一种基于无线传感器网络的井下定位系统、装置及方法

1.一种基于传感器网络的井下定位系统，由内置于矿灯内的带定位 功能的移动节点(1)、网关(2)和管理中心(3)组成，管理中心(3) 和网关(2)之间通过有线网络连接，网关(2)和移动节点(1)通过无 线通信连接，定位时，管理中心每隔一定时间发出定位指令，该指令通过 有线网络到达网关(2)，网关与移动节点(1)进行交互，由移动节点计 算出它相对于网关的位置，传输到网关，网关附加上自己的位置信息， 传送到管理中心，管理软件对数据计算，得到移动节点的精确位置。
2.根据权利要求1的基于传感器网络的井下定位系统，其特征在于： 置于矿灯内的移动节点(1)；该移动节点为一嵌入式系统，集成了中央处 理器、存储器、射频通信模块和定位系统模块，中央处理器、存储器与 定位系统和射频通信模块互联，可以实现数据处理、无线通信以及运行 包括定位在内的各种应用程序。
3.根据权利要求1的基于传感器网络的井下定位系统，其特征在于： 管理中心(3)一般由计算机、服务器、网络设备及运行于计算机和服务 器上的各种软件组成。
4.一种基于无线传感器网络的井下定位方法，由置于矿灯内的带定 位的移动节点(1)、网关(2)和管理中心(3)组成的系统，定位时，管 理中心(3)每隔一定时间发出定位指令，该指令通过有线网络到达网关 (2)，网关与移动节点(1)进行交互，由移动节点计算出它相对于网关 的位置，传输到网关，网关附加上自己的位置信息，传送到管理中心， 管理软件对数据计算，得到移动节点的精确位置，定位方法包括：基于射 频信号强度的移动节点相对位置定位方法和移动节点和网关结合的精确 定位方法。
5.根据权利要求4的基于无线传感器网络的井下定位方法，基于射 频信号强度的移动节点相对位置定位方法，射频定位步骤如下：
步骤S3-1：首先在井下沿一定距离布设与有线网络连接的网关，该 网关同时还可以与移动节点进行双向无线通信，布设时使定位系统中的 任一移动节点(1)至少处于两个网关的射频发射范围之内；
步骤S3-2：对移动节点进行编号，编号与人员一一对应，该编号可 与人员的档案号对应，通过编号能够唯一的确定人员身份；
步骤S3-3：移动节点欲定位时，首先与连接有线网络和无线网络的 网关建立无线连接；
步骤S3-4：移动节点分别检测所接收的邻近网关的射频信号强度， 并且记录下该强度值；
步骤S3-5：射频信号的强度和发射距离之间存在一定的对应关系， 通过信号强度可以确定距离，因两网关之间的距离已知；移动节点根据 所接收到的网关发射的射频信号强度，采用两点测量法、多点测量法或 三角测量法，计算出该节点距离网关的二维或三维距离；
步骤S3-6：该移动节点的位置值通过射频发送到网关，然后传输到 地面的网络中心，地面网络中心获得该位置值，就实现了移动节点相对 网关位置的相对定位。
6.根据权利要求4的基于无线传感器网络的井下定位方法，其特征 在于，移动节点已置入矿灯内部，在移动时，该移动节点可以接收到至 少两个网关的射频信号，通过计算它们信号强度之比，采用两点测量法、 多点测量法或三角测量法，可以计算出该节点所处的位置，移动节点把 该位置传输到网关。
7.根据权利要求4的基于无线传感器网络的井下定位方法，移动节 点和网关相结合的精确定位方法，定位步骤如下：
步骤S4-1：首先对每一个网关编号，记录其位置与编号的对应关系， 保证每一网关的编号是唯一的；
步骤S4-2：移动节点欲定位时，首先与连接有线网络和无线网络的 网关建立无线连接；
步骤S4-3：当某移动节点经过网关时，网关接收到该移动节点的射 频信号，读取其编号，就可以确定某人处于该网关附近，确定其所处的 大致位置；
步骤S4-4：采用移动节点相对位置定位方法，确定该移动节点相对 于网关的位置；
步骤S4-5：把网关的位置和该移动节点的位置相加，即可得到移动 节点在井下的精确位置；
步骤S4-6：该位置值通过射频发送到网关，然后传输到地面的网络 中心，地面网络中心获得该位置值，即实现了移动节点的二维或三维定 位。

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