技术定位（共12篇）
技术定位 篇1
1 引言
随着人类经济的发展,发达的的交通运输、快速的城市化进程极大程度的方便了人们的生活,然而面对四通八达的道路、五花八门的指引标志和陌生的街道,人们对“基于位置信息”的需求越来越迫切。位置业务因此应运而生。与此同时,移动数据业务的迅猛发展和移动智能终端的演变创新,为位置业务的发展和应用的推出提供了相应的业务环境和应用载体,使得定位业务的个性化需求有条件得以实现,位置业务进入高速发展时期。
定位技术,在给人们生活带来极大便利的同时,也催生和发展了更多的应用。例如餐厅、旅馆、交通状况、电子地图、当地天气等实时地方信息的查询,基于特殊需求的车用/行人导航、人身安全、移动交友、移动游戏等增值服务。因此,低成本且高精度的定位技术,将具有广泛的应用。
2 定位技术介绍
在移动通信网络中,对移动终端的定位是通过检测移动终端和多个基站之间传播信号的参数如接收信号场强,传播时间或时间差,来波方向等进行测算,确定移动目标的几何位置。根据定位测算的方法、定位主体及采用设备的不同,定位技术分为三类:基于网络的定位技术、基于移动终端的定位技术、及基于终端-网络混合的定位技术[1]。
2.1 基于网络的定位技术
基于网络的定位技术是在网络端测算移动终端发送的信号,并进行相应的位置定位计算,是基于现有的移动通信网络实现的定位技术,这类定位系统通常也叫做反向链路定位系统[2]。其定位过程是由多个基站同时检测移动终端发射的信号,将各接收信号携带的某种与移动终端位置有关的特征信息送到信息处理中心进行处理,计算出移动终端的位置。
这类定位技术包含有基于小区识别信号(Cell-ID)的定位技术、基于上行链路信号到达时间(TOA)方法、上行链路信号到达时间差(TDOA)方法以及上行链路信号到达角度(AOA)方法等。
(1) 基于CELL-ID的定位技术
基于网络的CELL-ID定位技术是一种简单的定位技术,它不需要移动终端提供任何定位测量信息,也无须对现网进行改动,只需要在网络侧增加简单的定位流程处理,就可以向当前的移动用户提供自动定位业务,因此这种定位技术在移动网络中广泛应用。
CELL-ID定位技术的原理,是通过获取目标手机所在的基站扇区CELL-ID传送给MSC(Mobile Switching Center),通过这个网络标识来确定目标所在的位置,提供给定位用户。通常,以所在基站扇区质心的经纬度来代表移动终端的位置,故其定位精度完全取决于移动终端所处蜂窝小区半径的大小。若是小区足够小,则CELL-ID定位技术的精度就比较高。一般在城市中,由于基站比较密集,CELL-ID定位技术能够满足对精度要求较低的定位服务需求。
CELL-ID定位技术的优点在于:对移动终端进行定位时,不用对移动终端和网络进行任何修改;与其它技术相比,该技术投资较少,定位响应时间较短,一般在3s以内。其缺点在于,定位精度取决于小区覆盖范围的大小,当小区覆盖不够紧密时定位精度不高。一般情况下,CELL-ID的定位精度为100m-1000m,尽管误差很大,但几乎不受任何环境条件限制,是目前较为经济而且最容易使用的定位方式。
(2) 基于到达时间(TOA)的定位技术
TOA(Time of Arrival)定位技术的基本原理是,通过测出信号从移动终端传播到多个基站的时间来确定移动终端的位置。其几何原理如图1,若信号从移动终端到第Ⅰ个基站的传播时间为T,传播速度为C,终端的位置坐标为(x0, y0), 基站位置 坐标为(x1, y1), 则移动终端必定处在以(x1, y1)为圆心,以CT为半径的圆上,其几何原理如图1。
根据几何原理,移动终端的二维位置坐标可由三个圆的相交点确定,从而确定(x0, y0)。
