戴波，李志超,，劉學(xué)君，呂昕,，楊光（北京石油化工學(xué)院信息工程學(xué)院，北京067；北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京0009）

?

基于泰森多邊形的UWB?；范讯鈧}(cāng)儲(chǔ)貨物定位技術(shù)

戴波1，李志超1,2，劉學(xué)君1，呂昕1,2，楊光1
（1北京石油化工學(xué)院信息工程學(xué)院，北京102617；2北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100029）

摘要：目前我國(guó)?；穫}(cāng)儲(chǔ)多采用碼垛堆放的存儲(chǔ)方式，對(duì)于垛距、墻距、頂距、柱距等缺少有效的技術(shù)監(jiān)管手段。在現(xiàn)有的定位技術(shù)中，UWB技術(shù)可以較好地監(jiān)測(cè)貨物碼垛位置，但其精度仍無(wú)法滿足當(dāng)前監(jiān)管要求。利用UWB定位技術(shù)監(jiān)測(cè)?；穫}(cāng)儲(chǔ)中貨物的碼垛位置，并從UWB技術(shù)的定位原理和影響定位精度的主要因素出發(fā)，結(jié)合危化品碼垛倉(cāng)儲(chǔ)的特點(diǎn)，提出泰森多邊形矢量校正法，對(duì)危化品倉(cāng)儲(chǔ)貨物進(jìn)行更加精準(zhǔn)的定位。實(shí)驗(yàn)證明，泰森多邊形矢量校正法能夠有效提高UWB定位精度，適用于?；穫}(cāng)儲(chǔ)的貨物定位和監(jiān)管。

關(guān)鍵詞：危化品倉(cāng)儲(chǔ)；安全；UWB技術(shù)；算法；TOA估計(jì)；控制

2015-12-03收到初稿，2015-12-14收到修改稿。聯(lián)系人及第一作者：戴波（1962—），男，教授?；痦?xiàng)目：北京市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局項(xiàng)目。

引 言

危險(xiǎn)化學(xué)品不同于一般貨物，因具有易燃性、毒性、腐蝕性等特點(diǎn)[1]，其存儲(chǔ)對(duì)倉(cāng)庫(kù)選址、庫(kù)內(nèi)碼垛方式、墻距、貨距、溫度、濕度等都有嚴(yán)格要求。目前，我國(guó)大部分?；穫}(cāng)庫(kù)還停留在低水平、低層次、人工操作的水平，庫(kù)房大都采用碼垛堆放的存儲(chǔ)方式，企業(yè)對(duì)倉(cāng)庫(kù)碼垛方式和安全預(yù)警自行布置，缺少有效的技術(shù)監(jiān)管。要滿足傳統(tǒng)碼垛式?；穫}(cāng)庫(kù)在利用率、貨距、墻距、監(jiān)控等方面的需求，并準(zhǔn)確掌握倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)貨物的位置信息，就需要通過(guò)現(xiàn)代室內(nèi)定位技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

隨著定位技術(shù)的不斷發(fā)展，各種無(wú)線定位技術(shù)需要逐步滿足定位精度高、抗干擾能力強(qiáng)、發(fā)射功率及能耗低等條件[2]。在危化品倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中，還要求定位系統(tǒng)具有分米級(jí)甚至厘米級(jí)別的定位精度，因?yàn)橄鄬?duì)于普通貨物倉(cāng)儲(chǔ)，?；穫}(cāng)儲(chǔ)對(duì)貨物間距要求更為嚴(yán)格。我國(guó)《常用危險(xiǎn)化學(xué)品貯存通則》對(duì)?；焚A存的五距給出了明確的規(guī)定：隔開(kāi)貯存、隔離貯存和分離貯存的垛距、墻距限制為0.3～0.5 m。目前傳統(tǒng)技術(shù)并不能很好地滿足這些要求，而超寬帶（UWB，ultra-wide band）技術(shù)就可以相對(duì)容易地進(jìn)行室內(nèi)精確定位[3]，更加適合于?；穫}(cāng)儲(chǔ)環(huán)境。但UWB定位系統(tǒng)在遮擋物較多的非視距（NLOS，non-line of sight）環(huán)境中，性能會(huì)明顯惡化[4]。當(dāng)UWB系統(tǒng)在?；穫}(cāng)庫(kù)中工作時(shí)，會(huì)受到遮擋和干擾，定位出現(xiàn)偏離真實(shí)坐標(biāo)的情況，加大定位誤差。針對(duì)此類問(wèn)題，對(duì)UWB技術(shù)的定位原理和定位誤差進(jìn)行分析，提出了一種基于泰森多邊形矢量校正法的UWB?；范讯鈧}(cāng)儲(chǔ)定位技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，該方法可有效提高?；穫}(cāng)儲(chǔ)中堆垛貨物的定位精度，適用于?；穫}(cāng)儲(chǔ)的貨物定位監(jiān)管。

