一种隧道施工人员定位方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道施工人员定位方法

【技术实现步骤摘要】
一种隧道施工人员定位方法、装置、设备及可读存储介质


[0001]本专利技术涉及面向隧道施工人员的无线传感网络
，特别涉及一种隧道施工人员定位方法
、
装置
、
设备及可读存储介质
。

技术介绍

[0002]随着我国公路建设的发展，长隧道及特长隧道不断增多，尤其是特长隧道施工安全问题已明显地摆在管理者面前
。
特长隧道由于地理环境及工程性质原因，施工环境复杂，隐蔽工程多，若有事故发生，社会影响较大
。
因此，研究隧道安全施工具有重要意义
。
利用传感器网络具有结构灵活
、
自组织和多跳等特点，适应于恶劣环境，将无线传感网络技术
(wireless sensor networks,WSN)
应用于隧道施工，通过采集隧道中的环境参数，了解隧道现状，定位人员，及时防灾，减少人员伤亡，成为研究趋势
。
在许多领域
WSN
都有应用，得到了全世界的关注，其中传感器数据和位置信息相结合至关重要，例如目标跟踪和环境监测，尤其是隧道施工安全方面
。
[0003]无线传感器定位算法按测距与否可分为：基于测距
(Range
‑
based)
和非基于测距
(Range
‑
free)
两种
。
基于测距的定位算法需要测量节点之间的距离
、
角度等信息，其精度优势明显，但缺点是对传感器网络硬件要求较高，因此成本要求也较高
。
目前，典型的基于测距的定位算法包括：基于到达时间
TOA(Time of Arrival)、
基于到达时间差
TDOA(Time Difference of Arrival)、
基于到达角度
AOA(Angle of Arrival)
以及基于接收信号强度指示
RSSI(Received Signal Strength Indicator)
等
。
非基于距离的定位算法的精确度较低，但它的较低的网络硬件要求也大大降低了节点定位成本
。
在大范围农田无线传感器网络中，广泛采用非基于定位算法
。
一些典型的非基于测距定位算法有
APIT、Centroid、Amorphous
和
DV
‑
Hop
，在这四种算法中，
DV
‑
Hop
算法因其易操作
、
成本低
、
耗能少的特性是被使用较多的
。
[0004]DV
‑
Hop
定位算法是一种通过节点之间的跳数来测量节点间距的非直接测距定位算法，使用传统
DV
‑
Hop
定位算法进行定位的方法是：首先需要获取所有节点和信标节点的最小跳数，然后估算出平均跳距，再用平均跳距乘以跳数得到未知节点与信标节点的间距，最后通过极大似然估计法，对未知坐标进行估计
。
但是，采用该方法进行定位的主要缺点仍是定位精度较差
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种隧道施工人员定位方法
、
装置
、
设备及可读存储介质，其目的在于提高对隧道施工人员的定位精度
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种隧道施工人员定位方法，包括：
[0008]信标节点向网络广播信标信息，所述信标信息包含信标节点的位置信息以及初始值为0的跳数值；
[0009]邻居节点接收到信标信息后，将跳数值加1，并向其余邻居节点广播信标信息，得到不同节点之间的跳数值；
[0010]根据不同节点之间的跳数值，计算信标节点的平均跳距，并采用加权因子策略修正信标节点的平均跳距，得到修正后的平均跳距；
[0011]未知节点将距离最近的信标节点对应的修正后的平均跳距作为平均跳距，计算未知节点的位置坐标
。
[0012]进一步地，所述信标节点向网络广播信标信息，包括：
[0013]信标节点先以通信半径
0.5R
在网络中第一次广播信标信息，初始跳数设为
0.5
，接收到信标信息后的未知节点最小跳数设置为
0.5
，但不转发；
[0014]信标节点再以通信半径
R
在网络中广播信标信息，未接收到第一次广播信标信息的未知节点的最小跳数被设置为1，并将保存的跳数加1之后转发给邻居节点；
[0015]在不断的转播过程中，所有节点保存与各信标节点的最小跳数值
。
[0016]进一步地，所述根据不同节点之间的跳数值，计算信标节点的平均跳距，具体为：
[0017][0018]式中，
Hopsize
i
为信标节点的平均跳距；
(x
i
,y
i
,z
i
)
和
(x
j
,y
j
,z
j
)
分别表示信标节点
i
和信标节点
j
的坐标；
h
ij
表示信标节点
i
和信标节点
j
之间的跳数值
。
[0019]进一步地，所述采用加权因子策略修正信标节点的平均跳距，得到修正后的平均跳距，具体为：
[0020]Hopsize
i
′
＝
(1
‑
ω
i
)
·
Hopsize
i
[0021][0022]式中，
Hopsize
i
′
为修正后的平均跳距；
ω
i
为权值；
h
i
为最小跳数值
。
[0023]进一步地，所述未知节点将距离最近的信标节点对应的修正后的平均跳距作为平均跳距，计算未知节点的位置坐标，包括：
[0024]未知节点将距离最近的信标节点对应的修正后的平均跳距作为平均跳距，结合改进四面体质心算法计算未知节点的位置坐标
。
[0025]进一步地，所述计算未知节点的位置坐标之后，还包括：
[0026]根据所述未知节点的位置坐标对隧道施工人员进行定位
。
[0027]一种隧道施工人员定位装置，包括：
[0028]广播模块，用于信标节点向网络广播信标信息，所述信标信息包含信标节点的位置信息以及初始值为0的跳数值；
[0029]跳数值更新模块，用于邻居节点接收到信标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种隧道施工人员定位方法，其特征在于，包括：信标节点向网络广播信标信息，所述信标信息包含信标节点的位置信息以及初始值为0的跳数值；邻居节点接收到信标信息后，将跳数值加1，并向其余邻居节点广播信标信息，得到不同节点之间的跳数值；根据不同节点之间的跳数值，计算信标节点的平均跳距，并采用加权因子策略修正信标节点的平均跳距，得到修正后的平均跳距；未知节点将距离最近的信标节点对应的修正后的平均跳距作为平均跳距，计算未知节点的位置坐标
。2.
根据权利要求1所述的一种隧道施工人员定位方法，其特征在于，所述信标节点向网络广播信标信息，包括：信标节点先以通信半径
0.5R
在网络中第一次广播信标信息，初始跳数设为
0.5
，接收到信标信息后的未知节点最小跳数设置为
0.5
，但不转发；信标节点再以通信半径
R
在网络中广播信标信息，未接收到第一次广播信标信息的未知节点的最小跳数被设置为1，并将保存的跳数加1之后转发给邻居节点；在不断的转播过程中，所有节点保存与各信标节点的最小跳数值
。3.
根据权利要求1所述的一种隧道施工人员定位方法，其特征在于，所述根据不同节点之间的跳数值，计算信标节点的平均跳距，具体为：式中，
Hopsize
i
为信标节点的平均跳距；
(x
i
，
y
i
，
z
i
)
和
(x
j
，
y
j
，
z
j
)
分别表示信标节点
i
和信标节点
j
的坐标；
h
ij
表示信标节点
i
和信标节点
j
之间的跳数值
。4.
根据权利要求3所述的一种隧道施工人员定位方法，其特征在于，所述采用加权因子策略修正信标节点的平均跳距，得到修正后的平均跳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭生，王义盛，王峻，段中兴，刘瑞兴，刘福友，
申请(专利权)人：中交隧道工程局有限公司西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：