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1、(10)申请公布号 CN 103698746 A (43)申请公布日 2014.04.02 CN 103698746 A (21)申请号 201310605349.3 (22)申请日 2013.11.26 G01S 5/14(2006.01) (71)申请人 中国十七冶集团有限公司 地址 243000 安徽省马鞍山市雨山区雨山东 路 88 号 (72)发明人 王江涛 (74)专利代理机构 马鞍山市金桥专利代理有限 公司 34111 代理人 鲁延生 (54) 发明名称 一种用于安全绳自组织网络节点的定位算法 (57) 摘要 一种用于安全绳自组织网络节点的定位算 法， 在距参考安全绳节点一跳时引入。
2、测距模型对 新加入节点到该参考节点的估算距离进行定位， 大于一跳时仍采用 DV-Hop 定位算法来定位 ； 将 RSSI 测距技术与分布式定位方法结合起来， 只给 少量安全绳参考节点配备 GPS 接收器即可， 不需 要其它额外的硬件设备 ； 当网络中现有安全绳节 点执行定位算法完成新加入节点的定位后， 设定 一个阈值来使坐标偏移达到最小以满足不同施工 环境对定位精度的要求。 本发明引入测距模型， 对 距离参考安全绳节点仅仅一跳情况下的新加入节 点定位进行修正， 改善一跳情况下的安全绳节点 定位。 并通过设定阈值来对坐标偏移进行校正， 从 而来达到提高整个安全绳节点定位性能的目的。 (51)In。
3、t.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103698746 A CN 103698746 A 1/1 页 2 1. 一种用于安全绳自组织网络节点的定位算法， 其特征在于 ： 1） 、 结合 DV-Hop 定位算和接收信号强度指示器 (RSSI) 测距模型的优点， 基于 RSSI 信 号强度随距离d的衰减特性， 采用基于多跳转发的思想， 引入测距模型， 对距离参考安全绳 节点仅仅一跳情况下的新加入节点定位进行修正， 大于一跳时仍采用 DV-Hop 定位。
4、算法来 定位 , 改善一跳情况下的安全绳节点定位 ； 2） 、 将 RSSI 测距技术与分布式定位方法结合起来， 只给少量安全绳参考节点配备 GPS 接收器即可， 不需要其它额外的硬件设备 ； 3） 、 当网络中现有安全绳节点执行定位算法完成新加入节点的定位后， 设定一个阈值 来使坐标偏移达到最小以满足不同施工环境对定位精度的要求。 权 利 要 求 书 CN 103698746 A 2 1/4 页 3 一种用于安全绳自组织网络节点的定位算法 技术领域 0001 本发明涉及用于高空作业时基于物联网的安全绳佩戴状态智能监测领域， 特别涉 及安全绳电子监测模块自组网时的节点定位。 0002 背景技术。
5、 0003 安全绳是在高空作业时用于保护人员和物品安全的绳索， 适用于外线电工、 建筑 工人、 电信作业工人、 电线维修等施工人员， 是防止高处作业人员坠落的重要防护用品。现 有基于物联网的安全绳佩戴状态监测装置能够有效防止某些施工人员因安全意识淡薄， 存 在怕麻烦和侥幸心理， 不正确佩戴或使用安全绳而导致的安全事故， 但安全绳佩戴状态监 测装置在实用中需要解决三个问题 ： 1、 在施工现场这种不规则自组织网络实施安全绳节点 定位时， 安全绳节点间会由于跳数相同而实际距离不同选择参考节点实施定位， 所以仅仅 用跳数来估计安全绳节点间的实际距离还存在一定的误差 ； 2、 安全绳节点的通信半径设置。
6、 的较大时可以获得较高的网络连通性和覆盖率， 但此时获得的距离并不能够真正反映节点 间的实际距离， 引起的误差反而增大， 对硬件的要求也更高 ； 3、 新加入自组织网络的安全绳 节点在利用最小均方误差估计法获得自身的估计坐标后， 没有加入循环求精步骤， 定位精 度不能够满足实际应用的需求。 0004 发明内容 0005 本发明的目的就是要提供一种用于安全绳自组织网络节点的定位算法， 解决安全 绳节点因自组织网络覆盖范围动态扩大， 造成网络的健壮性和抗毁性强下降， 在实际施工 环境中引起安全绳节点可靠性低、 易受外界环境干扰、 定位精度较低等问题。 0006 本发明的技术方案如下 ： 一种用于安。
7、全绳自组织网络节点的定位算法， 其特点 是 ： 1、 新算法结合 DV-Hop 定位算和接收信号强度指示器 (RSSI) 测距模型的优点， 基于 RSSI 信号强度随距离d的衰减特性， 采用基于多跳转发的思想， 引入测距模型， 对距离参考 安全绳节点仅仅一跳情况下的新加入节点定位进行修正， 大于一跳时仍采用 DV-Hop 定位 算法来定位 , 改善一跳情况下的安全绳节点定位 ； 2、 将RSSI测距技术与分布式定位方法结合起来， 只给少量安全绳参考节点配备GPS接 收器即可， 不需要其它额外的硬件设备 ； 3、 当网络中现有安全绳节点执行定位算法完成新加入节点的定位后， 设定一个阈值来 使坐标。
