專利名稱：基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)及方法
基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)及方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著我國電力電纜隧道鋪設(shè)長度的增加，對隧道內(nèi)電纜工作狀況的巡視工作越加繁重，不僅耗費大量人力和財力，隧道內(nèi)惡劣的環(huán)境對巡檢人員的健康安全也構(gòu)成很大的威脅。隧道巡檢機器人可以代替人工來完成對隧道的巡視工作。它的主要功能為， 通過無線網(wǎng)絡(luò)向隧道外的技術(shù)人員實時地傳輸隧道內(nèi)電纜的工作狀態(tài)畫面，隧道內(nèi)的溫度、濕度，電力電纜的表面溫度等參數(shù)，當這些狀態(tài)參數(shù)發(fā)生異常時，隧道外技術(shù)人員可以確定巡檢機器人所處位置的電力電纜存在安全隱患，這樣就可以組織人員對相應(yīng)部位進行維修。
在國內(nèi)，電纜隧道的長度可達幾十公里，巡檢機器人在巡檢途中，檢測到電纜工作狀態(tài)發(fā)生異常時，由于缺少定位裝置，不能將電纜故障的準確位置傳送給維護人員。維護人員只能在巡檢機器人發(fā)現(xiàn)電纜故障時向其發(fā)送停止巡檢指令，然后再進入隧道尋找巡檢機器人的位置，來確定發(fā)生故障的確切位置。而在這期間巡檢機器人是不能繼續(xù)巡檢的，這不僅降低了巡檢機器人的巡檢效率，同時也給維護人員增加了很多不必要的麻煩。如果巡檢機器人在隧道內(nèi)的某一位置發(fā)生故障或是電池耗盡，不能運動，維護人員就無法找到巡檢機器人對其進行搶修。因此，必須找到一種實時的方法來對巡檢機器人進行定位。當前的較為成熟的定位方法是基于無線電信號強度衰減模型的定位算法。當通過無線電進行通訊時，在發(fā)射強度不變的情況下，這一信號被接收時的衰減程度與它的傳播距離具有一定的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)信號強度衰減模型就可以根據(jù)信號衰減的程度得到信號傳播的距離。但是由于隧道的鋪設(shè)走向和鋪設(shè)環(huán)境的變化，使隧道每一區(qū)段的信號強度衰減模型都不太一樣，無法對巡檢機器人進行準確的定位，因此找到一種廣泛適用于電力隧道環(huán)境的巡檢機器人定位系統(tǒng)就成為巡檢機器人定位研究的重點和難點。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)及方法。
一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下整個系統(tǒng)由在電纜隧道頂部固定機器人巡檢軌道，輪式單臂懸吊式結(jié)構(gòu)的巡檢機器人懸吊在巡檢軌道內(nèi)，隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點固定在巡檢機器人上面，1-M個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站等距離固定在電纜隧道頂部和隧道的出口處；每個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)設(shè)置1-N個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，布置在隧道頂部組成，其中安裝在隧道頂部無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
所述每兩個無線傳感器定位模塊之間的距離為6(Tl00m。
所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊由微處理器、固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、無線電信號強度檢測電路和儲存器組成；
所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站由無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，數(shù)據(jù)接口，監(jiān)控計算機構(gòu)成。
所述1-M個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站以串聯(lián)的方式連接。
所述N的個數(shù)由實際的電纜隧道長度決定；M由每兩個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊之間的距離和實際的電纜隧道長度決定。
所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有組網(wǎng)，數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。
所述隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模塊、電池組和無線電收發(fā)電路組成；無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊由固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的電池組供電。
一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位的方法包括以下步驟
I)首先建立無線電信號的強度隨距離變化的衰減模型將隧道內(nèi)無線電信號的傳播環(huán)境劃分成四種，分別是直道、單彎道、雙彎道、三個連續(xù)彎道，由于隧道在建設(shè)時考慮到成本以及技術(shù)，安全方面的問題，隧道內(nèi)不會出現(xiàn)超過3個以上的連續(xù)彎道，或是彎折角度過大的情況，對這四種情況的環(huán)境模型進行建立，測出在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的有效通訊距離內(nèi)每一種隧道情況下的無線電信號強度隨距離變化的衰減模型；
2)構(gòu)建整個隧道無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，分別對上一步所劃分的四種隧道情況鋪設(shè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，在布置隧道頂部定位模塊前，根據(jù)其鋪設(shè)的隧道情況，在每個模塊的存儲器中都儲存該節(jié)點所處隧道 情況的信號衰減模型和所布置地點的位置信息；
3)在隧道頂部的無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)部集成一塊無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模塊，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過該組網(wǎng)模塊和無線電收發(fā)電路，在2. 4Ghz的頻段實現(xiàn)與臨近定位模塊中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行組網(wǎng)和通信，在組成的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，任意兩個節(jié)點都可以直接或間接的進行通信；隧道內(nèi)組網(wǎng)模塊布置的間距以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠組網(wǎng)并進行有效通信為基準；
4)維護人員在尚未發(fā)送定位請求信號前，位于巡檢機器人頂部的隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與位于隧道頂部的固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在巡檢機器人巡視過程中處于睡眠狀態(tài)，當巡檢機器人經(jīng)過隧道內(nèi)某一位置時，維護人員通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送定位請求信號，隧道內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過串聯(lián)的方式逐一被喚醒，此時隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點加入隧道頂部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所組建的網(wǎng)絡(luò)，并與其中一個頂部節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲上的直接連接；
