，设备众多，管线复杂，需要管理和维护的设备众多。在发电厂这种危险特殊环境中，如何尽可能避免发生事故，保障人员和设备财产的安全，保证电厂工人按照指定区域检修这些设备，防止工人进入危险区域，以及了解厂区工人的分布状况，是发电厂管理急需解决的问题。GPS和北斗作为全球广泛使用的卫星定位技术，在许多领域得到了推广应用，然而，其信号却极易受障碍物的干扰和阻断，经过测试，GPS和北斗在发电厂厂房内信号非常弱或者没有信号，无法进行定位。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种使用方便、定位准确、适用范围广的定位设备，本发明公开了一种利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置，包括移动终端，移动终端内设有Wi-Fi模块，其特征是：还包括至少三个无线中继和定位计算机，移动终端通过Wi-Fi信号和各个无线中继实现无线通信连接，各个无线中继都通过无线信号分别和定位计算机实现无线通信连接；
移动终端内置距离计算模块，定位计算机内置位置计算模块。
所述的利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置，其特征是：实现各个无线中继和定位计算机无线通信连接的无线信号选用Wi-Fi、2G、3G和4G中的至少一种。
所述的利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置的使用方法，其特征是：按如下所述依次实施：
所述的利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置的使用方法，其特征是：按如下所述依次实施：
①计算距离：各个无线中继通过Wi-Fi信号将自身的MAC地址和位置信息都发送至移动终端，移动终端的距离计算模块根据接收到的各个无线中继的位置信息和信号强度依据无线信号的传输损耗模型计算出和各个无线中继之间的距离Pr，所述传输损耗模型见(i)式；
Pr(d)＝P0-10εlg(d)——(i)；
(i)式中：Pr(d)表示Pr是以d为自变量的函数，P0表示距离无线中继为1米的参考点处接收到的信号强度，d代表移动终端和无线中继之间的距离，ε是非自由空间的损耗系数，Pr(d)和P0的单位都用dBm；
②发送距离信息：移动终端(1)将计算出的和各个无线中继(2)之间的距离以及接收到的各个无线中继(2)的MAC地址通过无线信号发送至定位计算机(3)；
③定位：定位计算机(3)的位置计算模块根据接收到的移动终端(1)和各个无线中继(2)之间的距离以及各个无线中继(2)的MAC地址依据三角形算法计算出移动终端(1)的位置，所述的三角形算法如下所述：
设移动终端(1)作为未知节点D的坐标为(x,y)，已知三个无线中继(2)分别为A、B和C三个点且坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)，AD、BD和CD的长度即点A、B和C分别到D点的距离分别为d1、d2和d3，分别以点A、B和C为圆心、以AB、BC和AC为半径作圆A、圆B和圆C，
若圆A、圆B和圆C交于一点，则D的位置可由下列(I)～(III)三个方程中的任意两个求得：
若圆A、圆B和圆C分别两两相交但未交于一点，则在这两种情况下，D点的求解方法如下：
a.根据方程(I)、(II)、(III)分别求解圆A与圆B的交点(xAB1,yAB1)、(xAB2,yAB2)，圆A与圆C的交点(xAC1,yAC1)、(xAC2,yAC2)，以及圆B与圆C的交点(xBC1,yBC1)、(xBC2,yBC2)；
b.将圆A与圆C的交点代入[(x-x2)2+(y-y2)2]，找出距B圆圆心较近的点，设为(xAC,yAC)，同理，将圆A与圆B的交点代入[(x-x3)2+(y-y3)2]，找出距C圆圆心较近的点，设为(xAB,yAB)，将圆B与圆C的交点代入[(x-x1)2+(y-y1)2]，找出距A圆圆心较近的点，设为(xBC,yBC)；
c.近似计算待测点位置(x,y)：