8、偏移达到最小以满足不同施工环境对定位精度的要求。 0007 本发明结合 DV-Hop 定位算和接收信号强度指示器 (RSSI) 测距模型的优点， 基于 RSSI 信号强度随距离d的衰减特性， 引入测距模型， 对距离参考安全绳节点仅仅一跳情况 下的新加入节点定位进行修正， 改善一跳情况下的安全绳节点定位。并通过设定阈值来对 说 明 书 CN 103698746 A 3 2/4 页 4 坐标偏移进行校正， 从而来达到提高整个安全绳节点定位性能的目的。 0008 附图说明 0009 图 1 是参考节点处理流程图。 0010 图 2 是新加入安全绳节点处理流程图。 0011 具体实施方式 0012 为。
9、进一步描述本发明， 下面结合实例对本发明作详细描述。 0013 本发明 1、 采用基于多跳转发的思想， 在距参考安全绳节点一跳时引入测距模型对 新加入节点到该参考节点的估算距离进行定位， 大于一跳时仍采用 DV-Hop 定位算法来定 位 ； 2、 将 RSSI 测距技术与分布式定位方法结合起来， 只给少量安全绳参考节点配备 GPS 接 收器即可， 不需要其它额外的硬件设备 ； 3、 当网络中现有安全绳节点执行定位算法完成新 加入节点的定位后， 设定一个阈值来使坐标偏移达到最小以满足不同施工环境对定位精度 的要求。 0014 1、 建立坐标偏移模型 设 新 加 入 自 组 织 网 络 的 安 全。
10、 绳 节 点 坐 标 u 收 到 n 个 参 考 节 点 坐 标 为 , ， 并且在上述阶段中计算到各参考安全绳节点的 近似距离分别为, , 则可以通过以下方程组求解新加入安全绳节点 u 的坐标为， 该方程组为非线性方程组， 在此尝试通过线性化的方法对其进行 数值求解。已知新加入安全绳节点的实际坐标为， 估计坐标设为， 估计坐标到实际坐标的偏离记为， 将上面的方程组用泰勒级数展开， 则坐标偏移 可表示为已知坐标和距离测量值的线性函数。 0015 单一测量距离为 ： 单一近似距离为 ： 则安全绳节点的实际坐标可表示为估计坐标和增量坐标两部分 ： 相应地有， 用泰勒级数展开为 ： 结合单一近似距离。
11、表示式， 可以得到 ： 说 明 书 CN 103698746 A 4 3/4 页 5 把单一距离、 单一近似距离和上式代入到泰勒级数展开式， 整理后可以得到 ： 即 ： 注 ：， ， 新加入安全绳节点在获得到三个或者是三个以上参考节点的估计距离后， 得到下面的 方程组 ： 假设各个参考安全绳节点的权值相等， 对上面的方程组使用最小二乘法求解可得 ： 对上式求导， 令之等于 0 可得 ： 整理可得 ： 即 ： 如果解出的坐标偏移值不能够满足该精度要求， 将校正后的坐标代替估 计坐标进行进一步校正， 直到坐标偏移小于事先设定的阈值， 定位完成。 说 明 书 CN 103698746 A 5 4/4。
12、 页 6 0016 2、 算法描述 （1） 算法的主要流程 STEP1. 按现场施工需要布署安全绳节点， 并对节点初始化 ； STEP2. 参考节点利用 GPS 定位自身位置， 以洪泛广播的方式向其它安全绳节点广播 自己的位置信息， 广播包的格式为 (ID， RSSI, ， ， Hops)， ID 为安全绳节点的唯一标识 号， Hops 为参考安全绳节点到其通信范围内的其它参考节点间的跳数， 初始值为 0， 然后计 算出整个施工区域内安全绳覆盖网络的平均每跳距离。 同时在其通信范围内的所有新加入 安全绳节点接收参考节点的数据包， 将收到的参考节点的信息记录在表中， 且 Hops 加 1， 并 。
13、向邻居节点转发该数据包， 每广播一次， Hops 就加 1。如果新跳数小于原表中的跳数， 意味 着找到了一条更短的到达该参考安全绳节点的路径， 就用新跳数更新表中的跳数信息 ； 如 果新跳数大于原表中的跳数， 就丢弃该数据包， 也不再进行转发。 0017 STEP 3. 如果新加入安全绳节点接收到其邻近参考节点的跳数大于 1， 则利用其 跳数与获得的平均每跳距离的乘积估算到参考节点的距离 ； 如果接收到参考节点的跳数等 于 1， 则转 STEP 4 ； STEP 4. 根据接收的邻近参考安全绳节点的RSSI值， 计算到该邻近参考节点的距离 d， 然后判断平均每跳距离与d的大小。 如果平均每跳距。
14、离大于d， 说明估算得到的距离大于 新加入安全绳节点与该参考节点的实际距离， 则在一跳时直接利用 RSSI 测距估算位置， 反 之则利用 DV-Hop 算法估算位置 ； STEP 5. 当新加入安全绳节点获得到 3 个或者是 3 个以上参考节点的位置信息时， 利 用三边测量法或多边测量最大似然估计法对定位误差进行校正， 直到达到设定的阈值。 0018 （2） 参考节点处理流程 在定位过程中参考安全绳节点的主要作用是将自身的位置信息洪泛广播至整个网络， 在接收到其它参考节点的位置信息和跳数后， 计算整个施工区域安全绳覆盖网络的平均每 跳距离， 并第二次洪泛广播至整个安全绳节点覆盖的自组织网络。参考节点在接收到数据 包后的处理流程如图 1 所示。 0019 （3） 新加入安全绳节点处理流程 新加入安全绳节点只是被动地接收来自参考节点的数据包， 根据情况进行转发， 并在 一跳范围内根据接收到的 RSSI 值计算距离d， 然后决定采用何种策略实施对自身的定位。 新加入节点在接收到数据包后处理过程如图 2 所示。 说 明 书 CN 103698746 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103698746 A 7 。