基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，定位系统包括：未知节点、信标节点以及通过通信连接所述未知节点和/或所述信标节点的定位服务器；所述室内构建有平面直角坐标系，并确定各个所述信标节点的坐标；所述未知节点坐标D(x,y)的确定方法包括如下步骤：S1、至少三个所述信标节点分别检测各自所述信标节点与所述未知节点的距离；S2、构建有排序的方程组；S3、求解所述步骤S2中的方程组，得到未知节点的坐标；S4、将所述未知节点的坐标结果反馈给所述定位服务器。本发明专利技术利用多种传感测距技术，有效的提高室内定位精度，减小定位误差；同时对现有配电站房辅助应用系统的传感设备改进，扩充测距和定位功能，成本低廉，精度高。

Location method of indoor positioning system based on multi sensor ranging technology

The invention discloses a positioning method for an indoor positioning system based on a variety of sensing and ranging techniques. The positioning system comprises an unknown node, a beacon node and a positioning server that communicates with the unknown node and/or the beacon node; the indoor building has a plane rectangular coordinate system and determines each beacon. The determination method of the unknown node coordinate D (x, y) includes the following steps: S1, at least three of the beacon nodes respectively detect the distance between the beacon node and the unknown node; S2, construct a sorted set of equations; S3, solve the equation set in S2, get the coordinates of the unknown node; S4. The coordinate result of the unknown node is fed back to the positioning server. The invention effectively improves the indoor positioning accuracy and reduces the positioning error by utilizing a variety of sensing and ranging techniques, and improves the sensing equipment of the existing auxiliary application system of the distribution station room, expands the ranging and positioning functions, and has the advantages of low cost and high precision.

【技术实现步骤摘要】
基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法
本专利技术涉及配电站房室内人员及设备的定位方法，尤其涉及一种基于多种传感测距技术的配电站房室内定位系统的定位方法。
技术介绍
随著智能电网的深入发展，无人值守变电站、配电站房的广泛建设，对于站内设备的巡视、检修、作业安全和系统运维等提出了更高要求。基于GPS、北斗等卫星等室外定位技术的国网GIS平台已承载生产管理、营销管理、规划设计、应急抢修等多项业务，但卫星信号在室内信号衰减迅速，无法满足对配电站房内人员及设备的室内定位需求。常用的室内定位技术有超声波定位技术、红外定位技术、蓝牙定位技术、ZigBee定位技术、UWB定位技术以及RFID定位技术等。不同的定位技术存在着不同的定位范围，精确度也各有不同，但其中最根本的关键点在于定位算法。常用的定位算法主要分为两大类：一类是基于测距的定位算法，通过测量节点间距离、角度等计算出目标节点的坐标位置；另一类是基于非测距的定位算法，根据网络的连通性和拓扑结构来确定目标位置，往往要求网络站点之间的部署要相对密集，易产生较大误差。因此，目前的室内定位系统，多数情况下都采用基于测距的定位算法。现有的测距算法主要有：基于信号到达时间的测距算法(包括TOF、TOA和TDOA算法)、基于信号到达角度的AOA测距算法以及基于信号强度的RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)测距算法。尤其是基于接收信号强度RSSI的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。由于配电站房中高压开关柜等金属物品较多，折射、反射容易产生多径干扰，强电磁场的杂波也容易对测距信号产生干扰。这些因素导致采用RSSI室内定位方法的误差很大，一些与位置相关的应用无法实现。三边测量原理：三个坐标已知的信标节点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)，一个待定位的未知节点的坐标(x,y)，其中信标节点到未知节点的距离分别为d1、d2、d3，通过求解信标节点与位置节点的距离方程组：(x1-x)2+(y1-y)2＝d12、(x2-x)2+(y2-y)2＝d22、(x3-x)2+(y3-y)2＝d32，可以得到D(x,y)。
技术实现思路
本专利技术针对目前单一室内定位技术的不足，提出一种基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，并对坐标求解方程式通过加权赋值排序以减少误差，提高室内定位精度。对现有配电站房辅助应用系统的传感设备改进，扩充测距和定位功能，最终实现低成本、高精度的配电站房室内定位系统。为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，其特征在于，所述室内定位系统包括：未知节点，包括携带无线传感器模块随机进入室内的需要确定位置的人员或设备；信标节点，包括在室内具有确定位置并且能够测定与所述未知节点距离的无线传感器、微波红外传感器或视频传感器；以及通过通信连接所述未知节点和/或所述信标节点的定位服务器；所述室内构建有平面直角坐标系，并确定各个所述信标节点的坐标；所述未知节点坐标D(x,y)的确定方法包括如下步骤：S1、至少三个所述信标节点分别检测各自所述信标节点与所述未知节点的距离；S2、构建有排序的方程组：其中，x1、x2……xn分别表示得出排序由前到后的方程的信标节点的横坐标；y1、y2……yn分别表示得出排序由前到后的方程的信标节点的纵坐标；d1、d2……dn分别表示得出排序由前到后的方程的信标节点到所述未知节点的距离；所述有排序的方程组的排序方法为：由无线传感器构成的信标节点得出的方程排在最前，由视频传感器构成的信标节点得出的方程次之，由微波红外传感器构成的信标节点得出的方程排在最后；由相同类型传感器构成的信标节点得出的方程之间排序方法为：由距离所述未知节点越远的所述信标节点得出的方程排序越靠前；S3、求解所述步骤S2中的方程组，得到未知节点的坐标，求解方法如下：用方程组中前n-1个方程减去第n个方程，得到方程组(2-2)；将方程组(2-2)线性化为：AX＝b(2-3)其中：X＝[x,y]T用最小二乘法求解方程组(2-3)得到未知节点坐标结果：X＝(ATA)-1ATb(2-4)S4、将所述未知节点的坐标结果反馈给所述定位服务器。优选方式下，所述无线传感器构成的信标节点的测距方法如下：S21、所述无线传感器构成的信标节点定期广播自身的位置信号(xi,yi)，所述未知节点接收端接收所述位置信号；所述未知节点接收端接收到的信号强度(RSS)为：PR(d)＝PT+GT-PL(d)(3.1-1)式中，PR(d)为接收信号强度指示RSSI(dBm)；PT(dBm)，GT分别为发射信号功率和发射天线增益；S22、根据IEEE802.15.4标准，给出简化的信号衰减模型为：S23、根据公式(3.1-2)求出未知节点到信标节点距离d。优选方式下，所述微波红外传感器构成的信标节点的测距方法如下：S31、改进所述微波红外传感器的微波部分电路和器件，使之能通过天线向外发射和接收频率稍有不同的两个电波f1和f2，这两个波的反射波的多普勒频率也稍有不同；S32、测定这两个多普勒输出信号成分的相位差为利用公式(3.2-1)求出三维空间距离d3：S33、确定微波传感器安装俯视角α，利用公式(3.2-2)下列公式求出二维平面距离d：d＝d3*cos(α)(3.2-2)。优选方式下，所述视频传感器构成的信标节点的测距方法如下：S41、所述视频传感器获取所述未知节点的图像；S42、获取视频传感器参数及图像参数；所述视频传感器参数及图像参数包括：视频传感器高度H、图像坐标中心对应的世界坐标点与摄像头在y轴上的距离O3M、镜头中心点的图像坐标Q1(ucenter,vcenter)、测量像素点的图像坐标P1(u,0)，Q1(u,v)、实际像素的长度xpix、实际像素的宽度ypix、摄像头焦距f；S43、根据下列公式计算出所述视频传感器到所述未知节点在二维平面的距离d；β＝α-γ所述视频传感器到所述未知节点在二维平面的距离d为：本专利技术利用多种传感测距技术，并对坐标求解方程式通过加权赋值排序；有效的提高室内定位精度，减小定位误差；同时对现有配电站房辅助应用系统的传感设备改进，扩充测距和定位功能，成本低廉，精度高。附图说明图1是本专利技术的模型示意图；图2是本专利技术的实施例中视频测距传感器处理流程图；图3是本专利技术的实施例中视频测距模型示意图；图4是本专利技术的实施例中室内定位系统架构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术一种基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，如图1所示，所述室内定位系统包括：未知节点，包括携带无线传感器模块随机进入室内的需要确定位置的人员或设备；信标节点，包括在室内具有确定位置并且能够测定与所述未知节点距离的无线传感器、微波红外传感器或视频传感器；以及通过通信连接所述未知节点和/或所述信标节点的定位服务器；所述室内构建有平面直角坐标系，并确定各个所述信标节点的坐标。定位系统采用二维平面空间模型，即每个节点的位置信息都由二维平面坐标(x,y)表示，节点间相对定位方式。节点分为信标节点和未知节点。信标节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，其特征在于，所述室内定位系统包括：未知节点，包括携带无线传感器模块随机进入室内的需要确定位置的人员或设备；信标节点，包括在室内具有确定位置并且能够测定与所述未知节点距离的无线传感器、微波红外传感器或视频传感器；以及通过通信连接所述未知节点和/或所述信标节点的定位服务器；所述室内构建有平面直角坐标系，并确定各个所述信标节点的坐标；所述未知节点坐标D(x,y)的确定方法包括如下步骤：S1、至少三个所述信标节点分别检测各自所述信标节点与所述未知节点的距离；S2、构建有排序的方程组：

