《专业英语与论文选读》报告-钟显华

1、宁波理工学院专业外语与论文选读课程学习报告题 目 无线信标地理位置定位系统 姓 名钟显华学 号3120402082专业班级计算机科学与技术122任课教师陶剑文分 院信息工程与科学完成日期2015年11月11日目 录中英文摘要 1第1章 引言 3第2章 系统架构和定位原理 33.1 系统架构 43.2 定位原理 43.2.1基于锚点的定位算法 43.2.2三角定位算法 5第3章 技术应用 8第4章 发展前景 9第5章 认识与总结 9参考文献 10无线信标地理位置定位系统中英文摘要基于位置的服务已经深入到生活的各个方面，为人们的日常生活提供了方便快捷的服务体验。目前，在室外定位方面，有技术比较成熟

2、并广泛应用的GPS定位，对于室内定位，虽然也有很多热门技术，但是各种技术均存在很多不足，限制了室内定位的推广，所以如何在不影响定位精度的情况下普及室内定位，成为目前的热门研究课题。本系统提出一种包括：1、移动设备，用于采集无线信标信号强度变化和参考位置变化，并上报捕获的无线信标信息以及所述的移动设备自身的运动信息和地理位置信息；2、移动参考基站，支持移动设备的基站，采用无线方式与移动设备传输数据，并在传输过程解决移动节点发送数据的碰撞，防止信息丢失，使移动设备的数量可以大规模的定位，而不是单体定位，拓展了运用场景。 3、上位机，采用RS485总线与参考基站相接，用于参考基站输送定位信息，传输速

3、度快、效率高，在上位机中采用三角定位算法与运动惯性算法等综合算法精确计算出无线信标的相对地理位置与运动惯性等，并在计算完毕后实时写入数据库，通过该数据分析进而实现对移动无线信标的快速定位、搜索和跟踪，精度输出，快速反馈等服务，应用简便、广泛。通过该系统，可以实现高精度，低功耗，高覆盖，低成本的无线定位，在城市交通，室内定位中易于广泛应用和普及，具有较大的现实意义。关键字：无线定位、三角算法、数据库1Wireless beacon location systemAbstractI Based on the location of the service has been deep into al

4、l aspects of life, for peoples 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 many p

5、roblems, 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 to ca

6、pture the wireless beacon information and mobile devices 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 data to p

7、revent 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 speed, ef

8、ficiency, 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 achieve fast

9、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 practical

10、significance.Key Words：wireless location, triangulation algorithm, database第1章 引言卫星通信的全球定位系统（）是目前应用最为广泛的定位技术，其良好的定位精度解决了很多军事和民用的实际问题。但其缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，因此不适合室内定位，此外其定位器终端的成本也较高。因此，必须研究新的室内定位技术以弥补的不足。近年来，随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有

11、者、设施与物品在室内的位置信息，大量的研究投向这一领域，室内定位及其应用成为又一个热门的领域。本系统是提出一种解决方案，通过RS485总线建立基站之间的通讯，再通过无线传感器的收发信号，通过定位算法计算出位置。快速方便，精确度高，满足了定位需求。第2章 系统架构和定位原理3.1系统架构通过在室内安装定位微基站设备，采集定位标签及终端上报的数据信息转发至定位服务器，服务器通过定位标签及终端信号强度（RSSI）值，判断标签及终端与定位微基站距离，再通过三角测量计算出标签及终端实时坐标。由未知节点发射无线信号，由接收节点测量接收到的无线信号强度，通过信号强度，得出节点之间的距离后根据三角测量法或其他

12、算法求解节点坐标未知信息。可计算出传播过程中的损耗，再利用已知的理论或经验的信号传播衰减模型计算出节点之间的距离。图3.1基站和上位机架构3.2 定位原理 通过测量无线电波的传输时间(ToF)实现对两个点之间的距离测量，再通过三角定位法计算被测点的实际位置。系统包括移动定位点、固定参考点以及主站系统三部分构成。3.2.1.基于移动锚节点的距离相关定位算法距离相关定位算法一般利用一定的测距技术得到节点间距离，再利用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法计算出未知节点的位置。常用的测距技术包括接收信号强度(RSSI)技术、信号传输时间(TOA)技术、信号到达时间差(TDOA)技术和信号到达角度(A

13、OA)技术。它们需要一些昂贵的辅助测量设备来测量节点间的距离，且受环境影响较大。如RSSI产生的测量误差较大；TDOA需要节点具有超声波发送与接收功能；AOA容易受到环境影响，功耗较大等。但距离相关定位算法的一个突出优点是定位精度高，因此对定位精度要求比较高的场合都用基于测距的定位算法实现定位。典型算法：接收信号强度指示法（RSSI） 通过信号在传播中的衰减来估计节点之间的距离假设已知发射功率，在接收节点测量接收功率，计算传播损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。在自由空间中，距发射机d处的天线接收到的信号强度由下面的公式给出：（3.1）其中，为发射机功率，是距离d处的接收功

14、率，、分别是发射天线和接收天线的增益，d是距离，单位为米（m），L为与传播无关的系统损耗因子，是波长，单位为米（m）。由公式可知，在自由空间中，接收机功率随发射机与接收机距离的平方衰减。这样，通过测量接收信号的强度，再利用上述公式即可计算出收发节点间的大概距离。3.2.2.三角定位算法三角定位法的原理是利用2台或者2台以上的探测器在不同位置探测目标方位，然后运用三角几何原理确定目标的位置和距离。图3.2.2.1 三角算法坐标图节点间距离或角度的测量在无线传感器网络中，节点间距离或角度的测量技术常用的有RSSI、TOA、TDOA和AOA等。计算节点位置的基本方法：三边测量法：未知节点利用第二阶段

