《專業(yè)英語與論文選讀》報(bào)告-鐘顯華

1、寧波理工學(xué)院專業(yè)外語與論文選讀課程學(xué)習(xí)報(bào)告題 目 無線信標(biāo)地理位置定位系統(tǒng) 姓 名鐘顯華學(xué) 號(hào)3120402082專業(yè)班級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)122任課教師陶劍文分 院信息工程與科學(xué)完成日期2015年11月11日目 錄中英文摘要 1第1章 引言 3第2章 系統(tǒng)架構(gòu)和定位原理 33.1 系統(tǒng)架構(gòu) 43.2 定位原理 43.2.1基于錨點(diǎn)的定位算法 43.2.2三角定位算法 5第3章 技術(shù)應(yīng)用 8第4章 發(fā)展前景 9第5章 認(rèn)識(shí)與總結(jié) 9參考文獻(xiàn) 10無線信標(biāo)地理位置定位系統(tǒng)中英文摘要基于位置的服務(wù)已經(jīng)深入到生活的各個(gè)方面，為人們的日常生活提供了方便快捷的服務(wù)體驗(yàn)。目前，在室外定位方面，有技術(shù)比較成熟

2、并廣泛應(yīng)用的GPS定位，對(duì)于室內(nèi)定位，雖然也有很多熱門技術(shù)，但是各種技術(shù)均存在很多不足，限制了室內(nèi)定位的推廣，所以如何在不影響定位精度的情況下普及室內(nèi)定位，成為目前的熱門研究課題。本系統(tǒng)提出一種包括：1、移動(dòng)設(shè)備，用于采集無線信標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度變化和參考位置變化，并上報(bào)捕獲的無線信標(biāo)信息以及所述的移動(dòng)設(shè)備自身的運(yùn)動(dòng)信息和地理位置信息；2、移動(dòng)參考基站，支持移動(dòng)設(shè)備的基站，采用無線方式與移動(dòng)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，并在傳輸過程解決移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的碰撞，防止信息丟失，使移動(dòng)設(shè)備的數(shù)量可以大規(guī)模的定位，而不是單體定位，拓展了運(yùn)用場(chǎng)景。 3、上位機(jī)，采用RS485總線與參考基站相接，用于參考基站輸送定位信息，傳輸速

3、度快、效率高，在上位機(jī)中采用三角定位算法與運(yùn)動(dòng)慣性算法等綜合算法精確計(jì)算出無線信標(biāo)的相對(duì)地理位置與運(yùn)動(dòng)慣性等，并在計(jì)算完畢后實(shí)時(shí)寫入數(shù)據(jù)庫，通過該數(shù)據(jù)分析進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)無線信標(biāo)的快速定位、搜索和跟蹤，精度輸出，快速反饋等服務(wù)，應(yīng)用簡(jiǎn)便、廣泛。通過該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高精度，低功耗，高覆蓋，低成本的無線定位，在城市交通，室內(nèi)定位中易于廣泛應(yīng)用和普及，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵字：無線定位、三角算法、數(shù)據(jù)庫1Wireless beacon location systemAbstractI Based on the location of the service has been deep into al

4、l aspects of life, for people's daily life provides a convenient and efficient service experience. At present, in the outdoor positioning, there are more mature technology and wide application of GPS positioning, for indoor positioning, although there are many popular technology, but there are m

5、any problems, which limits the promotion of indoor positioning, so how to spread indoor positioning without affecting the accuracy of positioning, becoming a hot research topic. This system includes: 1, mobile device, wireless beacon signal intensity change and reference position change, and report

6、to capture the wireless beacon information and mobile device's own motion information and geographic location information; 2, mobile reference base station, mobile devices support mobile devices and mobile devices to transmit data, and in the transmission process to solve the mobile node to send

7、 data to prevent information loss, so that the number of mobile devices can be a large scale, not a single positioning, expanding the use of scenarios. 3, the upper computer, using RS485 bus and reference base station, for reference base station transmission and positioning information, transmission

8、 speed, efficiency, in the upper computer using triangular positioning algorithm and the algorithm of motion inertia, and other comprehensive algorithm to accurately calculate the relative geographic location and motion of the wireless beacon, and real-time database, through the data analysis to ach