利用TOA技术进行定位需要时钟的精确同步,并且在信号中要包含发射时间戳,需要对网元做一定的修改,否则,时间误差会导致三个圆无法交汇,或交汇处不是一点而是一片区域,造成定位误差。相对于CELL-ID,TOA的定位精度较高。
(3) 基于到达时间差(TDOA)的定位技术
TDOA(Time Difference of Arrival)定位技术是通过检测信号到达两个基站的时间差,而不是到达的绝对时间来确定移动终端的位置,如图2。该方法降低了对时间的同步要求。通常有两种方法测量TDOA:一是将信号到达两个基站的时间(TOA)相减得到TDOA;二是将两个基站接收信号进行相关测量TDOA。移动终端位于以两个基站为焦点的双曲线上,确定移动终端的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程,双曲线的交点即为移动终端的二维位置坐标,其几何原理如图2。
移动终端与两个基站之间的距离不同,通过已知信号的传播速度和两个基站接收到信号时间差△t相乘,可确定待定位目标在以两个基站为焦点、距离差为v·△t双曲线上。
通过测量至少三个基站之间的信号到达时间差TDOA构成一组关于待定位移动终端坐标的双曲线方程组,求解该双曲线方程组可得到移动终端的估算位置。
由于这种定位技术不需要移动终端和基站之间保持同步,降低了同步要求,故在误差环境下性能相对优越。同时,还可以消除或减少在基站上由于信道产生的共同误差,因此可获得比TOA更高的定位精度。
2.2 基于终端的定位技术
基于终端的定位技术,又称为移动台自主定位技术,指移动终端利用接收到的信号进行位置估算进行终端定位,这类定位系统也叫做前向链路定位系统,其定位过程是由移动终端根据接收到的多个基站发射信号携带的某种与移动终端位置有关的特征信息(如场强、传播时间、时间差等)来确定其与各基站之间的几何位置关系,再根据有关算法对其自身位置进行定位估算。这类定位方法以GPS等技术为代表。通过在终端中集成GPS接收机模块,并改造手机天线,从而实现终端定位。GPS利用人造卫星发出的信号,根据三维坐标中的距离公式,通过三角测量法计算出GPS接收机的位置。考虑到卫星时钟与接收机时钟间的误差,实际上存在X、Y、Z和时钟差4个未知数,因而需要GPS搜索4颗卫星信号,形成4个方程式进行求解,从而计算分析出GPS接收机的经纬度和高度。算法如下:
GPS定位精度高,可达到5~15m,各项参数能够满足导航等高精度业务的需求。但对于独立的GPS接收机首次捕获卫星时间长导致从冷启动到进行初次定位需要较长的时间,不能保证紧急情况下的定位时间,无法满足一些紧急应用。同时,在室内和高层建筑遮挡的城市中因无法搜索到有用卫星不能提供有效的定位服务。
2.3 基于终端-网络混合的定位技术
A-GPS(Assisted GPS)技术是一种结合了基站信息和GPS信息对移动终端进行定位的技术,该技术通过利用移动网本身的粗定位功能,并由集成在移动终端上的GPS接收机和网络中的GPS辅助设备,利用GPS系统寻找卫星进行同步,从而实现快速、高精度的定位。
A-GPS定位技术,需要建立一个GPS参考网络,该参考网络和通信网络相连,实时提供相关的卫星信息,以提升GPS信号的第一锁定时间的快速反应能力。参考网络中的GPS接收器时刻连续搜索本空域中的GPS卫星,接收并向网络提供该位置相关的GPS辅助信息(包含GPS的星历、伪距、载波相位等导航数据),辅助信息经过封装、处理后被提供给位置业务平台,位置业务平台获取相关数据后,结合移动终端粗精度定位(一般通过CELL-ID定位)的位置,提供天文历书、GPS星历数据等GPS辅助参数至移动终端,终端利用GPS辅助参数完成对GPS卫星信号的伪距测量,从而计算出最终的位置信息。由于GPS辅助参数的利用,终端大大提高了对GPS卫星信号的捕获速度,并降低了对GPS卫星信号强度的要求,从而达到快速、高精度的定位要求。
