英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
用于建筑应用的接收信号强度的室内定位和跟踪方法
摘要
关键施工资源的有效定位和跟踪对于实现时间，成本和安全性的项目目标至关重要。基于接收信号强度（RSS）的定位方法越来越成为建筑应用中的受欢迎的选择，特别是对于室内场景，潜在的自动化现场数据采集和施工过程控制。然而，由于多路径传播效应引起的收集的RSS数据的波动性质以及某些站点位置处无线电信号的不可用性，阻碍了这种定位技术在有挑战性和动态的应用中的有效应用。本研究评估了基于RSS的定位技术，即基于测距的方法和基于补充的方法。为了验证这两种方法的定位精度，对无线电网络系统进行了定位，用于定位实验室，这是封闭的施工现场。实验结果表明，基于测距的方法在测试设置中表现不佳，另一方面，使用基于方法的定位误差小于2.14m，具有95％的可能性。此外，为了在现实世界的室内环境中评估该方法的可实现的准确性，我们将基于Prolyling的方法与常用的噪声滤波算法相结合，并在管道制造车间进行了现场测试。有95％的可能性，在制造车间的实际位置上，与实际位置相比较，一致的定位精度，被认为足以支持生产率分析的材料和劳动时间跟踪。总之，基于RSS专用的方法被发现是一种有效的方法来部署在建筑相关应用的现实室内设置中
关键词：资源跟踪，施工管理，信号强度，实时定位，室内环境
第1章 介绍
在过去十年中，建筑业通过采用创新技术提高了项目绩效和整体生产力，提高了透明度和沟通能力，同时显着节省了时间和成本。对具有足够准确性和可靠性的材料，设备和劳动者的定位和跟踪，对于具有不断增长的规模和复杂性的项目的测量，控制和运行动态应用至关重要。确定施工资源在时间基础上的位置，考虑到不同项目的规模，复杂性和动态性质，技术创新面临着不同的挑战。最先进的传感器和自动数据采集技术有望提高施工生产率和安全管理自动定位和跟踪系统提供 施工经理及时准确地获取船员和材料的最新状态信息。 对建筑行业地理位置感知系统和服务越来越感兴趣导致了射频（RF）技术的广泛应用，包括全球定位系统（GPS）和无线电 频率识别（RFID）。RF技术在建设中的定位和跟踪的以前的研究和工业应用主要限于户外开放。然而，建筑项目管理（如安全检查，进度监测和作业成本计算）的关键功能还需要在室内或部分覆盖的环境（例如工业加工店，建筑工地和地下隧道）中获取位置资源信息。传统RF技术和定位方法的应用受到一系列障碍的阻碍，包括信号传播的严重多径效应，视距不足和环境干扰。例如，当金属结构，混凝土和水平方向时，FRIDtags和读取器之间的通信距离显着减小;由于卫星信号和多路径效应的阻塞，基于GPS的定位系统的性能基本上是固定的，因此阻塞了动态建筑物得出结论，在建筑工地的永久结构和临时设施的存在下，多径误差与卫星信号的失真和失真相关。
室内本地化研究工作在建筑工程和管理方面迅速发展。 罗等人通过分析来自通信的接收强度（RSS）数据，研究了开发具有成本效益的定位解决方案的可能性。RSS定位方法可以轻松，低成本地在现场设计和部署。 缺点是，这种方法几乎不能在特定的施工应用（的需要下实现足够的定位精度和可靠性。例如，跟踪隧道内工作人员的位置可以防止致命的事故。 在这种情况下，与基于RSS的方法相关的高延迟和不可靠的本地化将损害应用RF相关技术的价值和益处。
尽管新技术和应用研究取得了进步，但目前在建筑应用中部分封闭或室内环境资源跟踪的做法仍然主要依靠手工方法，这些方法通常在数据处理和分析过程中容易出错，耗时。记录，报告和转移生产力数据的不确定性和不合理性在降低项目交付绩效的同时，并没有使差异化产品性提高，而是增加了成本。 基于收到的射频信号强度开发定位和跟踪的成本有效的方法，希望利用在建筑中应用新技术的全部潜力本研究的目的是确定在室内应用环境中应用基于RSS的方法的可行性：是否可以实现高可靠性（95％的时间）的1-2位置精度。这通常被认为是建筑材料和劳动力跟踪和现场生产力确定的足够的定位性能。在本文的其余部分，首先，我们将常用的基于RSS的定位架构分类为室内定位，其基本上代表了用于确定移动传感器位置的基本方法。