1 UWB定位誤差分析

1.1 UWB定位誤差

超寬帶（UWB）是一種無(wú)載波通信技術(shù),它利用納秒至皮秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),因此所占的頻譜范圍很寬[5]。目前最主要的UWB定位技術(shù)方法為基于到達(dá)角度（AOA，angle of arrival）的估計(jì)算法和基于到達(dá)時(shí)間（TOA/TDOA，time/time difference of arrival）的估計(jì)算法。其中AOA方法通過(guò)角度信息獲得信號(hào)收發(fā)兩端的方位來(lái)完成定位，其接收節(jié)點(diǎn)通過(guò)天線陣列感知發(fā)射節(jié)點(diǎn)信號(hào)的到達(dá)方向，計(jì)算出接收節(jié)點(diǎn)和發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)方位[6]。AOA定位精度有限，而且天線陣列和波束賦形技術(shù)的使用會(huì)增加功耗、硬件尺寸和成本。目前使用天線陣時(shí)域平滑的方法，可將AOA精度提升到3°左右[7]，但仍難滿足高精度定位的要求。TOA/TDOA方法利用信號(hào)收發(fā)兩端的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，可以通過(guò)對(duì)UWB接收信號(hào)的多徑檢測(cè)或參數(shù)估計(jì)的方式求得。由于UWB信號(hào)具有良好的時(shí)間分辨率，TOA/TDOA估計(jì)方法能很好利用這一特性，因而理論上能獲得更高的定位精度[8]。相比而言，TOA/TDOA方法在功耗需求上小于AOA方法，且AOA方法不適用于經(jīng)過(guò)強(qiáng)反射的多徑UWB信號(hào)。由此可見(jiàn)，UWB定位技術(shù)的關(guān)鍵是TOA/TDOA技術(shù)的研究應(yīng)用。

在目前的TOA估計(jì)方法中多徑檢測(cè)是最為常用的方法，因?yàn)橹鄙渎窂剑―P，direct path）總是多徑信號(hào)中最先到達(dá)的，檢測(cè)多徑分量中的DP來(lái)確定收發(fā)兩端的TOA，是最為認(rèn)可的和最為合理的方式[9]。UWB定位誤差來(lái)源主要有兩方面：其一是UWB信號(hào)的多徑效應(yīng)，因?yàn)槠渌鄰匠煞謺?huì)干擾到DP的檢測(cè)；其二是UWB信號(hào)的非視距傳播[10]。因此UWB定位誤差就轉(zhuǎn)變?yōu)镈P的檢測(cè)問(wèn)題和NLOS環(huán)境下的定位問(wèn)題。在視距（LOS，line of sight）環(huán)境下，DP就是多徑成分中的最強(qiáng)路徑（SP，strongest path），通過(guò)檢測(cè)SP即可找到DP；但是在NLOS環(huán)境中，DP往往不再是SP，進(jìn)一步增大了DP檢測(cè)的難度[11]。

如何解決DP的檢測(cè)和非視距傳播問(wèn)題，一直是學(xué)者研究的重要課題。文獻(xiàn)[12]最早對(duì)相干TOA估計(jì)算法進(jìn)行研究，提出了基于CLEAN算法的循環(huán)相關(guān)DP檢測(cè)算法，該算法的精確度較高，但由于大量的單徑幅值估計(jì)及校正計(jì)算，使得該算法收斂速度很慢。文獻(xiàn)[13]提出了三階累計(jì)量方法，直接從匹配濾波中提取DP，利用匹配濾波輸出的峰值位置來(lái)計(jì)算DP時(shí)延，但算法僅適用于LOS環(huán)境。文獻(xiàn)[14]提出了一種基于匹配濾波的輸出門(mén)限檢測(cè)的三步走TOA估計(jì)算法，運(yùn)算量適中，但卻犧牲了定位精度。