该定位技术,需要在手机内增加GPS接收机模块,并改造手机天线,同时要在移动网络上加建位置服务器、差分GPS基准站等设备。最终位置信息是由终端计算还是由网络计算,A-GPS技术又分为以终端为主(MSB)、以终端为辅(MSA)的两种方式。MSB方式对终端的要求较高,需要终端有具有较强大的A-GPS功能模块,而MSA方式对终端A-GPS功能模块的要求较低,在导航等需实时计算位置信息的应用中,通常采用MSB方式。在室外等空旷地区,其精度在正常的GPS工作环境下,可达10m左右,但室内定位的问题目前仍然无法圆满解决。
从以上定位技术可以看出,随着定位精度的逐级提高,对网络和终端所进行的改动量也逐渐变大,需要在对现有网络做改造的基础上对终端做出改动,增加必要的软硬件设备等。针对特定应用对精度的要求,需要在付出代价与获得价值之间做出权衡与选择。从精度而言,没有最好的技术,只有最合适的技术。对以上每一种特定技术而言,在解决室内定位的需求上都有一定的局限性和不足之处。
3 室内定位介绍
室内定位,是指在室内环境中实现位置定位,主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系,从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。
近年来,随着无线电技术的发展和无线局域网技术的进步,人们对室内定位信息的需求也与日俱增,机场、展厅、写字楼、仓库、地下停车场等都需要使用准确的室内定位信息,借鉴成熟定位技术的架构方案,对可用空间和库存物资实现高效的管理。
室内定位技术发展有两个方向:广域室内定位技术和局域室内定位技术。广域室内定位技术是承载到广域网上实现广域覆盖,通常需要改造基站及手机芯片等设备模块,成本巨大、时间周期较长。局域室内定位技术,是承载到局域网中实现局部区域的覆盖,局域室内定位技术成本较低、周期短,具有代表的是Wi-Fi、蓝牙、RFID等定位方案,是目前商业化推广运作较好的选择方案。下文将主要探讨局域室内定位的几种技术。
3.1 室内定位系统
典型的室内定位系统由待定位节点(定位卡)、接收器、定位引擎等几个主要部分组成,待定位节点带有发射电路,附着在需要定位的个人或物体上,发射信号给接收器。接收器安装在建筑物的四周或者天花板上,通过无线通信的方式形成一个自组织网络系统,当待定位节点出现在定位区域时,接收器会获得相关信息。定位引擎处理各个接收器得到的数据,通过信号处理、数据融合对待定位节点进行定位。
室内定位引擎模块包含数据库、数据分析模块,用于存储、分析处理数据采集端上报的数据,包括:信息绑定、卡位置信息、设备链路信息、设备低电信息等,并将相关信息发送到定位卡中。定位卡周期性的发送信号,基站负责实时采集定位卡信息并上传网络,经数据分析模块分析定位卡的位置,实现定位。同时定位卡可以接收来自接收器下发的相关信息,如定位命令、广告信息等,当定位终端与手机相连时可以进行相应的显示。目前,超声波,红外线,超宽带,射频等技术,都可以进行室内定位。实现原理都是通过定位网络,根据接收到的信号参数,按照特定的算法对个人或者物体在某一时刻所处的位置进行测量。室内定位一般采用的典型的算法有基于型号强度(RSSI)、抵达时间(TOA)、抵达时间差(TDOA)及到达角度(AOA)算法等。
3.2 室内定位技术