9、ieve fast positioning, search and tracking, precision output, fast feedback, etc. Through this system, it can achieve high accuracy, low power consumption, high coverage, low cost wireless positioning, in urban transportation, indoor positioning is easy to be widely used and popularized, with great

10、practical significance.Key Words：wireless location, triangulation algorithm, database第1章 引言衛(wèi)星通信的全球定位系統(tǒng)（）是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)，其良好的定位精度解決了很多軍事和民用的實(shí)際問題。但其缺點(diǎn)是定位信號(hào)到達(dá)地面時(shí)較弱，不能穿透建筑物，因此不適合室內(nèi)定位，此外其定位器終端的成本也較高。因此，必須研究新的室內(nèi)定位技術(shù)以彌補(bǔ)的不足。近年來，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加，人們對(duì)定位與導(dǎo)航的需求日益增大，尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場(chǎng)大廳、展廳、倉(cāng)庫、超市、圖書館、地下停車場(chǎng)、礦井 等環(huán)境

11、中，常常需要確定移動(dòng)終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息，大量的研究投向這一領(lǐng)域，室內(nèi)定位及其應(yīng)用成為又一個(gè)熱門的領(lǐng)域。本系統(tǒng)是提出一種解決方案，通過RS485總線建立基站之間的通訊，再通過無線傳感器的收發(fā)信號(hào)，通過定位算法計(jì)算出位置?？焖俜奖?，精確度高，滿足了定位需求。第2章 系統(tǒng)架構(gòu)和定位原理3.1系統(tǒng)架構(gòu)通過在室內(nèi)安裝定位微基站設(shè)備，采集定位標(biāo)簽及終端上報(bào)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)至定位服務(wù)器，服務(wù)器通過定位標(biāo)簽及終端信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）值，判斷標(biāo)簽及終端與定位微基站距離，再通過三角測(cè)量計(jì)算出標(biāo)簽及終端實(shí)時(shí)坐標(biāo)。由未知節(jié)點(diǎn)發(fā)射無線信號(hào)，由接收節(jié)點(diǎn)測(cè)量接收到的無線信號(hào)強(qiáng)度，通過信號(hào)強(qiáng)度，得出節(jié)點(diǎn)

12、之間的距離后根據(jù)三角測(cè)量法或其他算法求解節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)未知信息。可計(jì)算出傳播過程中的損耗，再利用已知的理論或經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)傳播衰減模型計(jì)算出節(jié)點(diǎn)之間的距離。圖3.1基站和上位機(jī)架構(gòu)3.2 定位原理 通過測(cè)量無線電波的傳輸時(shí)間(ToF)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)點(diǎn)之間的距離測(cè)量，再通過三角定位法計(jì)算被測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位置。系統(tǒng)包括移動(dòng)定位點(diǎn)、固定參考點(diǎn)以及主站系統(tǒng)三部分構(gòu)成。3.2.1.基于移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的距離相關(guān)定位算法 距離相關(guān)定位算法一般利用一定的測(cè)距技術(shù)得到節(jié)點(diǎn)間距離，再利用三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法或極大似然估計(jì)法計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的位置。常用的測(cè)距技術(shù)包括接收信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)技術(shù)、信號(hào)傳輸時(shí)間(TOA)技術(shù)、信號(hào)

13、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)技術(shù)和信號(hào)到達(dá)角度(AOA)技術(shù)。它們需要一些昂貴的輔助測(cè)量設(shè)備來測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離，且受環(huán)境影響較大。如RSSI產(chǎn)生的測(cè)量誤差較大；TDOA需要節(jié)點(diǎn)具有超聲波發(fā)送與接收功能；AOA容易受到環(huán)境影響，功耗較大等。但距離相關(guān)定位算法的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是定位精度高，因此對(duì)定位精度要求比較高的場(chǎng)合都用基于測(cè)距的定位算法實(shí)現(xiàn)定位。典型算法：接收信號(hào)強(qiáng)度指示法（RSSI） 通過信號(hào)在傳播中的衰減來估計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的距離假設(shè)已知發(fā)射功率，在接收節(jié)點(diǎn)測(cè)量接收功率，計(jì)算傳播損耗，使用理論或經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)傳播模型將傳播損耗轉(zhuǎn)化為距離。在自由空間中，距發(fā)射機(jī)d處的天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度由下面的公式給出：&#