由于UWB單一定位的局限性，文獻(xiàn)[15-16]提出了TOA與AOA結(jié)合的測(cè)距方法，單一的TOA方法得到的是笛卡兒坐標(biāo)系下的距離信息，至少需要3個(gè)參考節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)定位，而TOA與AOA結(jié)合測(cè)距算法，等效于將節(jié)點(diǎn)置于極坐標(biāo)系下，如果能得到距離和角度信息，則最少需要一個(gè)節(jié)點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)定位。

目前的改進(jìn)算法雖然很多，但由于實(shí)際環(huán)境中總會(huì)存在遮擋，在多徑干擾和非視距環(huán)境中，DP檢測(cè)的準(zhǔn)確度會(huì)受到影響，改進(jìn)的檢測(cè)DP算法仍存在局限性；使用TOA和AOA聯(lián)合定位雖然能提高定位精度，但在嚴(yán)重的非視距條件下，定位誤差依然很大[17]。為此，近幾年很多文獻(xiàn)將協(xié)同定位作為進(jìn)一步提升定位精度的手段，進(jìn)行了卓有成效的研究。UWB協(xié)同定位就是利用各節(jié)點(diǎn)間定位參數(shù)、狀態(tài)更新、位置解算在定位系統(tǒng)的交互關(guān)系，得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位信息。其中文獻(xiàn)[18]提出SPAWN算法并使用因子圖建立網(wǎng)絡(luò)模型；文獻(xiàn)[19]討論了協(xié)同定位的應(yīng)用與性能限制因素。利用協(xié)同定位的思想是在非視距條件下進(jìn)一步提高定位精度的較好選擇。

1.2 定位誤差分析

UWB不使用載波，直接進(jìn)行基帶傳輸[20]，經(jīng)過(guò)多徑傳播，接收端信號(hào)表示為

式中，Pmp(t)為單個(gè)脈沖經(jīng)由多徑傳播之后的接收信號(hào)；P(t)為單位能量的單徑脈沖波形；ai和τi分別為單徑幅度增益和到達(dá)時(shí)間；j為幀序號(hào)；Tf為幀周期；Tc為碼片持續(xù)時(shí)間；cj為跳時(shí)序列；dj為隨機(jī)極性序列，dj∈{± 1}；n(t)為均值為零，雙邊功率譜密度N0/2和方差為2σ的高斯白噪聲。

因?yàn)門(mén)OA估計(jì)算法的定位是通過(guò)測(cè)量UWB信號(hào)從發(fā)射端到接收端的時(shí)間差來(lái)完成的，未知節(jié)點(diǎn)的真實(shí)值和估計(jì)值之間的偏移都可以歸結(jié)為信號(hào)時(shí)延估計(jì)（TOF，time of flight）。忽略時(shí)間抖動(dòng)帶來(lái)的影響，TOF估計(jì)可以簡(jiǎn)單表示為

式中，c為光速；PRT、PUN分別為接收端和未知節(jié)點(diǎn)UN位置；e為誤差；eMP、eNLOS分別表示相互獨(dú)立的多徑誤差和非視距誤差。

多徑傳播中會(huì)使信號(hào)中直達(dá)分量的衰減因子變?yōu)閺?fù)高斯隨機(jī)變量，導(dǎo)致DP和SP被延遲檢測(cè)或誤檢。根據(jù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，歸一化多徑誤差γMP可建模成高斯分布

式中，μMP、δMP為γMP的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。引入對(duì)數(shù)距離因子lg(1+d)，則eMP可表示為

非視距傳播中由于遮擋，DP信號(hào)衰減大，脈沖會(huì)引入附加時(shí)延，文獻(xiàn)[21]中通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出非視距誤差符合指數(shù)分布規(guī)律

式中，μN(yùn)LOS為指數(shù)分布均值。在非視距環(huán)境中，由于附加時(shí)延因素，DP檢測(cè)總會(huì)存在延遲，eNLOS常表現(xiàn)為正偏差。