节点（称为“标签”）通过处理从多产品多核聚焦（被称为“钉”）接收到的RSS。标签和钉是无线连接的，并通过某些无线电频率传送RSS数据，基本上形成无线传感器网络（WSN）。这为在相对动态和恶劣环境下的施工应用提供了优势，例如部署和易扩展性，低成本和运行可靠性。接下来，通过室内停车场的实验进行说明，我们对比了计算程序（i）通常应用的排列方法和基本的几何三边定位算法;和（ii）最近开发的RSS补充方法，旨在通过不需要直接确定感官的方式来限制RS调整方法。基于在停车场进行的实验，证实了通过RS排列方法可以实现的定位性能远远低于RSS补充方法。具有95％的可能性，RSS提供方法的定位误差小于2.14m。通过实际应用，在应用RSS补充方法之前，添加了一种预处理RSS数据的盲流滤波算法（Kalman filtering），以试图提升在动态，噪音丰富的室内环境在现实世界中。这已经基于在管芯制造车间进行的进一步的实验验证：可以获得具有95％概率的与跟踪标签的实际位置相距1-2m的一致的定位精度。最后，我们讨论（i）在动态设置中更新RSS资料数据的重要性，以保持准确性，以及（ii）简化点对点网格和peg传感器部署，以确保简化和成本效益，以实现所提出的RSS辅助方法室内定位跟踪在施工中的应用。这确实揭示了随机研究的机会，关于自动化和优化的RSS提要方法。
第2章 室内定位技术和方法概述
2.1 室内定位应用于施工
Ekahau是一种依靠无线局域网（WLAN）基础设施（如WiFi）的专有技术，实现了2种安全测试环境的定位准确性。 超宽带（UWB）技术具有较高的免疫力和干扰度，因此能够更高的定位对象的精度。提出了实现技术定位和跟踪建设资源的技术。 作为机器人性能评估的一部分，Khoury和Kamat使用基于UWB的定位系统进行了室内实验，可以实现10到50cm的安全性环境。 在缺点方面，UWB技术仍然是昂贵的，同时需要通信视线和密集的接收机网络，从而实现了完全嵌入和动态构建环境
通过组合从无线传感器模块（ZigBee）和超声波接收的射频信号来实现定位和跟踪方法，旨在为施工应用提供可接受的测量精度。然而，超声定位具有固有的缺点，包括视线要求，多路径，高成本和功耗;这些因素阻止了提出的方法应用于复杂的建构环境。通过集成RFID和基于ZigBee的传感器网络的混合方法也被应用于材料跟踪和供应链管理.RigIDtags用于识别各种材料，而Zigbee通信技术被用于无线传输该信息.Tensestudies被认为是无线传感器网络（ZigBeebeingthemostpopularcommercialsolution）提供有效的基础设施，可实现便宜的无线通信网络，同时呈现建议应用中的直接网络能力。
2.2本地化方法的分类
一般来说，基于RF的定位算法可以分为三类：（i）基于测距，（ii）无测距和（iii）基于优点的定位算法。 不管应用的算法如何，定位过程可以分为两个阶段：信号测量和位置计算。 在第一阶段，RF信号在通信设备之间传输。在此过程中，捕获这些信号的属性，例如到达时间，信号强度常用的室内定位技术是基于排队，其中获得了双重对角关系。通过距离测量，可以采用互补几何方法，如经典三边测量方法，用于定位目标。在定位的基础上，使用各种测量方法来估计不同传感器节点之间的欧几里得距离，例如角度（AOA），时间差（TOA），时间差异（TDOA）和接收信号强度（RSS）。然而，AOA，TOA和TDOA方法在很大程度上取决于视线通信，并且需要昂贵和定制的基础设施。在以前的研究中，大多数定位系统依赖于基于RSS的技术，由于所需硬件的简单性和低成本。不可思议的是，RSS数据与距离测量的相关性可能很弱，这在室内应用中更常见。或行进方向。 在第二阶段，根据第一阶段获得的处理参数参数确定的位置。
无远距离本地化方法提供了一种简化的基于热电偶基于大尺度传感器网络的方法。 无测距算法依靠接近感测或连通性信息来估计节点位置。这些基本原理在传感器的传播范围内传播，定义了两个传感器之间的接近约束。 这种约束可以用于本地化。随着在设置中部署大型，相对密集的传感器网络，本地化问题可以通过无测距方法轻松解决，从而导致位置估计
基于RSS专用的定位技术将位置与RSS数据直接相关，以便减轻估计范围的环境不可靠性的影响。RSS建立方法首先开发了定位区域中无线电信号强度行为的映射。 该地图是通过预先收集的测量或在线使用嗅探设备构建的，这些设备是放置在具有已知位置的位置的标签传感器节点。 该地图代表正在调查的当地的RSS的“特设”空间分布模型。RSS映射模型存储在驻留在中央服务器上的数据库中。 通过引用RSSmapping模型，可以通过将由移动终端测量获取的RSS测量值与已知坐标的预测点进行比较来估计移动终端（标签）的位置。
尽管基于RSS的本地化方法在室内环境中进行了广泛的测试，但据我们所知，施工应用环境中的特征辐射行为和应用RSSmapping模型尚未得到报道。在接下来的两个部分中，RSS测距方法加上基于三边形的定位算法和RSS补充