(1) 超声波技术
超声波目前被广泛的利用在定位服务中。在空气中,超声波的传播速度与声波相同约为340m/s,电磁波的传播速度与光速相同约为30万km/s,因此利用超声波测量距离所得到的结果必然比利用电磁波测量的误差小。
超声波定位可由固定安装在室内的若干参考超声波发生传感器和被定位的移动端组成。主要的超声波定位方法为:在被定位端加装超声波发射器(接收器),置于装有若干超声波接收器(发射器)的环境中,通过测量超声波从发射器到接收器的时间从而计算距离。当移动端同时接收到3个或3个以上且不在同一直线上参考节点发射的回波后,通过常用的三角定位法计算出移动端当前的位置信息。目前主要基于超声波的室内定位系统有AT&T实验室的Active[3]Bat及麻省理工学院的Cricket系统[4]。
超声波不受可视距离限制,能够在介质中远距离传播,且超声波发射的方向容易控制,定位精度较高误差较小。目前超声波测距在工业中得到广泛应用,但在定位系统中通常需要其他技术如无线电辅助定位,导致硬件设施成本的增加。
(2) 红外线技术
红外线室内定位技术定位精度相对较高,但是由于红外线无法穿透建筑内的障碍物仅能在可视的直线距离内传播,使得红外线传输距离短。近年来在IrDA(InfraredData Association)组织的努力下,红外线的数据传输速率已经大幅提高,目前最快可达16Mbit/s,接收角度也已经可达120度。由于红外线对温度的敏感度较其它颜色的光线高,且容易因室温改变质量,因此红外线对室内布局温度等要求较高。荧光灯等室内光线也会干扰红外射线,影响定位精度。在硬件设施上,红外定位技术需要在每个房间内安装光学传感器等接收天线设备,成本较高。
红外线室内定位技术首先在室内安装固定的光学传感器(接收器),由红外线发射器发射特定的红外线,光学传感器(接收器)接收红外线进行定位。基于红外线的室内定位系统主要有Olivetti实验室的Active Badge[5]。系统中的移动单元是一个小型的轻量级红外线发射器,它以固定的频率广播全球唯一标识号,同时在定位区域的固定位置放置红外线接收机,接收红外信号携带的数据,并通过有线网络与中心服务器连接。当接收机检测到红外信号时,系统认为发射器处于接收机覆盖区域之内,利用光学传感器(接收器)的位置确定发射器的方位信息。ActiveBadge被认为是第一个室内标记感测(Badge Sensing)原型系统。
(3) 超宽带技术
超宽带(UWB)技术是一种传输速率高,发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,无载波。
超宽带室内定位系统包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签。定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号,通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰,得到含有效信息的信号,再通过中央处理单元进行测距定位计算分析。
与其他技术相比,超宽带技术发射的是一种特殊的窄脉冲信号,一方面它的持续时间极短,另一方面它的占空比又很低,这两方面性质据定了其具有较强的多径分辨能力。另外,由于UWB信号自身的功率谱密度很低,具有良好的频段共存性。但目前该技术目前还属于新兴研究阶段并且没有一个统一的标准,因此硬件成本普遍较高。
(4) 蓝牙技术
蓝牙技术是一种无线传输技术,使用不需申请执照的ISM波段2.4GHz,将2.4GHz这个波段分为79个频道,并利用跳频技术将数据平分传入这79个频道中,这样不仅可以有效地避开干扰,而且波段的利用率也可以达到最高。蓝牙的数据传输率为1Mbit/s,传输距离为10m(理论值为100m)。
