[发明专利]一种基于改进谱聚类和交叉标注技术的目标定位方法

权利要求书

1.一种井下目标定位系统，其特征在于：包括井下定位系统与地面数据调度中心。

2.如权利要求1所述井下目标定位系统，其特征在于：所述井下定位系统包括位置节点网格、信号发射器、信号接收器、井下交换机、井下定位计算机、总线；

所述位置节点网格根据矿井巷道纵截面进行分割确定、建模；

所述信号发射器布置在巷道位置节点网格中心沿线对应的矿道顶端；

所述信号接收器依据矿井体积与信号覆盖程度布设，接收来自信号发射器的电磁信号，并通过井下交换机连接至井下定位计算机；

所述井下交换机为连接定位信号接收器与井下定位计算机的联接中端；

所述井下定位计算机均安装有改进谱聚类算法系统与交叉标注指纹采集系统，将输出的人员位置传送至地面数据调度中心；

所述总线是CAN总线，或局域网总线，或RS-485总线。

3.如权利要求1所述井下人员定位系统，其特征在于：所述地面数据调度中心将目标位置坐标进行整合，供其它上层软件使用。

所述多台计算机均安装有改进谱聚类算法系统与交叉标注指纹采集系统。

4.如权利要求1所述井下人员定位系统，其特征在于：所述井下设备均为本质安全型。

5.一种如权利1-4任一项所述一种井下人员定位方法，其实现过程包括三个阶段：指纹收集阶段、离线训练阶段和在线定位匹配阶段；

所述指纹收集阶段中，由信号接收器记录测试人员在某位置的RSS概率与不在该位置的RSS概率，在测试人员遍历位置节点网格过程中得到每一个位置网格的两个RSS直方图，通过交叉标注技术得到满足多人员定位需要的指纹数据；

所述离线训练阶段中，依据指纹收集阶段得到的位置指纹数据，使用改进后的谱聚类算法进行数据训练，完成对位置节点的统计、训练工作，构建指纹数据库；

所述在线定位匹配阶段中，由信号接收器记录人员在巷道走动的RSS数据，通过改进谱聚类算法，将该RSS数据与离线指纹数据进行匹配，从而得到被定位人员的精确位置。

6.一种井下人员定位方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)根据矿井巷道环境得到纵向截面矩形，将其分割组成定位系统位置结点网格；

(2)测试人员遍历每一个网格点，通过信号接收器于一定的时间间隔内记录下测试人员在不同位置网格的接收信号强度均值，组成RSS向量与对应的RSS直方图并存储在电子表格中，通过交叉标注技术得到多人员定位匹配需要的指纹数据库；

(3)根据传统谱聚类算法的思路，对原有算法进行改进创新，改进后的谱聚类经过图谱傅里叶矩阵、图谱滤波器、快速随机信号滤波、k-means聚类四个步骤完成指纹数据离线训练，构建位置指纹数据库；

(4)使用改进谱聚类解决在线定位阶段多人员实时定位数据维度较高的情况，依据改进谱聚类算法流程实现聚类团簇的确定，将其与指纹数据库进行匹配对比，当数据间欧式距离为最小值，则对应坐标位置即为被定位人员的精确位置。

7.根据权利要求6所述井下人员定位方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下步骤：

A.t时刻测试人员的活动位置为a，此时将人员此时在该位置的RSS概率设为1，对应其他位置没有人员的RSS概率为0；

B.由RSS概率可知每个位置网格均存在两个RSS直方图，分别是测试人员在该位置以及不在该位置的直方图；

C.将RSS直方图中每一个活动位置的直方图记录为人员活动直方图，假设此时有n个活动区域，而其他n-1个不活动区域直方图经过合并后记为无人员直方图；

D.测试人员遍历定位环境位置网格，不断叠加交叉每一个位置的双RSS直方图，运用条件随机场的多次迭代推理算法构建出能够满足多人员定位匹配需要的指纹数据库。