计算机科学领域最近提出的方法与计算实例进行了对比，并用图示示例。在建筑工地环境中应用这两种方法的可行性进行了具体的评估和比较。此外，管道卷轴制造车间是建筑中的真实室内应用设置。本研究的目的是为了在跟踪制造车间内的管线轴的情况下，根据需要确定定位和跟踪资源的有效方法，并具有足够的定位精度和可靠性。以成本和自动化为目标，将根据建立健康的定位方法进行研究。
第3章 RSS范围和三边形定位方法
射频发射与发射机和接收机之间的距离衰减，这可以通过无线设备提供的RSS值来补偿。这种衰减也称为路径损耗，可以建模以估计发射器和接收器之间的距离。 室内传播模式（通常称为国际电联模型）（国际电联是联合国信息和通信技术专门机构的国际电信联盟的缩写），根据下列方程式估计路径损失和“敌对”不确定环境:
L=20log10(f) Nlog10(d) Lf(n)-147.56
其中f是无线电信号的频率，d是在两个设备之间确定的距离，N是距离功率损耗系数，Lf（n）表示当线路的距离时可以省略的穿透损耗因子，视线传输是可用的。值得注意的是，N对于施工环境是未知的，只能根据在特定工地收集的实际数据来确定。然后，距离d处的接收信号强度指数（RSSI）可以计算为:
RSSI=RSSI0-L
其中RSSI0是在参考距离d0处测量的RSS值。 通常，d0固定为1 m的常数。 因此，距离计算为:
d=10
根据第一阶段测量的距离和多个桩的已知坐标，第二阶段着重于位置计算。通常应用多边形算法。多边测量使用距离几个非并置的非共线发射机的估计距离来确定感兴趣设备的位置。当使用三个发射机时，称为三边测量，如图3所示。该距离用于在该区域的每个发射器周围绘制一个圆（图1）。因此，移动节点位于三个圆的交点处。在理想的情况下（即没有褪色和没有阴影），这个方法发现，在图3所示的三个圆圈的交点处的解决方案是非解决方案。1A。实际上，三个圈子在一个点上可能不相交，也不会与RSAranging相关建模重叠。因此，如图1所示1b，最优定位结果通常通过最小二乘估计（LSE）的数学技术来确定。
图1.基于三角测量的定位为（a）一个唯一点（b）可能的区域
假设三个参考节点的坐标为A（x1，y1），B（x2，y2）和C（x3，y3），和相应的距离每个参考节点的目标节点为d1，d2和d3; 我们可以得到以下等式。
其中（x，y）表示目标的未知坐标。
采用RSS测距方法结合三重选择方法，进一步通过实验验证实例。 图2示出了12mtimes;9m的测试布局，其中角上的实心方格表示桩，中间的圆圈表示位（3,1）m处的标签。 我们假设标签的位置是未知的，需要确定。 根据等式 （1），经校准的经验国际电联模型用于测试可以重写为等式（8）。
图2. RSS测距方法的实验布局和节点分布。
第4章 基于RSS专业的定位技术
一种定位技术，结合无范围的方法和通过Hutchetal的RSS profling method was proposed by（2009）。本地化过程包括RSS阶段和位置计算两个阶段。被跟踪的标签周期性地发射射频分组。在补充阶段，标签位于预定的已知位置，称为补充点。所有的钉子可以“听到”标签发送的射频包，然后将报告转发到中央服务器，包括其钉ID，标签ID和测量的RSS。服务器维护一个RSS读数据库，格式为lt;C；gt;，其中C代表采样点的已知坐标，代表在该采样点对应于所有钉的RSS值集合。在本地化阶段，跟踪标签的位置是根据补充点的信息进行估计的。服务器将标签的所有RSS比较与每个投放点上注册的RSS进行比较。假设？是从跟踪标签获得的一组RSS值，跟踪点与特定点之间的距离由等式（14）确定。
其中网络中的总线数。 下一步是选择任意数量k，具有距离曲线的小距离值的补充样本，其代表最佳匹配的一组补偿点。 随后，对所选样本的坐标进行平均以产生标签的估计坐标。 平均公式以选定样本的方式偏置，使得具有较小距离的样本以比例较大的权重称重。 假设Dmax是最大距离的最大值。
与基于RSS测距的方法相比，所提出的基于资源的方法比较了跟踪点与自适应点之间的RSS差异，而不是使用标签和钉头之间的欧氏距离。 还有一点值得一提的是，目前的系统设计最适合于在二维域上定位的问题。 然而，在整个物理空间中，它可以在3-Dapplications by deploying的钉和填充点，而所有的钉和补充点不一定位于单个平面上。 例如，一旦建立了钉头，并且参考点在不同的流程中得到了证实，系统就可以确定跟踪的标签所在的确切位置。 因此，特定区域的特定区域可以用相关栓钉的一组独特的测量信号强度来识别。基于R
全文共10087字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[144602]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
