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【成果展示】无线定位技术研究与应用
[无线传感器网络四川省高校重点实验室]  [手机版本]  [扫描分享]  发布时间:2023年11月27日
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1.关键技术研究成果

(1)多径对抗稳健优化定位技术

  该方法基于到达时差(Time Difference of Arrival, TDoA),对最小二乘目标函数的最坏情况逼近结果进行了分段单调性分析,证明了目标函数与多径偏差变量之间的单调映射关系,得到了符合稳健优化目标的定位模型。相较于已有模型,该模型可以在密集杂乱环境中得到更精确的定位结果。针对此模型求解复杂度高的问题,算法提出了一系列简化变换对模型进行了重定义,更适合在实际工程中使用。通过运算量分析,定位精度仿真和工程验证,该方法在定位精度和计算复杂度上具有较强的优势。该成果发表于IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY(中科院SCI二区TOP),并为生成室内人员移动轨迹提供理论和方法提供很好支撑,现已形成了产品,并向市场推广。

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(2)结合边缘计算与稳健优化定位技术

  该方法基于到达时间差(Time Difference of Arrival, TDoA)测量,提出了泰勒展开式中,二阶及二阶以上的高阶截断误差的夹角表示方程,并基于此方程,将传统稳健优化问题中的二阶锥规划问题转化为线性规划问题,在不降低定位算法在复杂密集环境中的定位精度前提下,大大减小了传统稳健优化问题的计算量。该成果发表于IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL(中科院SCI一区),并应用于节点的边缘计算与定位,在重庆巴斯夫化工厂开展了实地测试,获得了良好的测试效果。

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(3)基于机器学习的定位误差消除技术

  方法通过使用基于底层Decawave芯片的定位基站,以满足室内环境中复杂多变且存在多障碍物的物体需求。在实际应用中,该芯片生成的CIR数据经过后期处理,形成数据集。通过采用XGBOOST回归算法进行建模,能够有效降低基站和标签在复杂室内环境中的测距误差。随后,将这一优化后的数据输入研究中的定位算法,以获得更接近真实值的定位结果。

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(4) 混构定位系统

  面向定位的实际应用,研发了混构定位系统。混构定位系统由四个层级组成,第一层级是软件层,包括了混构定位引擎及基于位置的各种服务,第二层级是通用网络层,包括二/三层交换机和核心交换机等,第三层级是数据采集层,主要是混构定位基站,第四层是无线层,主要包括UWB定位标签/BLE定位标签/智能手机。

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     综合射线追踪技术,信号穿透检测技术和三维地图引擎技术,模拟超宽带信号在复杂密集场景中的传播过程,借助对传播过程的分析,和测距误差的经验概率密度函数,模拟超宽带测距技术在密集杂乱环境中的测距误差,实现超宽带无线定位数字孪生系统。可以在系统项目实施前,模拟最优基站数量和位置,定位算法及其最优参数,以及定位轨迹。系统可以大大降低系统前期实施时间,减小系统调试人员工作量。

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     精准的三维电子地图绘制,能够无缝对接高德,百度,谷歌等地图。地图具有丰富的应用接口,可对含门禁在内的各种物联设备进行通信与控制。并可在地图上实现自定义规划巡检点和巡检路线,设置巡检人员及周期,巡检轨迹回放,行为监测和视频联动等功能。

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2.研究成果应用案例

(1)沿江高速宁会隧道人员定位与位置管理

  在沿江高速宁会隧道的7和8标段总共20公里实施基于超宽带测距的人员定位与位置管理。目前在已挖掘的1.5公里隧道内,通过7台定位基站实现了300余位人员定位以及3台台车定位,同时还包括3维地图展示和一系列位置管理和报警功能。基于人员和台车的位置管理,有效提高了工程实施进度,基于报警等管理功能,有效降低了人员安全风险。预计在20公里的实施标段内总共铺设100余台定位基站,实现超过800人和10台台车的定位。在缩短工期的同时,降低人员安全风险,在整个施工期间可产生经济效益200余万元。

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图13 宁会隧道用户使用界面

(2)电子科技大学创新中心与深圳研究院人员与重要物资位置管理

  在电子科技大学创新中心(成都)与深圳高等研究院的教学楼、宿舍楼共计2万余平米完成了基于超宽带测距的人员与重要物资位置管理,共计使用基站150余个,定位标签300余张。这项前沿技术在高校的应用不仅仅实现了对校内人员的定位管理,更大的意义在于对高校物资,特别是贵重实验设备的管理,提高了物资的查找和使用效率,降低了物资的丢失风险。经过长期的使用,在产生经济效益100余万元。

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图14 电子科技大学创新中心位置管理使用界面

(3)江苏江阴智美“云工厂”人员和贵重物资的位置管理

  项目开展于江苏省江阴市智建美住智慧移动建筑总部基地,内部拥有研发中心、智造中心、展示中心、运营中心、培训中心五大板块。项目面积26000余平米,采用定位基站50余台,实现对内部人员和贵重物资的位置管理。此项目为展示型项目,面向江苏省内化工和智能制造企业,推动化工制造类企业转型升级,产生经济效益500余万元。

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图15 江苏江阴智美“云工厂”平台应用界面和现场图片











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编辑:无线传感器网络