5)在取得網(wǎng)絡(luò)連接后，隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送一個空數(shù)據(jù)包給該頂部節(jié)點，隧道頂部定位模塊在接收該無線電信號時，首先由無線電信號強度檢測電路對接收到的無線電信號進行采樣，得到該信號的強度后傳送給無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊內(nèi)的微處理器，再由微處理器訪問無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊內(nèi)存儲器，根據(jù)事先存儲在存儲器中的該隧道段的數(shù)學(xué)模型計算出隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即巡檢機器人距離該固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實際距離，微處理器再根據(jù)該距離和儲存器內(nèi)該無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊的位置信息就可以得到巡檢機器人的在整個隧道內(nèi)的位置信息；由于整個網(wǎng)絡(luò)從收到定位請求信息到計算出位置信息這一過程的處理速度很快，在很短的時間內(nèi)巡檢機器人的運動距離可以忽略不計，因此巡檢機器人定位可以看做是實時的；
6)在得到巡檢機器人的位置之后，無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊微處理器將該信息通過固定節(jié)點傳送到無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)之中，并在隧道內(nèi)布置的頂部無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間進行儲存轉(zhuǎn)發(fā)，最終送到布置在隧道口的無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站，通過數(shù)據(jù)接口將該位置信息顯示在監(jiān)控計算機上。
7)在發(fā)送完位置信息后，所有無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊與隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨之進入睡眠狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)解體。這樣可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的電池組的電能，延長定位系統(tǒng)的使用時間， 巡檢機器人在整個數(shù)據(jù)的處理，儲存，轉(zhuǎn)發(fā)過程中不會停止巡檢。
本發(fā)明的有益效果是當維護人員發(fā)出定位請求信號時，無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊能夠根據(jù)當?shù)丨h(huán)境的無線電信號隨傳播距離而衰減的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)隨動節(jié)點發(fā)出信號的衰減程度來判斷巡檢機器人的具體位置，這使得該定位系統(tǒng)能夠適應(yīng)隧道內(nèi)多變復(fù)雜的環(huán)境。在沒有收到定位請求命令的時候無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)處于休眠裂解狀態(tài)，可以節(jié)約有限的電能，增加整個系統(tǒng)的運行時間。將巡檢機器人的位置信息通過自組的無線網(wǎng)絡(luò)出送到無線網(wǎng)絡(luò)基站，通過基站設(shè)置的上位機通知維護人員巡檢機器人的具體位置，而巡檢機器人在此過程中不會停止巡檢，從而提高了巡檢的效率。定位系統(tǒng)內(nèi)所有的定位模塊和巡檢機器人頂部的隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都采用獨立的電池組供電，當巡檢機器人由于電池耗盡或故障時，不會影響定位系統(tǒng)的運行?？梢詫κミ\動功能的巡檢機器人進行定位，方便維護人員尋找巡檢機器人，及時對巡檢機器人進行充電或解除其故障。


圖1為電纜隧道巡檢機器人定位系統(tǒng)連接示意圖。
圖2為無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊組成示意圖。
圖3為一個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)及方法。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下整個系統(tǒng)由隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，巡檢機器人、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站組成；在電纜隧道7 頂部固定機器人巡檢軌道6，巡檢機器人3通過單臂4上電機輪5懸吊在巡檢軌道6內(nèi)，隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點2 固定在巡檢機器人3上面，1-M個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站I等距離固定在電纜隧道7頂部和隧道的出口處；每個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)設(shè)置1-N個無線傳感器定位模塊，組成無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)。其中安裝在隧道頂部無線傳感器定位模塊組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。所述N的個數(shù)由實際的電纜隧道長度決定；M由每兩個無線傳感器定位模塊之間的距離和實際的電纜隧道長度決定。所述每兩個無線傳感器定位模塊之間的距離為6(Tl00m。無線傳感網(wǎng)絡(luò)由安裝在隧道頂部的η個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊組建(如圖3所示)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊由微處理器分別連接固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、無線電信號強度檢測電路和儲存器組成(如圖2所示)，1-M個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站以串聯(lián)的方式連接，在隧道的出口處設(shè)置無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站，每個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)設(shè)置1-N個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊、數(shù)據(jù)接口和監(jiān)控計算機。
所述隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有組網(wǎng)，數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能；無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊由固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的電池組供電。
一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位的方法包括以下步驟
I)首先建立無線電信號的強度隨距離變化的衰減模型將隧道內(nèi)無線電信號的傳播環(huán)境劃分成四種，分別是直道、單彎道、雙彎道、三個連續(xù)彎道，由于隧道在建設(shè)時考慮到成本以及技術(shù)，安全方面的問題，隧道內(nèi)不會出現(xiàn)超過3個以上的連續(xù)彎道，或是彎折角度過大的情況，對這四種情況的環(huán)境模型進行建立，測出在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的有效通訊距離內(nèi)每一種隧道情況下的無線電信號強度隨距離變化的衰減模型；