本发明使用时，移动终端可以选用带有Wi-Fi模块的智能手机，安装android系统或IOS系统，距离计算模块可以用软件固化或安装在移动终端内实现；定位计算机可以选用微机，位置计算模块可以用软件固化或安装在定位计算机内实现；移动终端和定位计算机之间的通讯方式，可以利用现场的WI-FI网络，也可以利用智能手机本身的移动通讯模块，如2G、3G和4G等。本发明可以利用目前的智能手机硬件上配置有WI-FI模块、通讯模块等，经过有效的、易用性的软件开发，实现人员定位、危险区域报警及历史轨迹功能。
由于生产现场已经实现了Wi-Fi覆盖，虽然Wi-Fi并不是为定位而设计，但其接入点(AP)定期发送的信标信号中所含的接收信号强度(即RSS)信息为定位提供了可能性，较之现行定位技术如北斗、GPS、蜂窝信号、无迹推算等，基于Wi-Fi的定位具有如下优势：1.可工作于室内、室外等不同场合，为实现无处不在的定位提供了可能性；2.仅依赖于现有的WI-FI网络，无需对其进行任何改动，使用成本低；3.WI-FI信号受非视距(即NLOS)影响小，即使在有障碍物阻挡的情况下也能使用。
本发明的有益效果是：使用方便，定位准确，适用范围广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明使用时作定位计算时三圆交于一点的示意图；
图3和图4都是本发明使用时作定位计算时三圆未能交于一点的示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置，包括移动终端1、至少三个无线中继2和定位计算机3，如图1所示，具体结构是：
移动终端1内设有Wi-Fi模块，移动终端1通过Wi-Fi信号和各个无线中继2实现无线通信连接，各个无线中继2都通过无线信号分别和定位计算机3实现无线通信连接，实现各个无线中继2和定位计算机3无线通信连接的无线信号选用Wi-Fi、2G、3G和4G中的至少一种；
移动终端1内置距离计算模块，定位计算机3内置位置计算模块。
本实施例使用时，按如下所述依次实施：
①计算距离：各个无线中继2通过Wi-Fi信号将自身的MAC地址和位置信息都发送至移动终端1，移动终端1的距离计算模块根据接收到的各个无线中继2的位置信息和信号强度依据无线信号的传输损耗模型计算出和各个无线中继2之间的距离Pr，所述传输损耗模型见(i)式；
Pr(d)＝P0-10εlg(d)——(i)；
(i)式中：Pr(d)表示Pr是以d为自变量的函数，P0表示距离无线中继2为1米的参考点处接收到的信号强度，d代表移动终端1和无线中继2之间的距离，ε是非自由空间的损耗系数，Pr(d)和P0的单位都用dBm；
②发送距离信息：移动终端1将计算出的和各个无线中继2之间的距离以及接收到的各个无线中继2的MAC地址通过无线信号发送至定位计算机3；
③定位：定位计算机3的位置计算模块根据接收到的移动终端1和各个无线中继2之间的距离以及各个无线中继2的MAC地址依据三角形算法计算出移动终端1的位置，所述的三角形算法如下所述：
设移动终端1作为未知节点D的坐标为(x,y)，已知三个无线中继2分别为A、B和C三个点且坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)，AD、BD和CD的长度即点A、B和C分别到D点的距离分别为d1、d2和d3，分别以点A、B和C为圆心、以AB、BC和AC为半径作圆A、圆B和圆C，
如图2所示：若圆A、圆B和圆C交于一点，则D的位置可由下列(I)～(III)三个方程中的任意两个求得：
然而，在实际应用中，由于测量误差的存在，三圆交于一点的情况未必出现，以致方程组(1)、(2)、(3)无解，此时圆A、圆B和圆C分别两两相交但未交于一点，有图3和图4两种典型的无解情况，则在这两种情况下，D点的求解方法如下：
a.根据方程(I)、(II)、(III)分别求解圆A与圆B的交点(xAB1,yAB1)、(xAB2,yAB2)，圆A与圆C的交点(xAC1,yAC1)、(xAC2,yAC2)，以及圆B与圆C的交点(xBC1,yBC1)、(xBC2,yBC2)；
b.将圆A与圆C的交点代入[(x-x2)2+(y-y2)2]，找出距B圆圆心较近的点，设为(xAC,yAC)，同理，将圆A与圆B的交点代入[(x-x3)2+(y-y3)2]，找出距C圆圆心较近的点，设为(xAB,yAB)，将圆B与圆C的交点代入[(x-x1)2+(y-y1)2]，找出距A圆圆心较近的点，设为(xBC,yBC)；
c.近似计算待测点位置(x,y)：