非視距環(huán)境下，上述公式中eMP和eNLOS總會(huì)存在并導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差，因此采用參考節(jié)點(diǎn)（RN，reference node）與參考節(jié)點(diǎn)的協(xié)同定位方式是較好的解決方法。其基本思想是進(jìn)行位置解算時(shí)以某個(gè)RN作為主站來(lái)處理各個(gè)相鄰從站RN測(cè)得的定位信息。如果主站位置信息準(zhǔn)確，主站與從站關(guān)系確定，可以有效修正和補(bǔ)償從站位置信息，減小定位誤差。此時(shí)誤差可以表示為

式中，eβ為補(bǔ)償誤差。

2 基于泰森多邊形矢量校正法的UWB定位研究

2.1 基于泰森多邊形的誤差分析

泰森多邊形法，又稱為垂直平分法或加權(quán)平均法，最早是由荷蘭氣候?qū)W家A.H.Thiessen提出的根據(jù)不規(guī)則分布?xì)庀笳窘涤炅縼?lái)計(jì)算平均降雨量的方法，是用空間內(nèi)某一點(diǎn)來(lái)代替相鄰區(qū)域的整體趨勢(shì)或平均值的一種數(shù)學(xué)方法。為解決多徑干擾和非視距環(huán)境中UWB定位誤差較大的問(wèn)題，基于協(xié)同定位的思想，提出一種泰森多邊形矢量校正算法。根據(jù)UWB定位原理，距離相近的UWB標(biāo)簽發(fā)出信號(hào)后會(huì)由相同的傳感器檢測(cè)并測(cè)距，DP檢測(cè)、信道環(huán)境及其TOA估計(jì)算法相同，導(dǎo)致其誤差和坐標(biāo)偏離趨勢(shì)相似。因此，可以采用RN與RN的協(xié)同定位方式，即進(jìn)行位置測(cè)算時(shí)，以某個(gè)RN作為主站，其余從屬RN有著類似主站的屬性，這樣的RN設(shè)置有利于整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的控制或建立多跳結(jié)構(gòu)。又因?yàn)槎鄰秸`差符合高斯分布模型，因此任意一個(gè)標(biāo)簽的平均誤差和偏移矢量可以反映出其相鄰區(qū)域的整體趨勢(shì)。所以，可以通過(guò)某一標(biāo)簽（主站）的測(cè)量位置與實(shí)際位置的矢量差來(lái)替代其周圍區(qū)域的所有標(biāo)簽的偏移矢量趨勢(shì)，將偏移矢量補(bǔ)償給相鄰的待測(cè)的標(biāo)簽，從而克服信號(hào)衰減帶來(lái)的影響，減少偏移誤差，提高定位精度。而所能替代的周圍區(qū)域的具體范圍大小就需要利用泰森多邊形法計(jì)算出來(lái)。

泰森多邊形法中，為了降低信道的噪聲干擾，提高信噪比，會(huì)將每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)在時(shí)間Tf上求平均，由式（1）知，對(duì)N個(gè)脈沖做平均運(yùn)算得到的平均信號(hào)表示為

其中，nN(t)為n(t)的N次平均，其方差減小為σ2/N。將ravg(t)與本地模板信號(hào)做相關(guān)處理，得到

其對(duì)應(yīng)的時(shí)延和幅值分別為τpeak和apeak。在無(wú)多徑視距的情況下，最強(qiáng)徑通常為DP，此時(shí)τpeak=τTOA，對(duì)信號(hào)求平均值降低了噪聲，可以在一定程度上提高TOA估計(jì)精度。在多徑通道中，多徑誤差符合高斯分布，對(duì)信號(hào)取平均值能夠減小誤差。

不考慮由TOA檢測(cè)算法帶來(lái)的誤差，即假設(shè)門(mén)限TOA已經(jīng)估計(jì)出了首條檢測(cè)徑（FTD，first detected path），式（4）中e可以表示如下

式中，τFDP為對(duì)接收信號(hào)中的DP相干TOA估計(jì)；τD為收發(fā)節(jié)點(diǎn)間直線距離的傳播時(shí)延。泰森多邊形矢量校正法將偏移矢量補(bǔ)償給相鄰的待測(cè)的標(biāo)簽，對(duì)誤差e進(jìn)行補(bǔ)償，從而減小誤差