蓝牙室内定位技术的代表是Nokia,推出了HAIP的室内精确定位解决方案,采用基于蓝牙接收器的三角定位技术,最高可达到亚米级精度。蓝牙技术主要优点是设备体积较小、易于集成在手机等移动设备中。但缺点是设备的价格较高,功耗较大。同时若应用环境复杂,稳定性会随着各种噪声的存在而下降[6]。
(5) Wi-Fi /IEEE 802.11b
Wi-Fi/IEEE 802.11b是由无线以太网兼容性联盟发出的一个证书,用于保证IEEE802.11系统的互操作性。IEEE802.11是RF系统通用的标准,它主要解决局域网中移动装置与基站的无线接入。目前, IEEE802.11b使用2.4GHz频带,速率最高可以达到11Mbit/s,高速的传输速率扩大了无线局域网的应用领域。
基于Wi-Fi /IEEE802.11b标准的定位技术由于Wi-Fi网络的普及,变得非常流行。位置指纹法是一种常用的Wi-Fi室内定位技术,典型的系统是RADAR原型系统,由微软研发。基于RSSI技术的RADAR室内定位系统运行分两个过程,分别是先在系统覆盖区域对设置的若干个AP固定点离线采集其位置信息以及信号强度,通过有线网络传输给数据中心形成位置指纹数据库,再对实时待测物所测算得到信号强度利用最近邻居法分析匹配出其位置。
基于Wi-Fi /IEEE802.11b的室内定位系统可以达到米级定位(1~10 m)。并能采用相同的底层无线网络架构,易于安装。其不足是采集数据工作量较大。
(6) 射频识别技术
射频识别(RFID)技术是一种操控简易,适用于自动控制领域的技术,它利用了电感、电磁耦合及雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。2003年美国制定了RFID定位技术标准,标准分成三个部分,分别为2.45GHz标准、433MHz标准和应用程序接口标准,标准的颁布加快了射频识别定位技术的研究。
现在基于射频技术的室内定位方法主要有两种:LANDMARC与VIRE。LANDMARC方法是一种经典的基于有源RFID的室内定位算法,它采用了充当定位参考点的参考标签进行辅助定位,但在复杂的室内环境,往往需要增加额外的接收器来降低因为多径效应带来的误差。VIRE方法是对LANDMARC的改进,是基于有源RFID使用虚拟标签消除的定位方法,其核心是不增加额外参考标签的情况下,通过去掉那些不可能位置来得到待定物体的位置[7]。
射频识别技术有通用性高、传输速率快、天线及产品模块体积小,价格低等特点。但是缺点是作用距离近,不利于与其他系统联合工作。目前广泛应用于零售业、车辆识别、门禁控制、资产追踪、停车场管理等领域。
3.3 室内定位技术比较
通过分析可以看出,以上几种室内定位技术各有利弊。虽然目前大多数室内定位系统都能够满足目标定位的简单需求,但是要达到室内“智能空间”的要求, 还有一定差距。布设室内定位系统,主要基于标识大小、功耗、造价、精度、实时性、通信能力以及可扩充性能等方面进行综合考虑。由此也可见,基于室内定位技术的研究,无论是在定位技术还是算法研究,仍有很长一段路要走。
(注:定位精度在0.1m~0.5m,通常称为分米级定位;定位精度在0.5m~1m,称为亚米级定位;定位精度在1m~10m则称米级定位。 )
4 应用现状
室内定位技术的发展带来位置服务领域一波创新高潮,各种基于此技术的应用将出现在我们的面前,比如在大型商场里面借助室内导航快速找到出口、电梯,家长用来跟踪小孩的位置避免小孩在超市中走丢,房屋根据你的位置打开或关闭电灯,商店根据用户的具体位置向用户推送更多关于商品的介绍等等。