14、160;（3.1）其中，𝑝𝑡為發(fā)射機(jī)功率，𝑝𝑟𝑑是距離d處的接收功率，𝐺𝑡、𝐺𝑟分別是發(fā)射天線和接收天線的增益，d是距離，單位為米（m），L為與傳播無關(guān)的系統(tǒng)損耗因子，是波長(zhǎng)，單位為米（m）。由公式可知，在自由空間中，接收機(jī)功率隨發(fā)射機(jī)與接收機(jī)距離的平方衰減。這樣，通過測(cè)量接收信號(hào)的強(qiáng)度，再利用上述公式即可計(jì)算出收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的大概距離。3.2.2.三角定位算法三角定位法的原理是利用2臺(tái)或者2臺(tái)以上的探測(cè)器在不同位置探測(cè)目標(biāo)方位，然后運(yùn)用三角幾何原理確定目

15、標(biāo)的位置和距離。圖3.2.2.1 三角算法坐標(biāo)圖節(jié)點(diǎn)間距離或角度的測(cè)量在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)間距離或角度的測(cè)量技術(shù)常用的有RSSI、TOA、TDOA和AOA等。 計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置的基本方法：三邊測(cè)量法：未知節(jié)點(diǎn)利用第二階段中記錄的到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的跳段距離，利用三邊測(cè)量法計(jì)算自身位置。已知 A,B,C 3 個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(𝑥1,𝑦1 ) ,(𝑥2，𝑦2 ) ,( 𝑥3，𝑦3 ),以及它們到未知節(jié)點(diǎn)

16、60;D 的距離分別為1，2，3,假設(shè)節(jié)點(diǎn) D 的坐標(biāo)為( x, y) 。那么，有下列公式: 圖3.2.2.2 三邊測(cè)量法圖 (3.2)三角測(cè)量法(3.3)3.2.3 LMAP算法 圓的半徑是未知節(jié)點(diǎn)能夠與錨節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的最大距離，移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)經(jīng)過弦的中點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn)接收到 3 個(gè)虛擬參考節(jié)點(diǎn)的信息后，就在以未知節(jié)點(diǎn)為圓心的圓中產(chǎn)生了兩條弦。LMAP 算法是根據(jù)“圓的任何一條弦的垂直平分線都經(jīng)過該圓的圓心”這個(gè)理論提出的，它是一種非基于測(cè)距的算法，在定位的過程中不需要任何距離或者角度的

17、信息。LMAP 定位原理如圖 3.18 所示，圓心是未知節(jié)點(diǎn)所在的位置。圖3.2.3.1 LMAP節(jié)點(diǎn)圖如上圖所示，𝐵𝑖，𝐵𝑗，𝐵𝑘分別表示3個(gè)虛擬錨節(jié)點(diǎn)，假設(shè)它們的坐標(biāo)為 （𝑥𝑖，𝑦𝑖），（𝑥𝑗，𝑦𝑗）和（𝑥𝑘，𝑦𝑘），未知節(jié)點(diǎn)S的坐標(biāo)設(shè)為（𝑥，

18、9910;） 。𝐵𝑖𝐵𝑗      和 𝐵𝑗𝐵𝑘       是3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的兩條弦，𝐿𝑖𝑗和 𝐿𝑖𝑘 分別是兩條弦的垂直平分線，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以得到以下的方程組：（1）其中（3.2.3） 通

19、過（1）上述可以求解出待定位未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值。  LMAP 算法定位精度較好，通信開銷較小。該算法中移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)使用隨機(jī)移動(dòng)模型，錨節(jié)點(diǎn)在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中遍歷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間比較長(zhǎng)，使得定位過程執(zhí)行的時(shí)間較長(zhǎng)。 第3章 技術(shù)應(yīng)用對(duì)現(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位算法按距離相關(guān)和距離無關(guān)兩類進(jìn)行了對(duì)比析,從各種性能指標(biāo)來看,距離相關(guān)的定位技術(shù)中成本和功耗是主要的題,發(fā)展趨勢(shì)主要集中在低成本、高能效、高精度的距離或角度測(cè)量技術(shù);而距離無關(guān)定位算法的問題在于錨節(jié)點(diǎn)稀疏問題和算法的通信與計(jì)算開銷,因此研究趨勢(shì)集中在低復(fù)雜度、低開銷、低能耗和能夠解決錨節(jié)點(diǎn)稀疏問題的節(jié)點(diǎn)定