【技术特征摘要】
1.一种基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，其特征在于，所述室内定位系统包括：未知节点，包括携带无线传感器模块随机进入室内的需要确定位置的人员或设备；信标节点，包括在室内具有确定位置并且能够测定与所述未知节点距离的无线传感器、微波红外传感器或视频传感器；以及通过通信连接所述未知节点和/或所述信标节点的定位服务器；所述室内构建有平面直角坐标系，并确定各个所述信标节点的坐标；所述未知节点坐标D(x,y)的确定方法包括如下步骤：S1、至少三个所述信标节点分别检测各自所述信标节点与所述未知节点的距离；S2、构建有排序的方程组：其中，x1、x2......xn分别表示得出排序由前到后的方程的信标节点的横坐标；y1、y2……yn分别表示得出排序由前到后的方程的信标节点的纵坐标；d1、d2……dn分别表示得出排序由前到后的方程的信标节点到所述未知节点的距离；所述有排序的方程组的排序方法为：由无线传感器构成的信标节点得出的方程排在最前，由视频传感器构成的信标节点得出的方程次之，由微波红外传感器构成的信标节点得出的方程排在最后；由相同类型传感器构成的信标节点得出的方程之间排序方法为：由距离所述未知节点越远的所述信标节点得出的方程排序越靠前；S3、求解所述步骤S2中的方程组，得到未知节点的坐标，求解方法如下：用方程组中前n-1个方程减去第n个方程，得到方程组(2-2)；将方程组(2-2)线性化为：AX＝b(2-3)其中：X＝[x,y]T用最小二乘法求解方程组(2-3)得到未知节点坐标结果：X＝(ATA)-1ATb(2-4)S4、将所述未知节点的坐标结果反馈给所述定位服务器。2.根据权利要求1所述基于多种传感测距技术室内定位系统的定位方法，其特征在于，所述无线传感器构成的信标节点的测距方法包括如下步骤：S21、所述无线传感器构成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨万清，吴江宁，刘冰，金垒，张大巍，郭兆成，王跃东，迟福有，骆敏，戚欣革，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司大连供电公司，大连维深自动识别技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21