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基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超聲定位
來(lái)源:日電(中國(guó))有限公司 宋磊 發(fā)表于 2010/10/31

  宋磊:大家好,很高興能跟大家演講關(guān)于《基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超聲定位》,傳感器網(wǎng)絡(luò)研究目前為止可能只是針對(duì)于整個(gè)節(jié)點(diǎn)定位,定位信息是很多傳感器網(wǎng)絡(luò)課題的基礎(chǔ),比方說(shuō)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由,傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典覆蓋和入侵問(wèn)題,都需要了解傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置信息,現(xiàn)有的研究的時(shí)候,無(wú)法實(shí)時(shí)的獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息,更多的采用人工測(cè)量的方法,效率比較低,沒(méi)有辦法非常切合實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)景,比如現(xiàn)在很多研究都需要搭建實(shí)驗(yàn)床,但現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)床,只能進(jìn)一步獲取信息,而無(wú)法獲取現(xiàn)有的信息,這使最后得到的信息并不太完全,我們以定位作為網(wǎng)絡(luò)的切入點(diǎn),就是想因?yàn)槎ㄎ挥泻芙?jīng)典的研究意義,同時(shí)對(duì)更多的研究有價(jià)值,對(duì)實(shí)時(shí)的信息提供高質(zhì)量位置相關(guān)服務(wù)的一個(gè)基礎(chǔ),比如現(xiàn)在的GPS能夠達(dá)到10米量級(jí)的定位,我們可以作為導(dǎo)航和商店推薦等工作,我們室內(nèi)定位達(dá)到厘米級(jí)的定位,我們可以在商店里面導(dǎo)購(gòu),在圖書(shū)館里面引導(dǎo)顧客拿到相應(yīng)喜歡的書(shū),還有智庫(kù)管理,還有公共場(chǎng)合的人員定位,還有一些物品和人員安全的監(jiān)控,就具有非常高的意義,定位本身具有非常高的意義,這是現(xiàn)有定位技術(shù)的概述,現(xiàn)有的定位技術(shù),后面有兩大類(lèi),第一類(lèi)像RFID或者WIFI像信號(hào)強(qiáng)度的定位,F(xiàn)在UWB技術(shù)并不是特別成熟,由于光速還是比較快,它無(wú)法獲得很大的吸收,超聲最明顯的優(yōu)點(diǎn),它能在很低成本的情況下獲得較高的精度,基于超聲整個(gè)一套定位系統(tǒng),將來(lái)定位介質(zhì),可以完全過(guò)渡過(guò)去,我們認(rèn)為選擇超聲作為我們定位的主要技術(shù)手段。

  我們超聲定位很基本的原理,假設(shè)在已知的信交空間當(dāng)中有四個(gè)已知的信交節(jié)點(diǎn),這個(gè)信交節(jié)點(diǎn)XYZ坐標(biāo)都是已知的,我們需要知道紅色的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。我們目的是要測(cè)信交節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離,最后測(cè)XYZ。信交節(jié)點(diǎn)發(fā)射使目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接受,這就是GPS大容量實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。超聲由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出,由信交節(jié)點(diǎn)發(fā)出,時(shí)間性比較好,準(zhǔn)確率比較高。超聲怎么測(cè)距的?流程圖是這樣的,超聲測(cè)距利用超聲在空氣中傳播到達(dá)時(shí)間的測(cè)量來(lái)檢測(cè)的,比如說(shuō)我發(fā)出一個(gè)超聲和一個(gè)無(wú)線信號(hào),我接收者幾乎同時(shí)就能接收到無(wú)線信號(hào),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間傳輸才能接到信號(hào),利用時(shí)間差再測(cè)超聲在時(shí)間中傳輸?shù)木嚯x,在測(cè)距的基礎(chǔ)上有三個(gè)流程獲得信交流程的距離,三個(gè)流程分別測(cè)距,傳播時(shí)間測(cè)量信交節(jié)點(diǎn)。還有濾波,超聲在電波中產(chǎn)生的效應(yīng)引起的無(wú)法,傳輸方法是最低最高的濾波,還有三角濾波,如果兩邊大于第三邊就可以反射過(guò)去,在或多較為準(zhǔn)確的測(cè)距信息的時(shí)候,我們可以在測(cè)距信息的基礎(chǔ)上,對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)估計(jì),這個(gè)問(wèn)題是一個(gè)自由估計(jì)的問(wèn)題,解決方法也非常經(jīng)典非常多,常用方法比方說(shuō)解超定方程,或者一個(gè)估計(jì)校正最后得出方程。Koumori System定位主體按光在天花板上的傘狀的定位超聲系統(tǒng),覆蓋面積比較合適,對(duì)單個(gè)房間能夠達(dá)到50個(gè)平米,同時(shí)每秒鐘有5Hz的刷新頻率,傳感器網(wǎng)兼容性Koumori 的定位傘和定位標(biāo)簽與XBOW的MICA的定位。工作流程是同時(shí)發(fā)射兩種信號(hào)當(dāng)定位器獲得無(wú)心信號(hào)之后就開(kāi)始計(jì)時(shí),然后測(cè)量你到各個(gè)已知位置節(jié)點(diǎn)的距離,最后把這些距離信息傳輸?shù)椒⻊?wù)器上,在服務(wù)器上運(yùn)行相應(yīng)的方式,實(shí)時(shí)得到信息。最大的特點(diǎn)是他只有一個(gè)設(shè)備,所以非常便于安裝。