式中，τβ為泰森多邊形矢量法等效的補(bǔ)償因子。

2.2 泰森多邊形矢量校正算法

為分析研究危化品堆垛倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中UWB定位性能，依托英國(guó)Ubisense7000 UWB定位系統(tǒng)，搭建了模擬?；范讯鈧}(cāng)儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。Ubisense7000系統(tǒng)由位置固定的傳感器、UWB標(biāo)簽和綜合軟件平臺(tái)構(gòu)成。如圖1所示，Ubisense7000系統(tǒng)工作時(shí)，首先由標(biāo)簽向傳感器發(fā)射UWB脈沖信號(hào)，傳感器接收信號(hào)后，通過(guò)軟件平臺(tái)計(jì)算信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差（TDOA）和信號(hào)的到達(dá)角度（AOA），確定出標(biāo)簽的位置。將UWB標(biāo)簽附著在需要監(jiān)測(cè)的?；坟浳锷希憧蓮能浖脚_(tái)一端實(shí)現(xiàn)對(duì)其的定位和監(jiān)管。如果將定位信息與貨物尺寸信息結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)碼垛堆放貨物的三維重構(gòu)，真實(shí)地還原其在倉(cāng)庫(kù)的位置、狀態(tài)、間距等，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化倉(cāng)儲(chǔ)的監(jiān)管。實(shí)驗(yàn)室模擬的?；范讯鈧}(cāng)儲(chǔ)環(huán)境存在金屬鐵柜和金屬方桌遮擋，導(dǎo)致UWB非視距傳播，定位誤差較大。

以O(shè)為原點(diǎn)建立參考坐標(biāo)系，因?yàn)閁bisense7000系統(tǒng)的定位精度為0.15 m左右，所以建立的泰森多邊形不應(yīng)過(guò)小。為簡(jiǎn)便計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)將隨機(jī)點(diǎn)間隔定為0.6 m，隨機(jī)點(diǎn)坐標(biāo)為：(0.6, 0.6) (1.2, 0.6) (1.8, 0.6) (2.4,0.6) (3.0, 0.6) (3.6, 0.6) (0.6, 1.2) (1.2, 1.2) (1.8, 1.2) (2.4, 1.2) (3.0, 1.2) (3.6, 1.2) (0.6, 1.8) (1.2, 1.8) (1.8, 1.8) (2.4, 1.8) (3.0, 1.8) (3.6, 1.8) (0.6, 2.4) (1.2, 2.4) (1.8, 2.4) (2.4, 2.4) (3.0, 2.4) (3.6, 2.4) (0.6, 3.0) (1.2, 3.0) (1.8, 3.0) (2.4, 3.0) (3.0, 3.0) (3.6, 3.0) (0.6, 3.6) (1.2, 3.6) (1.8, 3.6) (2.4, 3.6) (3.0, 3.6) (3.6, 3.6)。

圖1 Ubisense7000 UWB定位實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.1 UWB Positioning experiment platform of Ubisense7000

將相鄰各隨機(jī)點(diǎn)連接形成三角形，作各邊的垂直平分線，若干的垂直平分線便圍成一個(gè)多邊形，即泰森多邊形。本實(shí)驗(yàn)得到的泰森多邊形為規(guī)則矩形，將泰森多邊形包含的唯一點(diǎn)設(shè)為參考點(diǎn)，如圖2所示，其中每一個(gè)由虛線圍成的矩形就是一個(gè)泰森多邊形，矩形內(nèi)的紅色十字為參考點(diǎn)。根據(jù)UWB定位原理，距離相近的UWB標(biāo)簽發(fā)出信號(hào)后會(huì)由相同的傳感器檢測(cè)并測(cè)距，DP檢測(cè)、信道環(huán)境及其TOA估計(jì)算法相同，導(dǎo)致其誤差和坐標(biāo)偏離趨勢(shì)相似，可用其中某一點(diǎn)的偏移量代表附近的偏移趨勢(shì)。根據(jù)泰森多邊形原理可知，此時(shí)泰森多邊形包含的唯一點(diǎn)（參考點(diǎn)）即可代表此矩形內(nèi)其他標(biāo)簽的偏移趨勢(shì)。在參考點(diǎn)處放置UWB標(biāo)簽，并記錄參考點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)與參考點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)（文中坐標(biāo)值均采用多次測(cè)量的平均值），參考點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)與真實(shí)坐標(biāo)之差記為誤差矢量Am，待測(cè)點(diǎn)的誤差，就可由Am近似替代。再將待測(cè)貨物（待測(cè)點(diǎn)）附著UWB標(biāo)簽置于坐標(biāo)系中，記錄待測(cè)點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)，如圖2所示。

