隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合,位置服務(wù)對(duì)解決生產(chǎn)過程中數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化所面臨的問題至關(guān)重要。室內(nèi)定位作為位置服務(wù)的基礎(chǔ)技術(shù),與工業(yè)生產(chǎn)過程的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化的關(guān)鍵。然而,傳統(tǒng)室內(nèi)定位系統(tǒng)在應(yīng)用于動(dòng)態(tài)多變和非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中時(shí),定位性能下降嚴(yán)重,在架構(gòu)設(shè)計(jì)、位置估計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸、信息處理等諸多方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前,面向復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng),尚未形成完備的技術(shù)體系,亟需開展深入研究。因此,本文從工業(yè)場景出發(fā),針對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、模型、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵問題展開研究,提出并構(gòu)建了滿足復(fù)雜工業(yè)環(huán)境定位需求的室內(nèi)定位系統(tǒng)。主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.室內(nèi)定位系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)未充分考慮不同類型的工業(yè)場景,其在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的定位性能下降嚴(yán)重,同時(shí)面臨著系統(tǒng)資源與定位需求之間供需不平衡且難以協(xié)調(diào)的問題。因此,本文依托智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),提出了面向復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)架構(gòu);通過構(gòu)建服務(wù)支持機(jī)制、資源適配機(jī)制和認(rèn)證感知機(jī)制,實(shí)現(xiàn)定位服務(wù)與系統(tǒng)資源的靈活適配,保障了差異化的定位需求對(duì)系統(tǒng)性能的苛刻要求,為工業(yè)環(huán)境中室內(nèi)定位系統(tǒng)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ);基于提出的系統(tǒng)架構(gòu),在實(shí)際場景中搭建原型系統(tǒng),后... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

室內(nèi)定位系統(tǒng)原理圖

北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文4DifferenceofArrival，TDOA）[16]等，利用不同的定位算法，如最小二乘法、Taylor級(jí)數(shù)、深度學(xué)習(xí)等，估計(jì)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。（3）定位顯示：在地圖上標(biāo)識(shí)出標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的計(jì)算位置或?qū)︼@示優(yōu)化后的位置。在圖1-2中，第一個(gè)階段是位置感知，主要是利用測量信號(hào)的特性獲取定位所需的信息；第二階段是位置計(jì)算，使用測量值或獲得的數(shù)據(jù)來估計(jì)待定位的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的位置。以上兩個(gè)定位階段均與某些因素直接相關(guān)，并且這些因素對(duì)定位性能產(chǎn)生了影響，其關(guān)系如圖1-3所示。數(shù)據(jù)質(zhì)量位置感知位置計(jì)算通信機(jī)制定位模型節(jié)點(diǎn)數(shù)目定位誤差定位規(guī)模定位成功率定位能耗定位階段影響因素定位性能圖1-3影響定位性能的相關(guān)因素Figure1-3Thefactorsthataffecttheperformanceoflocalization定位階段與某些因素直接相關(guān)。位置感知過程獲取的定位信息與通信機(jī)制、數(shù)據(jù)質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)數(shù)目相關(guān)；位置計(jì)算結(jié)果與定位模型、數(shù)據(jù)質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)數(shù)目相關(guān)。多種因素對(duì)定位性能產(chǎn)生了影響。定位模型影響了定位誤差、定位成功率；優(yōu)化定位算法可以減小標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)定位誤差、提高定位成功率。通信機(jī)制與定位規(guī)模、定位成功率、定位能耗指標(biāo)相關(guān)；采用合適的網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，能擴(kuò)大定位規(guī)模、提高定位成功率、降低定位能耗。數(shù)據(jù)質(zhì)量影響了定位誤差、定位成功率；提高測量數(shù)據(jù)質(zhì)量可以減小標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)定位誤差、提高定位成功率。節(jié)點(diǎn)數(shù)目影響了定位誤差、定位規(guī)模、定位成功率；增加節(jié)點(diǎn)數(shù)目，可以減小標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)定位誤差、擴(kuò)大定位規(guī)模、提高定位成功率。1.2.2室內(nèi)定位技術(shù)當(dāng)前，常用的室內(nèi)定位技術(shù)包括：藍(lán)牙[17]、無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）[18]、Zigbee[19]、RFID[20]、可見光[21]、超聲波[22]、UWB[23]等。下面簡

重，這對(duì)定位技術(shù)的選擇十分苛刻。由（1.2.2）小節(jié)可知，基于UWB的定位技術(shù)相比較而言更適合室內(nèi)定位，但由于工廠空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工業(yè)射頻環(huán)境惡劣以及工業(yè)過程特有的行業(yè)背景，傳統(tǒng)室內(nèi)定位技術(shù)難以直接應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中。構(gòu)建面向復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)，需從復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用場景出發(fā)，兼顧差異化的定位需求，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下精準(zhǔn)、可靠、穩(wěn)定的定位。功能應(yīng)用場景LQoS室內(nèi)定位系統(tǒng)定位網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)過程人員調(diào)度倉儲(chǔ)管理精確性可靠性穩(wěn)定性刷新時(shí)間物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層……圖1-5面向復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure1-5Thestructureofindoorlocalizationsystemforcomplexindustrialenvironment圖1-5表示面向復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。首先，根據(jù)應(yīng)用的使用場景和功能確定定位服務(wù)需求。然后，利用定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行需求解析，向定位系統(tǒng)提供參數(shù)化的定位服務(wù)質(zhì)量（LocalizationQualityofService，LQoS）指標(biāo)性能指標(biāo)，包括精確性、可靠性、穩(wěn)定性及刷新時(shí)間等；并對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知和狀態(tài)更新，依據(jù)參數(shù)化的性能指對(duì)定位策略進(jìn)行選擇。最后，定位系統(tǒng)根據(jù)LQoS和定位策略，依據(jù)圖1-2室內(nèi)定位原理進(jìn)行定位，獲得滿足工業(yè)場景需求的定位性能。通過上述分析可知，面向復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要面臨以下四個(gè)難點(diǎn)：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]支持異步TDOA測量的確定性定位網(wǎng)絡(luò)[J]. 薛塬,蘇偉,王洪超,楊冬.  電子學(xué)報(bào). 2019(10)
[2]基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J]. 卜毅,包學(xué)才.  信息通信. 2018(01)
[3]智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)理論與實(shí)踐[J]. 張宏科.  信息通信技術(shù). 2017(06)
[4]智慧協(xié)同工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J]. 楊冬,馬劍,張宏科.  電子學(xué)報(bào). 2017(06)
[5]智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及應(yīng)用[J]. 張宏科.  北京交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
[6]無線網(wǎng)絡(luò)定位綜述[J]. 錢志鴻,孫大洋,LEUNG Victor.  計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào). 2016(06)



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