  在居于同樣的原理我們又搭建了一套額DRAGON System信交節(jié)點(diǎn)不是一致的,通過(guò)標(biāo)定的大小決定拓?fù)。定位誤差精度90%可信度誤差小于15厘米,可以發(fā)出超聲和無(wú)線,一旦信交節(jié)點(diǎn)傳輸以后可以開(kāi)始計(jì)時(shí)算距離,這個(gè)距離預(yù)算在系統(tǒng)內(nèi)部,不需要外部服務(wù)器。在這個(gè)系統(tǒng)得到很好的節(jié)點(diǎn),在系統(tǒng)內(nèi)部有非常經(jīng)典十分適用的方法,如果周?chē)鷹l件允許是無(wú)線傳輸,如果鋼廠或者是電池干擾比較大的情況下,我們可以使用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線采集,可靠性非常好。在400×600的房間中,紅點(diǎn)標(biāo)定出一個(gè)桌子的區(qū)域,我們把標(biāo)點(diǎn)放在桌子上,可以非常實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)標(biāo)注信息。

  這是性能測(cè)試在90%的可信度下誤差小于15厘米。每個(gè)標(biāo)簽可以更新。這是我們做出的節(jié)點(diǎn)原形,右邊是散裝的樣子,尺寸是固定的,從中心點(diǎn)到外延距離是70厘米,還酸比較狹小,定位機(jī)器還是定位人,有兩種目標(biāo)節(jié)點(diǎn),可以插在筆記本上,也可以?huà)煸谌松砩系。這是DRAGON有計(jì)算節(jié)點(diǎn),吸收節(jié)點(diǎn)和發(fā)射節(jié)點(diǎn),這個(gè)標(biāo)簽和工業(yè)標(biāo)簽完全相同的,我們?yōu)榱斯I(yè)上應(yīng)用全部使用防水的設(shè)計(jì),在室內(nèi)外都可以進(jìn)行工作。

  DRAGON需要有一個(gè)預(yù)較準(zhǔn),使用起來(lái)比較簡(jiǎn)便,內(nèi)部有高性能的,不需要外接服務(wù)器,這是我們實(shí)際做出的應(yīng)用場(chǎng)景,包括倉(cāng)庫(kù)管理,導(dǎo)購(gòu)等。第一個(gè)場(chǎng)景就是我們做出來(lái)的類(lèi)似于倉(cāng)庫(kù)管理的系統(tǒng),有這么一個(gè)貨架,我們這個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到15個(gè)厘米的區(qū)分度,你可以把這個(gè)設(shè)備,借助于RFID和二維碼標(biāo)簽輸入,你可以很方便的記錄一個(gè)貨架上每一個(gè)位置存放了什么樣的商品,之后可以很方便的轉(zhuǎn)達(dá),或者很方便的把顧客移到倉(cāng)庫(kù)上來(lái)。

  第二類(lèi)就是結(jié)合多媒體技術(shù)的應(yīng)用,再一個(gè)音響店里我已經(jīng)獲得了商品的具體的位置,一旦顧客拿到貨品,可以顯示出商品的視頻,價(jià)格,如果是音響的話(huà),還會(huì)來(lái)一段音樂(lè),讓你視聽(tīng)一下。

  安全辦公桌,這也是我們實(shí)現(xiàn)的模式,如果這么一個(gè)會(huì)議,假設(shè)只有主席臺(tái)的桌子上,我才能夠訪問(wèn)某一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),只要給每一個(gè)筆記本攜帶上定位的Table,插上以后才能可以由訪問(wèn)授權(quán),一旦離開(kāi)以后訪問(wèn)授權(quán)斷開(kāi)了,對(duì)公共區(qū)域的安全非常有意義的。

  以上就是我的演講內(nèi)容,謝謝大家!

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