落水集装箱协作定位追踪系统研究与实现
发布时间：2021-04-06 21:10
随着经济全球化的快速发展,全球约80%的货物贸易都是经海运进行的。其中,集装箱运输占全球海运贸易总额的一半以上,但是受到航线判断出错、突发天气灾害、管理人员对船舶操作不当等一系列客观因素的影响,导致近几年来集装箱相关的落水安全事故时有发生。而一些集装箱中装载着危险化学物品,落水后若不及时打捞处置,将会对海域生态环境造成严重破坏,并有可能影响海上航道秩序。然而对落水集装箱的快速定位和动态追踪是对集装箱进行及时打捞的前提,这对保护海洋环境和降低财产损失具有一定的社会价值和意义。其次,水下无线传感网是一种相对较新的信息获取和无线通信平台,在该技术的应用领域中,ZigBee技术以其较低的实现复杂度和低能耗等优点,适合应用于落水危险品集装箱协作定位跟踪系统中。本论文基于水下无线传感器网络对落水危险品集装箱的三维动态定位和目标追踪进行研究,结合四面体部署和三维定位算法,提出了多传感器协作定位技术,针对可能会出现的锚节点失效和信标节点失效两种情景给出解决方案,提高了落水集装箱的定位精度和定位成功率;在此基础上,针对落水集装箱在水下的位置不固定性,对落水集装箱追踪算法进行研究,分析了多种不同条件下机动...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?９二维扩展到三维的定位方案??Ｆｉｇ．?２．９?Ｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?２Ｄ?ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅｓ?ｔｏ?３Ｄ??－－??
?大连海事大学硕士学位论文???因此针对目前落水危险品集装箱探测定位方法在实际应用中精准性可能存在的不??足，以及落水集装箱受海下未知因素的影响等，我们将应用环境从水下的二维扩展到三??维空间中，讨论三维环境下的集装箱定位工作。图２．１０给出了基于ＵＡＳＮｓ的三维定位??结构图。特别地，节点间的合作对于在恶劣环境中提高定位精度和覆盖范围是有帮助的，??对此本节有针对性地提出了一种可以提高定位精确度和准确性的落水危险品集装箱协??作定位方法。??／／?／Ｌ?Ｓｉｎｋ，点?Ｙ?占．％／??￣〇?ｆ｜测节点??ｉ?｜?＂＂Ｔ?Ｉ??ｉ??ｉ?＾?＾?心?丄换能器４??｜?４?办?—Ｔ?４??禮：．＇Ｃ?／??图２．１０?ＵＡＳＮｓ三维网络结构??Ｆｉｇ．?２．１０?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ＵＡＳＮｓ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??下面从节点部署和定位算法两方面来给出多传感器协作定位算法的具体内容。??２．３．?１节点部署及测距应用??ＵＷＳＮｓ由不同种类的传感器节点协同完成三维空间的监测和定位任务。当建立一??个ＵＡＳＮｓ时，节点部署是首要任务，尤其是水下节点以多跳的形式将传感器信息传输??到水面ｓｉｎｋ节点时，良好的部署策略可以保证系统的网络连通性，为后续定位和实时追??踪等打好基础，以生成高性能的ＵＡＳＮｓ三维拓扑。??与大多数现有的二维中使用的水下无线传感网架构的相关部署技术不一样，各种类??型的节点通常只放置在监测区域的底部或水面上，而三维中传感器节点要漂浮在整个监??测区域的不同深度上，并且网络架构需要考虑设计和计算复杂度等问题。因此，将二维??水下网络部署技术扩展到三维并不能
