[发明专利]一种用于无线传感器网络的三维定位和远程查询系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于无线传感器网络的三维定位和远程查询系统。

背景技术

无线传感器网络集传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术、微机电系统技术和分布式信息处理技术于一体，通过传感器与外界交互，完成数据采集、处理、通信及管理等功能，广泛应用于公共安全、国防军事、医疗卫生、环境监测、智能家居、抢险救灾等诸多领域，具有广阔的应用前景。无线传感器网络节点的三维定位作为无线传感器网络的关键支撑技术，对无线传感器网络的应用有着重要的意义，没有位置信息的监测消息通常是毫无意义的，确定事件发生的位置或采集数据的节点位置是传感器网络最基本的功能之一。

在近年来的研究中，人们对无线传感器网络的组建、三维定位的算法等问题也提出了许多理论和方法，比如，中国专利申请号为：200710164581.2，名称为：一种基于测距的无线传感器网络节点定位方法，该方法利用待测节点到各个锚节点之间的距离差值来对待测节点的位置坐标进行定位。再比如，中国专利申请号为：200810057495.6，名称为：三维空间中无线传感器网络基于抽样的节点自身定位方法，该方法利用对三维空间随机抽样的方法，获取所需样本点信息，并通过范围约束条件进行过滤得到成功样本点，取成功样本点坐标平均值作为未知节点的初始坐标估计值。但是以上方法均偏重理论研究，算法复杂度较高，对传感器节点硬件要求高，难以将其应用于构建实时的三维定位系统。且现有的无线传感器网络的三维定位系统中没有整合远程查询功能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是从整体上整合无线传感器网络的组建、三维定位、远程查询等各项技术，提供一种功能模块化的、具有良好的通用性并且易搭建的用于无线传感器网络中的三维定位和远程查询系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于无线传感器网络的三维定位和远程查询系统，包括无线通信模块、传感器模块、运算模块、显示模块、存储模块和远程查询模块，其中，所述无线通信模块与所述传感器模块组成无线传感器网络，所述无线传感器网络与运算模块、显示模块组成三维定位系统，所述运算模块、所述存储模块和所述远程查询模块组成三维定位信息的远程查询系统，所述无线通信模块用于组建使各传感器可以互相通信的无线网络，并将所述传感器模块采集的数据信息发送到所述运算模块；所述传感器模块用于采集数据信息并将采集的数据信息发送到所述无线通信模块；所述运算模块用于对传感器采集的数据信息进行运算，得到三维定位信息；所述显示模块用于显示来自所述运算模块的所述三维定位信息；所述存储模块用于存储来自所述运算模块的所述三维定位信息；所述远程查询模块用于提供所述储存模块中所存储的所述三维信息的远程查询。

进一步地，所述无线通信模块包括网络组建子模块和信息处理子模块，所述网络组建子模块用于组建使各传感器之间可以互相通信的无线网络，并分配所述传感器模块中各传感器的身份，确定被定位的传感器和定位传感器；所述信息处理子模块用于将所述传感器模块采集的数据信息打包并发送给所述运算模块。

进一步地，所述网络组建子模块是采用Zigbee技术进行无线网络的组建的。

可选地，所述无线通信模块是由6个Crossbow公司生产的Iris系列无线节点组成的。

进一步地，所述传感器模块是使用所述无线通信模块中的无线节点自带的信号强度传感器进行数据信息采集的。

进一步地，所述运算模块进一步是通过如下步骤对传感器采集的数据信息进行运算，得到三维定位信息的：

1)将所述传感器模块采集的数据信息经过计算转换为距离信息，得到被定位的传感器和定位传感器之间的距离；

2)使用上述步骤1)计算的距离构建权值矩阵；

3)通过加权的最小二乘法求解所述被定位传感器的三维坐标；

4)通过所述被定位传感器的所述三维坐标计算所述被定位传感器到各定位传感器的距离，并与所述步骤1)中得到的距离进行比较，并去除比较的差值大于预定阀值的距离测量值；

5)使用剩余的距离测量值通过步骤3)再次计算所述被定位传感器的三维坐标，并根据三维定位精度的要求判断是结束运算还是继续通过步骤4)进行比较和去除。

所述运算模块通过上述运算得到三维定位信息后，将三维定位信息发送到显示模块和存储模块。

进一步地，所述显示模块是以三维图像的形式显示来自所述运算模块的三维定位信息的。

进一步地，所述存储模块是使用数据库来存储来自所述运算模块的三维定位信息的。