室内导航技术蕴藏大量商机,但实际上进入商用的操作阶段的主要还是以Wi-Fi技术为主流。其它定位技术受制于终端平台和终端硬件等诸多因素,离产业链的诞生还遥遥无期。目前国内各大商城中,不论是运营商、商城自身还是商城内店铺,几乎都布置了数量庞大的Wi-Fi热点。此外由于三大运营商都在大型商场,商业用地铺设了大量热点,因此不少用户习惯利用各种碎片时间登录Wi-Fi上网。用户一旦登录Wi-Fi热点,导航软件理论上就可以透过用户接入的那个Wi-Fi热点,再配合上临近三个或以上的Wi-Fi热点,确定用户的位置,并对用户进行定位和导航等。
尽管Wi-Fi技术趋于成熟,但对于室内导航技术的全面应用,还存在一定的瓶颈,那就是各大商场,停车场等的物业管理对新技术认识不足。与国外的情况相反,中国运营商和业界对于推动室内定位技术很积极,但大型购物中心却不积极,甚至设立门槛,向铺设运营商收取昂贵的入场费,管理费。如果没有物业管理的支持,室内导航几乎是不可能实现的。首先,要定位和导航,需要绘制室内地图。此外,如果要透过Wi-Fi热点进行定位,工程人员需要了解每一个Wi-Fi热点的准确位置,甚至对每一个Wi-Fi信号强度进行测量,这些没有物业管理配合几乎不可能做到。
5 结束语
室内定位是位置服务领域研究的新热点。本文首先讨论了几种通用的定位技术,重点分析比较了几种局域室内定位技术及典型室内定位系统的基本架构,文章最后介绍了目前室内定位应用的现状,上文提到的大部分技术都必须布设单独的发射(接收)器,成本问题是商用推广最大的阻力。Wi-Fi室内定位因为Wi-Fi网络的普及最容易推广,但也存在一些客观的阻碍因素。随着技术的发展和人们对位置应用服务需求的增长,室内定位技术发展会越来越快。基于室内定位系统的服务,也将很快会为我们带来便利。
技术定位 篇2
新建地方本科院校转型发展中的问题
新建地方本科院校是伴随着我国高等教育大众化产生的，以培养应用型人才为突出特点的一种新型高校。经过10多年的建设和发展，总体上完成了由专科到本科的转变，但在转变发展过程中仍存在着不少问题。相当一部分新建地方本科高校定位模糊、攀高、求大、尚名、逐利，把自己定位于教学研究型、研究教学型甚至研究型大学，学科专业趋同化，人才培养同质化，与市场需求不相匹配。
出现上述问题，其主要原因是新建本科院校办学条件的先天不足：大部分新建本科院校是“省市共建，以市为主”的办学体制，办学经费严重短缺；一般设在省会城市以外的地级市，区位优势缺乏，信息闭塞，品牌弱势；学科结构单一，科研层次偏低，师资力量薄弱，整体结构不够合理；教学模式落后，教学质量保障不力，办学历史的深刻影响，盲目按照惯性思维发展。此外，思想观念陈旧，不愿意戴应用型人才培养的帽子，导致出口不畅，进口不旺，发展陷入困境。
加快新建本科高校转型势在必行
从目前我国高等教育的现状看，大学生“就业难”和行业企业“用工荒”现象并存，主要问题不是人才培养数量，而是人才供给与需求在人才培养规格上的错位对接，出现大学毕业生结构性失业。以应用型技术大学为转型目标是地方新建本科院校发展到一定阶段的必然出路，直接关系到数以百万计学生的切身利益。因此，适应产业升级培养高素质的应用型技术人才，是经济社会发展对新建地方本科院校发展提出的迫切要求。