?落水集装箱协作定位追踪系统研究与实现???为达到网络连通性和覆盖率等网络性能的最优化，本文选择确定性部署中的四面体??部署方案［６４］，加以改进达到以较少的锚节点实现高覆盖率和高精确度的目的。选择该部??署策略原因有两个：一是随着水下航行器以及水面舰艇的发展，传感器节点可以通过受??控的方式被布放在指定位置，部署变得更容易实现；二是四面体部署在减少定位误差和??提高定位比方面优于随机部署和立方体部署，同时保持了相邻锚节点的平均数量和网络??连通性。图２．１１给出了三维网络中四面体部署单元、立方体部署单元和随机部署示意图。????＾水面??ｉ?＼?＼?ｉ?？?Ａ?？鬱锚节点??綱点?????丨，．０．；——【°……１／???么底??图２．１１四面体、立方体部署和随机部署单元??Ｆｉｇ．?２．１１?Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ?ａｎｄ?ｃｕｂｅ?ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｒａｎｄｏｍ?ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ?ｕｎｉｔ??具体方法是在三维空间内，将锚节点部署在一些预置的正四面体形状的顶点处，在??本文中锚节点也叫做探测节点，又分为主探测和从探测节点两大类。未知节点也被称为??信标节点。按照国际标准集装箱规定尺寸大小，我们提前在集装箱的对角线或顶角处安??装信标节点，给每个节点分配唯一的ＩＤ号，安装的数目可根据集装箱尺寸来决定。在??距离测量上，本文采用基于ＲＴＯＦ的测距方法，图２．１２给出了测距时间流程图。??Ｔ?Ｔ??主节点?Ａ＾ｌ?＂■＂■〇、■?■?■?〇?■■?■１???＼?／??信标节点?■?〇－???＼??从节点７Ｖ２?ｃＳ???Ｔ＇??从节点＂３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于能耗均衡的分区节点部署算法[J]. 牛玉刚,杜国杰,贾廷纲. 控制与决策. 2016(06)
[2]基于浮标的3D水声传感器网络节点定位[J]. 吕长艳,刘广钟. 微型机与应用. 2013(22)
[3]无线传感器网络定位技术综述[J]. 彭宇,王丹. 电子测量与仪器学报. 2011(05)
[4]基于协同转弯模型的机动目标预测算法[J]. 陈康,嵇成新,周朝晖. 情报指挥控制系统与仿真技术. 2003(03)
博士论文
[1]无线传感器网络定位算法及其应用研究[D]. 戴欢.江南大学 2012
[2]无线传感器网络定位技术研究[D]. 汪炀.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]基于无线传感网的落水集装箱定位系统研制[D]. 陈辉.大连海事大学 2017
[2]基于水声信号处理的落水集装箱探测定位研究[D]. 刘小艳.大连海事大学 2017
[3]基于AUV的UWSN定位技术的研究[D]. 刘倩倩.南京邮电大学 2014
本文编号：3122149
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?９二维扩展到三维的定位方案??Ｆｉｇ．?２．９?Ｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?２Ｄ?ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅｓ?ｔｏ?３Ｄ??－－??