15、中记录的到各个锚节点的跳段距离，利用三边测量法计算自身位置。已知A,B,C3个节点的坐标分别为(1,1),(2，2),(3，3),以及它们到未知节点D的距离分别为1，2，3,假设节点D的坐标为(x,y)。那么，有下列公式:图3.2.2.2 三边测量法图 (3.2)三角测量法(3.3)3.2.3 LMAP算法圆的半径是未知节点能够与锚节点之间进行通信的最大距离，移动锚节点经过弦的中点。未知节点接收到3个虚拟参考节点的信息后，就在以未知节点为圆心的圆中产生了两条弦。LMAP算法是根据“圆的任何一条弦的垂直平分线都经过该圆的圆心”这个理论提出的，它是一种非基于测距的算法，在定位的过程中不需要任何距离

16、或者角度的信息。LMAP定位原理如图3.18所示，圆心是未知节点所在的位置。图3.2.3.1 LMAP节点图如上图所示，分别表示3个虚拟锚节点，假设它们的坐标为（，），（，）和（，），未知节点S的坐标设为（，）。和是3个锚节点产生的两条弦，和分别是两条弦的垂直平分线，通过数学运算，可以得到以下的方程组：（1）其中（3.2.3）通过（1）上述可以求解出待定位未知节点的坐标值。LMAP算法定位精度较好，通信开销较小。该算法中移动锚节点使用随机移动模型，锚节点在大规模无线传感器网络中遍历整个网络的时间比较长，使得定位过程执行的时间较长。第3章 技术应用对现有的无线传感网络定位算法按距离相关和距离无关

17、两类进行了对比析,从各种性能指标来看,距离相关的定位技术中成本和功耗是主要的题,发展趋势主要集中在低成本、高能效、高精度的距离或角度测量技术;而距离无关定位算法的问题在于锚节点稀疏问题和算法的通信与计算开销,因此研究趋势集中在低复杂度、低开销、低能耗和能够解决锚节点稀疏问题的节点定位算法。目前已运用在奶牛场，由佩戴在奶牛腿部的传感器模块，数据接收系统和计算机分析软件组成，通过对奶牛运动量的检测，获得奶牛的运动情况，数据由传感器发送到数据接收机，再汇总到上位机电脑，智能化软件系统通过分析运动情况，判断奶牛发情状况和健康状况，同过对不同时期的数据对比分析，可以有效监测奶牛发情状况，实时提示育种人员

18、开展奶牛繁殖和保健工作，减少人员观察的遗漏，可以有效监测夜间奶牛发情，降低奶牛空怀期时间及饲养成本，快速提高牧场繁殖水平。 使用奶牛发情监测系统，奶牛繁殖缩短一个情期，假设成年牛每天饲料费用为30元计算，能够节约30X21=630元。如果计算人工费用日常开销医药费用及产奶延迟等因素，产生的效益会更高。第4章 发展前景作为全球未来十大技术之一的传感器网络技术拥有着巨大应用价值，其应用前景十分广阔。随着传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐深入到人类生活的各个领域。而准确的节点定位是大多数应用的基础。鉴于全定位系统居多条件的限制，这使得它不适用于低成本的传感器网络，无线传感网络定位算法

19、的研究显得尤为重要。近几年来对无线传感器网络自身定位问题有了许多新颖的解决方案和思想，许多技术方案都能够解决无线传感器的自身定位问题。每一种系统和算法都是用解决不同的问题或支持不同的应用。在传感器网络中，节点能量优先、可靠性差、节点规模大且随机分布、无线模块的通信距离有限，对定位算法提出了很高的要求。根据无线传感器网络的特点，其定位算法通常需要具备自组织性、健壮性和能量有效性等特点，从总体上说无线传感器定位算法尚处于一个起步的阶段，已有的研究工作正在为该领域提出越来越多需要解决的问题。第5章 认识与总结 首先，本文已经详细阐述了室内定位的一套方案，包括理论阐述和架构阐述已经实现方案，当然，还有

20、很多不足之处，希望在后面继续改进。 在此，非常感谢陶剑文老师的悉心指导。学了这门课，我明白如何去用查找文献和相关资料，以及如何中英文搭配，具备了一定的自学能力和搜索文献的能力，这些都离不开老师的付出，再次感谢老师。 今后，我打算用这套理论去完成实践，准备按照此方案实现室内定位系统，相信以后的实体成果会再次成功的。参考文献1夏英,王磊,刘兆宏. 基于无线局域网接收信号强度分析的混合室内定位方法J. 重庆邮电大学学报(自然科学版),2012,02:217-221.2杨博雄,倪玉华,刘琨,闫丽华,彭宇帆. 基于加权三角质心RSSI算法的ZigBee室内无线定位技术研究J. 传感器世界,2012,11:31-35.3叶蔚. 室内无线定位的研究D.华南理工大学,2010.4纪程程. 基于接收信号强度测量的室内定位技术研究D.山东师范大学,2013.5王本才,何友,王国宏,杜春梅. 多站三角定位中样本均值的性能分析J. 光电工程,2011,08:35-40+46.6郝颖明,董再励,朱枫,魏芳. 路标定位中的优化选择策略J. 高技术通讯,2001,08:82-85.7James F. Roberts, T