伴随着高等教育大众化进程，由于对高校缺乏现实分类指导，一个指标体系对“211高校”、“985高校”、地方老牌高校、新建地方本科高校办学进行水平评估，大部分新建地方院校沿着老本科办学发展路子，使大多数学生切身利益难以得到保障，人才培养与区域经济社会对人才需求相脱节。因此，新建地方本科院校为顺应转型，在办学层次、办学内涵、办学思路、办学职能、发展路径、学科专业设置与建设、师资队伍建设模式、人才培养定位与培养模式、课程设计与评价、教学管理模式、文化建设模式、校地合作方式，学术指导方式等方面必然要求发生适应性变革。
推动新建地方本科院校转型发展
新建地方本科院校转型是一项复杂的系统工程，不可能一蹴而就，平顶山学院近年来进行了转型大胆探索。
一是必须明确应用型办学定位。平顶山学院升本以来，始终着力突出服务地方经济社会发展这一办学定位，围绕地方性、应用型制订规划，依托地方办学，坚持学校发展与地方发展互动、学科专业建设与地方成长互动、院系与企业（社区）互动，主动对接地方产业，以地方特色为办学特色，先后与省、国家林科院合作建立了低山丘陵生态修复重点实验室及院士工作站，与平顶山高压开关股份有限公司合作建立了智能开关工程技术研究中心。为弘扬挖掘地方优秀传统文化，建立了伏牛山文化圈研究中心、陶瓷研究所、“三苏”文化研究所、雅乐团等，发展繁荣了地方文化产业。
二是必须调整学科专业布局，推动学校专业建设转型。平顶山学院是在师范高等专科的基础升本的，为加快转型，围绕当地能源化工、装备制造、现代旅游等产业，积极调整学科专业结构，新设置了电气工程及其自动化、化学工程与工艺、资源环境与城乡管理、生态学、旅游管理等专业，有效地服务了地方经济发展。
信息技术教师的自我角色定位 篇3
正因为这一教师群体的年轻，加上信息技术学科课程有别于其他学科的特殊性，这就给不少信息技术教师带来了一种关于角色定位的困惑。有的信息技术教师就这样发牢骚：“我们有时真的很无奈，和其他学科的老师一样，我们本来就课时不少，我们也想集中精力，踏踏实实地教好课，可是，还要经常牺牲休息时间为同事制作课件，甚至有时还要承担录像的任务。有时还要为各科组修理、维护计算机，辅导学生的竞赛活动，陪一些同事上多媒体教学的讲课比赛，甚至有时还要充当打字员啊，打扫机房的卫生啊……”这种苦恼的实质，就是一个问题：信息技术教师到底是什么？信息技术教师到底应该如何给自己一个正确的角色定位？
笔者担任信息技术教师多年，对此曾经深有感触。笔者觉得，信息技术教师的角色定位，应该做到三个方面：
一、在传统教学观念面前强化自我审视，进行角色定位
在一些学校，信息技术课程被列为“杂科”之外的“杂科”，信息技术教师的地位也受到学校、家长和学生的冷落。例如，学校信息技术课安排随意性比较大，为迎接各类评估检查，常常会首选信息技术课停课腾时间，平时的课时也会被其他课占用。信息技术教师工作量大、内容杂乱，而职称评定却又比其他学科要难，等等。造成这种情况的原因很多，有教育理念的原因，有管理不足的原因，但我以为主要是受传统教育观念影响。部分教师以及学校管理者对信息技术教育缺乏正确认识。在这种情况下，信息技术教师怨天尤人无济于事，而是需要正确对待。事实上，对作为新兴课程的信息技术教育，有的教师以及学校管理者缺乏正确的理解，产生某些误解，可以说是难于避免的，也是可以理解的。关键在于信息技术教师自己要强化自我审视，进行正确的角色定位。
所谓强化自我审视，就是要在现实面前，在工作当中，要经常审视自己的职业素质、职业素养是否合格，角色定位是否正确。在角色定位上，我们要立足学生、立足教师、立足学校，明确信息技术教育的范畴，明确信息技术教师的岗位职责，明确信息技术和信息技术教育在学校工作中的地位，面向工作实际，面向学校环境，加强对信息技术教育的宣传。在工作上，要善于与领导沟通，赢得领导重视；要尊重教师团队并积极融入其中，让所有教师都接受信息技术教育的概念和具体内容，赢得大家的支持；要求真务实，创新发展，以赢得团队的信任；要尊重学生，默契地回应学生内心深处的声音，进入学生的内心深处，使学生重视信息技术教育，使自己成为学生的心灵导师。通过日积月累的实际行动，转变一些人的传统观念和错误观念，逐步确立信息技术教育的地位，支持信息技术教师的工作。