設(shè)參考點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)為OPm、參考點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)為ONm、待測(cè)點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)為誤差矢量計(jì)算方法為：各點(diǎn)坐標(biāo)和誤差矢量見(jiàn)表1。

將待測(cè)點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)（校正前）記為OQm，待測(cè)點(diǎn)校正后坐標(biāo)為采用此方法計(jì)算待測(cè)點(diǎn)的校正前后坐標(biāo)，并與待測(cè)點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)進(jìn)行位置對(duì)比，如圖3所示。

由圖3中可見(jiàn)，采用泰森多邊形法校正后，各個(gè)待測(cè)貨物的定位精度均有所提升。為了驗(yàn)證定位精度提升的具體效果，將校正前后的待測(cè)點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)到其真實(shí)坐標(biāo)的距離進(jìn)行對(duì)比，待測(cè)點(diǎn)校正前到實(shí)際值的坐標(biāo)距離為|OQ?OR|，待測(cè)點(diǎn)校正后到實(shí)際值的坐標(biāo)距離為|OQ′?OR|，具體數(shù)值見(jiàn)表2。

表1 各點(diǎn)坐標(biāo)情況Table 1 Coordinates of each point

為了驗(yàn)證本算法，在上述25個(gè)泰森多邊形中每個(gè)隨機(jī)選擇8個(gè)位置放置UWB標(biāo)簽進(jìn)行上述試驗(yàn)，得到驗(yàn)證各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表2 各待測(cè)點(diǎn)校正前后對(duì)比Table 2 Comparison of tested points before and after correction

表3 驗(yàn)證各組校正前后對(duì)比Table 3 Comparison of other points before and after correction

圖4 驗(yàn)證組定位精度提升值曲線圖Fig.4 Diagram of improved positioning accuracy

以各待測(cè)點(diǎn)序號(hào)為X軸，各組定位精度提升的距離為Y軸，將200個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)，得到各組定位精度提升曲線圖，如圖4所示。

3 結(jié) 論

UWB室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代?；穫}(cāng)儲(chǔ)的建設(shè)和監(jiān)管有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文提出建設(shè)基于現(xiàn)代信息技術(shù)的危化品倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)UWB定位技術(shù)

手段實(shí)現(xiàn)對(duì)危化品倉(cāng)儲(chǔ)的監(jiān)管。從UWB定位的原理及其影響定位精度的因素著手，提出了泰森多邊形矢量校正法，并依托Ubisense7000 UWB定位系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，表明該方法能有效改善危化品倉(cāng)儲(chǔ)堆垛貨物的定位精度，實(shí)現(xiàn)?；范讯鈧}(cāng)儲(chǔ)的貨物的有效監(jiān)管。

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研究論文

Received date: 2015-12-03.

Foundation item: supported by the Beijing Administration of Work Safety.

UWB location technology of hazardous chemicals stacking storage based on Thiessen polygon

DAI Bo1, LI Zhichao1,2, LIU Xuejun1, Lü Xin1,2, YANG Guang1
(1College of Information Engineering, Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China;2College of Information Science & Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)

Abstract:Currently, domestic hazardous chemicals tend to be stacked in the warehouse without effective methods of monitoring stacking distance, distance from the wall, zenith distance and column spacing. Compared with other positioning technology, UWB technology can get a relatively accurate position of goods, but not accurate enough to meet the existing regulatory requirements. Combining with storage characteristics of hazardous chemicals, the research analyses positioning principles and the main factors that affects positioning accuracy of UWB (ultra-wide band) technology and suggests to monitor positioning of hazardous chemicals in the warehouse by UWB technology. The Thiessen polygon vectors compensation method is proposed to improve the positioning accuracy of hazardous chemicals in the warehouse. It is proved by experiments that this method can effectively improve the positioning accuracy and is suitable for the positioning and monitoring of hazardous chemicals.

Key words:hazardous chemicals; safety; UWB; algorithm; TOA estimation; control

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151828

中圖分類號(hào)：TN 98

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0438—1157（2016）03—0878—07

Corresponding author:Prof. DAI Bo, daibo@bipt.edu.cn