2)構(gòu)建整個隧道無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，分別對上一步所劃分的四種隧道情況鋪設(shè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，在布置隧道頂部無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊前，根據(jù)其鋪設(shè)的隧道情況，在每個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊的存儲器中都儲存該節(jié)點所處隧道情況的信號衰減模型和所布置地點的位置信息；
3)在隧道頂部的無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)部集成一塊無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模塊，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過該組網(wǎng)模塊和無線電收發(fā)電路，在2. 4Ghz的頻段實現(xiàn)與臨近無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行組網(wǎng)和通信，在組成的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，任意兩個節(jié)點都可以直接或間接的進行通信；隧道內(nèi)模塊布置的間距以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠組網(wǎng)并進行有效通信為基準；
4)維護人員在尚未發(fā)送定位請求信號前，位于巡檢機器人頂部的隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與位于隧道頂部的固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在巡檢機器人巡視過程中處于睡眠狀態(tài)，當巡檢機器人經(jīng)過隧道內(nèi)某一位置時，維護人員通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送定位請求信號，隧道內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過串聯(lián)的方式逐一被喚醒，此時隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點加入隧道頂部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所組建的網(wǎng)絡(luò)，并與其中一個頂部節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲上的直接連接；
5)在取得網(wǎng)絡(luò)連接后，隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送一個空數(shù)據(jù)包給該頂部節(jié)點，隧道頂部定位模塊在接收該無線電信號時，首先由無線電信號強度檢測電路對接收到的無線電信號進行采樣，得到該信號的強度后傳送給無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊內(nèi)的微處理器。再由微處理 器訪問無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊內(nèi)存儲器，根據(jù)事先存儲在存儲器中的該隧道段的數(shù)學(xué)模型計算出隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即巡檢機器人距離該固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實際距離，微處理器再根據(jù)該距離和儲存器內(nèi)該無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊的位置信息就可以得到巡檢機器人的在整個隧道內(nèi)的位置信息；由于整個網(wǎng)絡(luò)從收到定位請求信息到計算出位置信息這一過程的處理速度很快，在很短的時間內(nèi)巡檢機器人的運動距離可以忽略不計，因此巡檢機器人定位可以看做是實時的；
6)在得到巡檢機器人的位置之后，無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊微處理器將該信息通過固定節(jié)點傳送到無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)之中，并在隧道內(nèi)的頂部布置無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間進行儲存轉(zhuǎn)發(fā)，最終送到布置在隧道口的無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站，通過數(shù)據(jù)接口將該位置信息顯示在監(jiān)控計算機上。
7)在發(fā)送完位置信息后，所有無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊與隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨之進入睡眠狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)解體。這樣可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的電池組的電能，延長定位系統(tǒng)的使用時間， 巡檢機器人在整個數(shù)據(jù)的處理，儲存，轉(zhuǎn)發(fā)過程中不會停止巡檢。
權(quán)利要求
1.一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)其特征在于，整個系統(tǒng)由在電纜隧道頂部固定機器人巡檢軌道，輪式單臂懸吊式結(jié)構(gòu)的巡檢機器人懸吊在巡檢軌道內(nèi)，隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點固定在巡檢機器人上面，1-M個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站固定在電纜隧道頂部和隧道的出口處；每個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站內(nèi)設(shè)置1-N個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，布置在隧道頂部組成，其中安裝在隧道頂部無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述每兩個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊之間的距離為6(Tl00m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊由微處理器、固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、無線電信號強度檢測電路和儲存器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站由無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，數(shù)據(jù)接口，監(jiān)控計算機構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述1-M個無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站以串聯(lián)的方式連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述N的個數(shù)由實際的電纜隧道長度決定；M由每兩個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊之間的距離和實際的電纜隧道長度決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有組網(wǎng)，數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模塊、電池組和無線電收發(fā)電路組成；無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊由固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的電池組供電。
