隨著經濟全球化的快速發(fā)展,全球約80%的貨物貿易都是經海運進行的。其中,集裝箱運輸占全球海運貿易總額的一半以上,但是受到航線判斷出錯、突發(fā)天氣災害、管理人員對船舶操作不當等一系列客觀因素的影響,導致近幾年來集裝箱相關的落水安全事故時有發(fā)生。而一些集裝箱中裝載著危險化學物品,落水后若不及時打撈處置,將會對海域生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞,并有可能影響海上航道秩序。然而對落水集裝箱的快速定位和動態(tài)追蹤是對集裝箱進行及時打撈的前提,這對保護海洋環(huán)境和降低財產損失具有一定的社會價值和意義。其次,水下無線傳感網是一種相對較新的信息獲取和無線通信平臺,在該技術的應用領域中,ZigBee技術以其較低的實現復雜度和低能耗等優(yōu)點,適合應用于落水危險品集裝箱協作定位跟蹤系統(tǒng)中。本論文基于水下無線傳感器網絡對落水危險品集裝箱的三維動態(tài)定位和目標追蹤進行研究,結合四面體部署和三維定位算法,提出了多傳感器協作定位技術,針對可能會出現的錨節(jié)點失效和信標節(jié)點失效兩種情景給出解決方案,提高了落水集裝箱的定位精度和定位成功率;在此基礎上,針對落水集裝箱在水下的位置不固定性,對落水集裝箱追蹤算法進行研究,分析了多種不同條件下機動... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．?９二維擴展到三維的定位方案??Ｆｉｇ．?２．９?Ｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?２Ｄ?ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅｓ?ｔｏ?３Ｄ??－－??

?大連海事大學碩士學位論文???因此針對目前落水危險品集裝箱探測定位方法在實際應用中精準性可能存在的不??足，以及落水集裝箱受海下未知因素的影響等，我們將應用環(huán)境從水下的二維擴展到三??維空間中，討論三維環(huán)境下的集裝箱定位工作。圖２．１０給出了基于ＵＡＳＮｓ的三維定位??結構圖。特別地，節(jié)點間的合作對于在惡劣環(huán)境中提高定位精度和覆蓋范圍是有幫助的，??對此本節(jié)有針對性地提出了一種可以提高定位精確度和準確性的落水危險品集裝箱協??作定位方法。??／／?／Ｌ?Ｓｉｎｋ，點?Ｙ?占．％／??￣〇?ｆ｜測節(jié)點??ｉ?｜?＂＂Ｔ?Ｉ??ｉ??ｉ?＾?＾?心?丄換能器４??｜?４?辦?—Ｔ?４??禮：．＇Ｃ?／??圖２．１０?ＵＡＳＮｓ三維網絡結構??Ｆｉｇ．?２．１０?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ＵＡＳＮｓ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??下面從節(jié)點部署和定位算法兩方面來給出多傳感器協作定位算法的具體內容。??２．３．?１節(jié)點部署及測距應用??ＵＷＳＮｓ由不同種類的傳感器節(jié)點協同完成三維空間的監(jiān)測和定位任務。當建立一??個ＵＡＳＮｓ時，節(jié)點部署是首要任務，尤其是水下節(jié)點以多跳的形式將傳感器信息傳輸??到水面ｓｉｎｋ節(jié)點時，良好的部署策略可以保證系統(tǒng)的網絡連通性，為后續(xù)定位和實時追??蹤等打好基礎，以生成高性能的ＵＡＳＮｓ三維拓撲。??與大多數現有的二維中使用的水下無線傳感網架構的相關部署技術不一樣，各種類??型的節(jié)點通常只放置在監(jiān)測區(qū)域的底部或水面上，而三維中傳感器節(jié)點要漂浮在整個監(jiān)??測區(qū)域的不同深度上，并且網絡架構需要考慮設計和計算復雜度等問題。因此，將二維??水下網絡部署技術擴展到三維并不能

?落水集裝箱協作定位追蹤系統(tǒng)研究與實現???為達到網絡連通性和覆蓋率等網絡性能的最優(yōu)化，本文選擇確定性部署中的四面體??部署方案［６４］，加以改進達到以較少的錨節(jié)點實現高覆蓋率和高精確度的目的。選擇該部??署策略原因有兩個：一是隨著水下航行器以及水面艦艇的發(fā)展，傳感器節(jié)點可以通過受??控的方式被布放在指定位置，部署變得更容易實現；二是四面體部署在減少定位誤差和??提高定位比方面優(yōu)于隨機部署和立方體部署，同時保持了相鄰錨節(jié)點的平均數量和網絡??連通性。圖２．１１給出了三維網絡中四面體部署單元、立方體部署單元和隨機部署示意圖。????＾水面??ｉ?＼?＼?ｉ?？?Ａ?？鬱錨節(jié)點??綱點?????丨，．０．；——【°……１／???么底??圖２．１１四面體、立方體部署和隨機部署單元??Ｆｉｇ．?２．１１?Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ?ａｎｄ?ｃｕｂｅ?ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｒａｎｄｏｍ?ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ?ｕｎｉｔ??具體方法是在三維空間內，將錨節(jié)點部署在一些預置的正四面體形狀的頂點處，在??本文中錨節(jié)點也叫做探測節(jié)點，又分為主探測和從探測節(jié)點兩大類。未知節(jié)點也被稱為??信標節(jié)點。按照國際標準集裝箱規(guī)定尺寸大小，我們提前在集裝箱的對角線或頂角處安??裝信標節(jié)點，給每個節(jié)點分配唯一的ＩＤ號，安裝的數目可根據集裝箱尺寸來決定。在??距離測量上，本文采用基于ＲＴＯＦ的測距方法，圖２．１２給出了測距時間流程圖。??Ｔ?Ｔ??主節(jié)點?Ａ＾ｌ?＂■＂■〇、■?■?■?〇?■■?■１???＼?／??信標節(jié)點?■?〇－???＼??從節(jié)點７Ｖ２?ｃＳ???Ｔ＇??從節(jié)點＂３??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于能耗均衡的分區(qū)節(jié)點部署算法[J]. 牛玉剛,杜國杰,賈廷綱.  控制與決策. 2016(06)
[2]基于浮標的3D水聲傳感器網絡節(jié)點定位[J]. 呂長艷,劉廣鐘.  微型機與應用. 2013(22)
[3]無線傳感器網絡定位技術綜述[J]. 彭宇,王丹.  電子測量與儀器學報. 2011(05)
[4]基于協同轉彎模型的機動目標預測算法[J]. 陳康,嵇成新,周朝暉.  情報指揮控制系統(tǒng)與仿真技術. 2003(03)

博士論文
[1]無線傳感器網絡定位算法及其應用研究[D]. 戴歡.江南大學 2012
[2]無線傳感器網絡定位技術研究[D]. 汪煬.中國科學技術大學 2007

碩士論文
[1]基于無線傳感網的落水集裝箱定位系統(tǒng)研制[D]. 陳輝.大連海事大學 2017
[2]基于水聲信號處理的落水集裝箱探測定位研究[D]. 劉小艷.大連海事大學 2017
[3]基于AUV的UWSN定位技術的研究[D]. 劉倩倩.南京郵電大學 2014



本文編號：3122149