20、位算法。目前已運(yùn)用在奶牛場(chǎng)，由佩戴在奶牛腿部的傳感器模塊，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)分析軟件組成，通過對(duì)奶牛運(yùn)動(dòng)量的檢測(cè)，獲得奶牛的運(yùn)動(dòng)情況，數(shù)據(jù)由傳感器發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)，再匯總到上位機(jī)電腦，智能化軟件系統(tǒng)通過分析運(yùn)動(dòng)情況，判斷奶牛發(fā)情狀況和健康狀況，同過對(duì)不同時(shí)期的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以有效監(jiān)測(cè)奶牛發(fā)情狀況，實(shí)時(shí)提示育種人員開展奶牛繁殖和保健工作，減少人員觀察的遺漏，可以有效監(jiān)測(cè)夜間奶牛發(fā)情，降低奶?？諔哑跁r(shí)間及飼養(yǎng)成本，快速提高牧場(chǎng)繁殖水平。 使用奶牛發(fā)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，奶牛繁殖縮短一個(gè)情期，假設(shè)成年牛每天飼料費(fèi)用為30元計(jì)算，能夠節(jié)約30X21=630元。如果計(jì)算人工費(fèi)用日常開銷醫(yī)藥費(fèi)用及產(chǎn)奶延遲等因素

21、，產(chǎn)生的效益會(huì)更高。第4章 發(fā)展前景作為全球未來十大技術(shù)之一的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擁有著巨大應(yīng)用價(jià)值，其應(yīng)用前景十分廣闊。隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)的深入研究和廣泛應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將逐深入到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。而準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。鑒于全定位系統(tǒng)居多條件的限制，這使得它不適用于低成本的傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位算法的研究顯得尤為重要。近幾年來對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位問題有了許多新穎的解決方案和思想，許多技術(shù)方案都能夠解決無線傳感器的自身定位問題。每一種系統(tǒng)和算法都是用解決不同的問題或支持不同的應(yīng)用。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量?jī)?yōu)先、可靠性差、節(jié)點(diǎn)規(guī)模大且隨機(jī)分布、無線模塊的通信距離有限，對(duì)定位算

22、法提出了很高的要求。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，其定位算法通常需要具備自組織性、健壯性和能量有效性等特點(diǎn)，從總體上說無線傳感器定位算法尚處于一個(gè)起步的階段，已有的研究工作正在為該領(lǐng)域提出越來越多需要解決的問題。第5章 認(rèn)識(shí)與總結(jié)  首先，本文已經(jīng)詳細(xì)闡述了室內(nèi)定位的一套方案，包括理論闡述和架構(gòu)闡述已經(jīng)實(shí)現(xiàn)方案，當(dāng)然，還有很多不足之處，希望在后面繼續(xù)改進(jìn)。 在此，非常感謝陶劍文老師的悉心指導(dǎo)。學(xué)了這門課，我明白如何去用查找文獻(xiàn)和相關(guān)資料，以及如何中英文搭配，具備了一定的自學(xué)能力和搜索文獻(xiàn)的能力，這些都離不開老師的付出，再次感謝老師。 今后，我打算用這套理論去完成實(shí)踐，準(zhǔn)備按照此方案實(shí)現(xiàn)室

23、內(nèi)定位系統(tǒng)，相信以后的實(shí)體成果會(huì)再次成功的。參考文獻(xiàn)1夏英,王磊,劉兆宏. 基于無線局域網(wǎng)接收信號(hào)強(qiáng)度分析的混合室內(nèi)定位方法J. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,02:217-221.2楊博雄,倪玉華,劉琨,閆麗華,彭宇帆. 基于加權(quán)三角質(zhì)心RSSI算法的ZigBee室內(nèi)無線定位技術(shù)研究J. 傳感器世界,2012,11:31-35.3葉蔚. 室內(nèi)無線定位的研究D.華南理工大學(xué),2010.4紀(jì)程程. 基于接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量的室內(nèi)定位技術(shù)研究D.山東師范大學(xué),2013.5王本才,何友,王國(guó)宏,杜春梅. 多站三角定位中樣本均值的性能分析J. 光電工程,2011,08:35-40+46.6郝穎明,董