9.一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位的方法包括以下步驟1)首先建立無線電信號的強度隨距離變化的衰減模型將隧道內(nèi)無線電信號的傳播環(huán)境劃分成四種，分別是直道、單彎道、雙彎道、三個連續(xù)彎道，由于隧道在建設(shè)時考慮到成本以及技術(shù)，安全方面的問題，隧道內(nèi)的走向不會連續(xù)出現(xiàn)超過3個以上的彎道，或是彎折角度過大的情況，對這四種情況的環(huán)境模型進行建立，測出在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的有效通訊距離內(nèi)每一種隧道情況下的無線電信號強度隨距離變化的衰減模型；2)構(gòu)建整個隧道無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，分別對上一步所劃分的四種隧道情況鋪設(shè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，在布置隧道頂部定位模塊前，根據(jù)其鋪設(shè)的隧道情況，在每個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊的存儲器中都儲存該節(jié)點所處隧道情況的信號衰減模型和所布置地點的位置信息；3)在隧道頂部的無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)部集成一塊無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模塊，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過該組網(wǎng)模塊和無線電收發(fā)電路，在2. 4Ghz的頻段實現(xiàn)與臨近無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行組網(wǎng)和通信，在組成的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，任意兩個節(jié)點都可以直接或間接的進行通信；隧道內(nèi)模塊布置的間距以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠組網(wǎng)并進行有效通信為基準；4)維護人員在尚未發(fā)送定位請求信號前，位于巡檢機器人頂部的隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與位于隧道頂部的固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在巡檢機器人巡視過程中處于睡眠狀態(tài)，當巡檢機器人經(jīng)過隧道內(nèi)某一位置時，維護人員通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送定位請求信號，隧道內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過串聯(lián)的方式逐一被喚醒，此時隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點加入隧道頂部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所組建的網(wǎng)絡(luò)，并與其中一個 頂部節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲上的直接連接；5)在取得網(wǎng)絡(luò)連接后，隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送一個空數(shù)據(jù)包給該頂部節(jié)點，隧道頂部定位模塊在接收該無線電信號時，首先由無線電信號強度檢測電路對接收到的無線電信號進行采樣，得到該信號的強度后傳送給無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊內(nèi)的微處理器，再由微處理器訪問無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊內(nèi)存儲器，根據(jù)事先存儲在存儲器中的該隧道段的數(shù)學(xué)模型計算出隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即巡檢機器人距離該固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實際距離，微處理器再根據(jù)該距離和儲存器內(nèi)該無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊的位置信息就可以得到巡檢機器人的在整個隧道內(nèi)的位置信息；由于整個網(wǎng)絡(luò)從收到定位請求信息到計算出位置信息這一過程的處理速度很快，在很短的時間內(nèi)巡檢機器人的運動距離可以忽略不計，因此巡檢機器人定位可以看做是實時的；6)在得到巡檢機器人的位置之后，無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊微處理器將該信息通過固定節(jié)點傳送到無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)之中，并在隧道內(nèi)布置的頂部無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間進行儲存轉(zhuǎn)發(fā)，最終送到布置在隧道口的無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站，通過數(shù)據(jù)接口將該位置信息顯示在監(jiān)控計算機上。7)在發(fā)送完位置信息后，所有無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊與隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨之進入睡眠狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)解體，這樣可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)的電池組的電能，延長定位系統(tǒng)的使用時間，巡檢機器人在整個數(shù)據(jù)的處理，儲存，轉(zhuǎn)發(fā)過程中不會停止巡檢。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位系統(tǒng)及方法。整個系統(tǒng)由隨動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，巡檢機器人、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站組成。電纜隧道內(nèi)巡檢機器人定位的方法是首先建立無線電信號的強度隨距離變化的衰減模型將隧道內(nèi)無線電信號的傳播環(huán)境劃分成四種，分別對上述四種隧道情況鋪設(shè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站及基站內(nèi)設(shè)置多個無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位模塊，在電纜隧道內(nèi)，當巡檢機器人經(jīng)過隧道內(nèi)某一位置時，維護人員通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站得到巡檢機器人發(fā)送定位請求信號，最終送到布置在隧道口的無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站，通過數(shù)據(jù)接口將該位置信息顯示在監(jiān)控計算機上，方便維護人員尋找巡檢機器人位置，對電纜及時維修。
文檔編號H04W84/18GK103002574SQ20121037106
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者吳華, 楊國田, 步顯廷, 柳長安, 劉春陽 申請人:華北電力大學(xué)