?大连海事大学硕士学位论文???因此针对目前落水危险品集装箱探测定位方法在实际应用中精准性可能存在的不??足，以及落水集装箱受海下未知因素的影响等，我们将应用环境从水下的二维扩展到三??维空间中，讨论三维环境下的集装箱定位工作。图２．１０给出了基于ＵＡＳＮｓ的三维定位??结构图。特别地，节点间的合作对于在恶劣环境中提高定位精度和覆盖范围是有帮助的，??对此本节有针对性地提出了一种可以提高定位精确度和准确性的落水危险品集装箱协??作定位方法。??／／?／Ｌ?Ｓｉｎｋ，点?Ｙ?占．％／??￣〇?ｆ｜测节点??ｉ?｜?＂＂Ｔ?Ｉ??ｉ??ｉ?＾?＾?心?丄换能器４??｜?４?办?—Ｔ?４??禮：．＇Ｃ?／??图２．１０?ＵＡＳＮｓ三维网络结构??Ｆｉｇ．?２．１０?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ＵＡＳＮｓ?ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??下面从节点部署和定位算法两方面来给出多传感器协作定位算法的具体内容。??２．３．?１节点部署及测距应用??ＵＷＳＮｓ由不同种类的传感器节点协同完成三维空间的监测和定位任务。当建立一??个ＵＡＳＮｓ时，节点部署是首要任务，尤其是水下节点以多跳的形式将传感器信息传输??到水面ｓｉｎｋ节点时，良好的部署策略可以保证系统的网络连通性，为后续定位和实时追??踪等打好基础，以生成高性能的ＵＡＳＮｓ三维拓扑。??与大多数现有的二维中使用的水下无线传感网架构的相关部署技术不一样，各种类??型的节点通常只放置在监测区域的底部或水面上，而三维中传感器节点要漂浮在整个监??测区域的不同深度上，并且网络架构需要考虑设计和计算复杂度等问题。因此，将二维??水下网络部署技术扩展到三维并不能
?落水集装箱协作定位追踪系统研究与实现???为达到网络连通性和覆盖率等网络性能的最优化，本文选择确定性部署中的四面体??部署方案［６４］，加以改进达到以较少的锚节点实现高覆盖率和高精确度的目的。选择该部??署策略原因有两个：一是随着水下航行器以及水面舰艇的发展，传感器节点可以通过受??控的方式被布放在指定位置，部署变得更容易实现；二是四面体部署在减少定位误差和??提高定位比方面优于随机部署和立方体部署，同时保持了相邻锚节点的平均数量和网络??连通性。图２．１１给出了三维网络中四面体部署单元、立方体部署单元和随机部署示意图。????＾水面??ｉ?＼?＼?ｉ?？?Ａ?？鬱锚节点??綱点?????丨，．０．；——【°……１／???么底??图２．１１四面体、立方体部署和随机部署单元??Ｆｉｇ．?２．１１?Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ?ａｎｄ?ｃｕｂｅ?ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｒａｎｄｏｍ?ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ?ｕｎｉｔ??具体方法是在三维空间内，将锚节点部署在一些预置的正四面体形状的顶点处，在??本文中锚节点也叫做探测节点，又分为主探测和从探测节点两大类。未知节点也被称为??信标节点。按照国际标准集装箱规定尺寸大小，我们提前在集装箱的对角线或顶角处安??装信标节点，给每个节点分配唯一的ＩＤ号，安装的数目可根据集装箱尺寸来决定。在??距离测量上，本文采用基于ＲＴＯＦ的测距方法，图２．１２给出了测距时间流程图。??Ｔ?Ｔ??主节点?Ａ＾ｌ?＂■＂■〇、■?■?■?〇?■■?■１???＼?／??信标节点?■?〇－???＼??从节点７Ｖ２?ｃＳ???Ｔ＇??从节点＂３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于能耗均衡的分区节点部署算法[J]. 牛玉刚,杜国杰,贾廷纲. 控制与决策. 2016(06)
[2]基于浮标的3D水声传感器网络节点定位[J]. 吕长艳,刘广钟. 微型机与应用. 2013(22)
[3]无线传感器网络定位技术综述[J]. 彭宇,王丹. 电子测量与仪器学报. 2011(05)
[4]基于协同转弯模型的机动目标预测算法[J]. 陈康,嵇成新,周朝晖. 情报指挥控制系统与仿真技术. 2003(03)
博士论文
[1]无线传感器网络定位算法及其应用研究[D]. 戴欢.江南大学 2012
[2]无线传感器网络定位技术研究[D]. 汪炀.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]基于无线传感网的落水集装箱定位系统研制[D]. 陈辉.大连海事大学 2017
[2]基于水声信号处理的落水集装箱探测定位研究[D]. 刘小艳.大连海事大学 2017
[3]基于AUV的UWSN定位技术的研究[D]. 刘倩倩.南京邮电大学 2014
本文编号：3122149
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