本实施例使用时，移动终端1可以选用带有Wi-Fi模块的智能手机，安装android系统或IOS系统，距离计算模块可以用软件固化或安装在移动终端1内实现；定位计算机3可以选用微机，位置计算模块可以用软件固化或安装在定位计算机3内实现；移动终端和定位计算机之间的通讯方式，可以利用现场的WI-FI网络，也可以利用智能手机本身的移动通讯模块，如2G、3G和4G等。
本实施例可以利用目前的智能手机硬件上配置有WI-FI模块、通讯模块等，经过有效的、易用性的软件开发，实现人员定位、危险区域报警及历史轨迹功能。
本实施例在android系统和IOS系统上同时开发，实现Wi-Fi定位的三角形算法，同时进行电子地图开发，实现厂房内电子地图，实现人员位置标注、重点危险区域标注和人员轨迹路线。

Claims (3)

1.一种利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置，包括移动终端(1)，移动终端(1)内设有Wi-Fi模块，其特征是：还包括至少三个无线中继(2)和定位计算机(3)，移动终端(1)通过Wi-Fi信号和各个无线中继(2)实现无线通信连接，各个无线中继(2)都通过无线信号分别和定位计算机(3)实现无线通信连接；
移动终端(1)内置距离计算模块，定位计算机(3)内置位置计算模块。
2.如权利要求1所述的利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置，其特征是：实现各个无线中继(2)和定位计算机(3)无线通信连接的无线信号选用Wi-Fi、2G、3G和4G中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的利用Wi-Fi的发电厂人员定位装置的使用方法，其特征是：按如下所述依次实施：
①计算距离：各个无线中继(2)通过Wi-Fi信号将自身的MAC地址和位置信息都发送至移动终端(1)，移动终端(1)的距离计算模块根据接收到的各个无线中继(2)的位置信息和信号强度依据无线信号的传输损耗模型计算出和各个无线中继(2)之间的距离Pr，所述传输损耗模型见(i)式；
Pr(d)＝P0-10εlg(d)——(i)；
(i)式中：Pr(d)表示Pr是以d为自变量的函数，P0表示距离无线中继(2)为1米的参考点处接收到的信号强度，d代表移动终端(1)和无线中继(2)之间的距离，ε是非自由空间的损耗系数，Pr(d)和P0的单位都用dBm；
②发送距离信息：移动终端(1)将计算出的和各个无线中继(2)之间的距离以及接收到的各个无线中继(2)的MAC地址通过无线信号发送至定位计算机(3)；
③定位：定位计算机(3)的位置计算模块根据接收到的移动终端(1)和各个无线中继(2)之间的距离以及各个无线中继(2)的MAC地址依据三角形算法计算出移动终端(1)的位置，所述的三角形算法如下所述：
设移动终端(1)作为未知节点D的坐标为(x,y)，已知三个无线中继(2)分别为A、B和C三个点且坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)，AD、BD和CD的长度即点A、B和C分别到D点的距离分别为d1、d2和d3，分别以点A、B和C为圆心、以AB、BC和AC为半径作圆A、圆B和圆C，
若圆A、圆B和圆C交于一点，则D的位置可由下列(I)～(III)三个方程中的任意两个求得：
若圆A、圆B和圆C分别两两相交但未交于一点，则在这两种情况下，D点的求解方法如下：
a.根据方程(I)、(II)、(III)分别求解圆A与圆B的交点(xAB1,yAB1)、(xAB2,yAB2)，圆A与圆C的交点(xAC1,yAC1)、(xAC2,yAC2)，以及圆B与圆C的交点(xBC1,yBC1)、(xBC2,yBC2)；
b.将圆A与圆C的交点代入[(x-x2)2+(y-y2)2]，找出距B圆圆心较近的点，设为(xAC,yAC)，同理，将圆A与圆B的交点代入[(x-x3)2+(y-y3)2]，找出距C圆圆心较近的点，设为(xAB,yAB)，将圆B与圆C的交点代入[(x-x1)2+(y-y1)2]，找出距A圆圆心较近的点，设为(xBC,yBC)；
c.近似计算待测点位置(x,y)：
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