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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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