湖泊岸边移动物体的定位技术研究-论文.pdf

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1、第48卷第4期华中师范大学学报(自然科学版)Vo1．48NO．42014年8月JOURNALOFHUAZHONGNORMALUNIVERSITY(Nat．Sci．)Aug．2014文章编号：1000—1190(2014)04—0516—04湖泊岸边移动物体的定位技术研究王维虎，刘延申。(1．汉口学院计算机科学与技术学院，武汉430212；2．华中师范大学教育信息化研究中心，武汉430079)摘要：目前，湖泊污染已经成为中国各个城市迫切解决的问题，其中湖泊的监管至关重要，关键是要及时确定事件发生的位置，即定位问题，来进行预防与治理．本文提出了一种基于物联网的

2、湖泊污染预防的技术，首先介绍蓝牙Bluetooth技术中的接收信号强度指示(RSSI)测距法基本原理；然后运用德州仪器(TI)公司的CC2540芯片做仿真实验，建立湖泊岸边移动物体的距离与RSSI值相关的数学模型，据此来设计其定位算法，对湖泊岸边的移动物体进行定位监控，能够在一定程度上对湖泊起到保护作用．关键词：湖泊污染；蓝牙；RSSI；定位中图分类号：X524文献标识码：A湖泊是一种重要的地表水资源．城市湖泊往往填湖等不文明行为事件的发生，在一定程度上能够是当地市民休闲游玩的首选地，甚至成为全国闻名实现智能的湖泊管理．的风景名胜区．然而，随着全球气候变暖

3、和人类活1蓝牙的RSSI测距原理动的加剧，湖泊及其水资源的不合理开发利用，使我国湖泊面临着严峻的环境问题．据报告，我国主蓝牙(Bluetooth)，作为一种新的短距离无线要湖泊80已经受到污染，其污染主要来源于生通信技术标准，受到了全世界越来越多工业界生产活领域、旅游领域和工业领域，其主要污染物为总厂家和研究机构的广泛关注．它可以支持物体与物磷、氨氮等，因此解决环境保护的问题迫在眉睫．在体之间的通信，工作频段是全球开放的2．4GHZ这种背景下，智能环保领域应声而起，其中湖泊环频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可保至关重要，即用先进的物联网技术来实现

4、智能的以达到10Mb／s，使得在其范围内的各种信息化设湖泊监测与管理，最为关心的问题是就是事件发生备都能实现无缝资源共享．的位置，即定位问题．通常，在RSSI测距中，已知发射节点的发射定位技术是无线传感网络中多种应用的支撑信号强度，接收节点根据收到信号的强度，计算出技术，而基于距离的定位技术是通过测量相邻节点信号在传播过程中的损耗，利用信号衰减(如下所之间的实际距离或方位来实现定位的．其中，基于示)和传输距离之间的关系计算出距离，最后利用RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication，接收信定位算法计算出未知节点的位置．号强度指

5、示)的测距是无线传感网络中经常采用的在自由空问中，电磁波传播损耗(衰减)公式一种定位技术．如下：本文采用德州仪器TI公司的CC2540芯片，LOS=32．44+201gd(km)+201gf(Hz)，(1)遵循蓝牙(BlueTooth)标准，利用无线传感网络中其中，LOS为传播损耗，单位为db；d为传输距离，的传感器节点定位技术，对湖泊岸边的移动物体单位为KM；f为工作频率，单位为Hz．(尤其是游人和车辆)，进行实时监测与定位，来预本文从实验角度出发，选取蓝牙信号源为例，防某些污染湖泊环境，比如游人在休闲娱乐时，不但由于蓝牙发射信号功率调整会影响通信距离，

6、以经意之间将垃圾丢掷于湖里、工地渣土车违禁施工及湖泊岸边自身的特点，采用以德州仪器TI公司收稿日期：2014—03—29．基金项目：国家支撑计划项目(2012BAK02B06／00)*通讯联系人．Email：wangweihu80@163．com．518华中师范大学学报(自然科学版)第48卷图．显然采用滑动防脉冲干扰平均滤波算法所测的近似对数函数的变化趋势．RSSI采样值更加接近于实际的理论值，并呈现出湖泊岸边RSSI值测鼹湖泊岸边RSSI值测缀2l5＼一—．＼—2II)’＼＼205．／、、＼／／一—、200l95{O0l{}i112I314】516j7l

7、8J92IlDis[ance／mDistance／m(a)未聚用算法(b)采用滑动防脉冲干扰平均滤波群法图3湖泊岸边RSSI值对比的折线图Fig．3ComparisonoftwokindsofRSSIalgorithmaroundthelakeshore2．3函数关系的确定根据图3(b)中的数据集合，采用对数函数曲线模拟，令X表示RSSI值，y表示距离Distance，两者之间的函数关系，表示如下：Y一“0+a1ln(x)，(3)其中，a。、a是任意实数．将实测值与利用(3)计算得到的yI值的差(一y)的平方和∑(—Y)为最小作为“优化i判据”．令：一∑(

8、～Y)，(4)将(3)代人(4)中得到图4湖泊岸边移动物体定位模型