[发明专利]井下高容灾度的监测定位及人员求助系统

权利要求书

1.一种井下高容灾度的监测定位及人员求助系统，所述系统主要包括监控终端、调度台、定位服务器、存储服务器、交换机和无线传感器网络；其特征在于:无线传感器网络,包括锚节点设备和目标节点设备；锚节点设备包括:第一处理器、电源、备用电池、LED灯、防爆外壳；目标节点设备由井下人员携带，包括：第二处理器、蜂鸣器、电源模块、甲烷含量检测装置、按键、震动马达、温度传感器；隧道口的锚节点设备充当汇聚节点通过光纤连接交换机和服务器；锚节点设备等间距的交错布置在巷道的两侧，对面的锚节点设备与另一侧相距最近的锚节点设备的连线垂直于巷道，巷道同侧的锚节点设备之间的距离均为d，通信距离为R,巷道的宽度为h,锚节点设备的布置需要满足以下条件：且目标节点设备比较接收到的不同锚节点设备RSSI值，缩小人员所在范围，锚节点设备作为参考点实现定位；锚节点设备的连线将巷道划分为多个矩形区域，当任意矩形区域的任意一个或巷道同侧的两个或对角位置的两个锚节点设备失效时，其余的相邻健康锚节点设备相互处于对方的通信半径内，维持无线传感器网络的正常接续，仍满足通信和定位的需求；当目标节点设备监测甲烷含量和温度异常时，震动马达工作提醒人员注意；当井下人员主动求助时，按下按键后，最近的锚节点设备收到求助信号后，LED灯闪烁，提醒周围同事给予帮助。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：每个巷道以汇聚节点为原点(0,0)建立坐标；在每个矩形区域内确定对角线交点的坐标W(X_W,Y_W),测量目标节点设备在(X_W,Y_W)位置接收到的四个锚节点设备，即A(X_A,Y_A),B(X_B,Y_B),C(X_C,Y_C),D(X_D,Y_D)发射信号的RSSI值,四个RSSI值的算数平均值作为标定值Q；定位时，设目标节点设备检测到的锚节点设备A的RSSI值经高斯滤波为Q_A,计算过程如下：

设接收同一锚节点设备的RSSI值服从N(μ,δ²)高斯分布,其概率密度为：

f(RSSI)=1δ2πe-(RSSI-μ)22δ2]]>

其中，RSSI_k＝{RSSI₁,RSSI₂,…,RSSI_n}是时间t内目标节点设备接收到锚节点设备A信号的RSSI值集合，RSSI为目标节点接收的信号强度指示值，n是t时间内接收到锚节点设备A信号的RSSI值个数，t是经现场测定或人为设定的，区间μ-δ＜RSSI_k＜μ+δ是高概率区间,将在此区间的RSSI值进行均值滤波，RSSI_k∈(μ-δ,μ+δ)得到的值作为Q_A,是对RSSI值进行高斯滤波后的值，n′是在μ-δ＜RSSI_k＜μ+δ区间内对RSSI进行均值滤波的RSSI值个数,同理可以计算得到Q_B,Q_C,Q_D,设人员的坐标为(X,Y)；矩形中的锚节点设备感知到目标节点设备后，根据最佳矩形内点测试法PIR,判断是否在矩形区域内,即：当目标节点向任意方向移动时，同时远离或靠近组成矩形的锚节点设备，证明目标节点设备不在矩形区域内部，反之，在矩形区域内部，如果判断在矩形区域内，定位过程如下：

由以下公式计算Q_A,Q_B,Q_C,Q_D与标定值Q的均方偏差：

D=(QA-Q)2+(QB-Q)2+(QC-Q)2+(QD-Q)24]]>

D与区分值F比较，F是经现场测定或人为设定的，若D≤F,则人员的坐标(X,Y)：

X=XWY=YW]]>

若D>F,对Q_A,Q_B,Q_C,Q_D比较排序，确定最大的两个RSSI值对应的锚节点设备，共分为四种情况，根据目标节点设备所在不同的四个三角形区域，依次对应以下四组公式计算坐标(X,Y):

第一种状态，Q_A,Q_B值最大，锚节点设备在三角形ΔABW区域内：

X=XA+XB+XW3Y=YA+YB+YW3]]>

第二种状态，Q_B,Q_C值最大，锚节点设备在三角形ΔBCW区域内；

X=XB+XC+XW3Y=YB+YC+YW3]]>

第三种状态，Q_C,Q_D值最大，锚节点设备在三角形ΔCDW区域内；

X=XC+XD+XW3Y=YC+YD+YW3]]>

第四种状态，Q_A,Q_D值最大，锚节点设备在三角形ΔADW区域内；

X=XA+XD+XW3Y=YA+YD+YW3.]]>