二、在教师群体中充分发挥专业优势，凸现专业特点
与传统的各类学科教师相比较，信息技术教师拥有其他教师所无法比拟的专业优势。信息技术这门学科，它同步于科技信息的前沿，注重知识与技能的应用和实践，计算机在各行各业、各个教师手中都成了不可或缺的工具。因此，信息技术教师在上好信息技术课的同时，也有责任去努力推进本校信息技术与其他课程的整合，指导信息技术在其他学科教学中的应用，为各个学科的信息采集与加工特别是课件制作、多媒体教学做好服务，以促进个人的成长和学校的信息化建设。从这一意义上来说，信息技术教师跟其他学科教师确有特殊之处，一是跨学科，二是服务性，三是操作性，四是创造性。不能像其他学科教师那样“独善其身”，不但要“扫净自家门前雪”——搞好自己的教学，同时还要“为他人作嫁衣裳”——帮助他们服务他人。这样做的结果，自然是比较累，然而，这正是信息技术教师专业优势的价值所在和成功之处。
因为这一专业特点，信息技术教师在职业话语方面，也有很多需要继续学习和特别注意之处。例如，在与学生互动、与同行交流、与其他学科教师交往、与领导沟通、与专家讨论、与社会对话的时候，特别是在涉及到专业话语时，切忌孤芳自赏、唯我独尊、鹤立鸡群，而应该谦虚谨慎、耐心细致，取长补短。这才是我们信息技术教师的职业所需和成功所在。
三、在多领域的工作实践中树立专业形象，丰富角色内涵
相比较来说，传统学科教师的专业形象毕竟比较单一，例如语文、数学、英语教师，只要在教书育人的岗位上过得硬，人家就会认可你是优秀教师。可是，信息技术教师的专业形象，在人们的心目中，就不那么单一，不但应该在教书育人岗位上成绩优异，还应该在计算机机房中、在多媒体教室里、在网络处理上技术娴熟，应该在学校信息化建设和信息化教学上工作努力。这样的专业形象，也许是太苛求了一些，但是，却是“内容丰富，多姿多彩”，其实又何尝不好呢？笔者以为，对于信息技术教师而言，作为一个教师群体，应该达到这一目标，作为教师个体，也应该“全面努力，重点突破”。也就是说，一位优秀的信息技术教师，应该是一位受学生喜欢、家长信任和领导放心的教师；应该是一位对信息技术学科教学和学校信息化管理、信息化教学都“拿得出手”的教师；应该是一位勤于奉献，勇于挑战，以独特的专业知识和饱满的热情不断展示自我的教师；应该是一位永远朝气蓬勃，勤于用自己的才智和奉献不断地丰富自身角色内涵的教师。
责任编辑潘孟良
导航定位技术研究 篇4
众所周知, 跟踪定位运动的目标, 关键在于获取到目标的位置信息, 通过目标的位置信息构成一定的运动轨迹, 从而确定目标的运动方向。在目前的无线导航定位技术中, 常用的GPS定位技术, 但由于GPS定位技术存在盲区[1], 比如下在地方停车场位置、深山峡谷中、高楼大厦间等地理区域都存在严重的定位盲区, 使得GPS卫星信号收到严重的遮挡, 从而无法确定目标的位置信息, 不能判断目标的运动方向, 导致跟踪任务的失败。因此, 出现很多新的无线导航定位技术, 例如, GLONASS、伪卫星定位技术、中国北斗定位技术、电视定位技术、室内定技术、UWB定位技术、无线传感网络定位技术等等, 这些新技术的出现, 解决了单一定位技术所存在的难点问题。
1 无线定位导航
所谓导航的概念指的是一门科学, 而该科学指的是目标用户的位置变化情况。在平时人们的活动当中, 几乎每一个人都会涉及到各种各样的导航形式, 比如说学生走路去学校, 是依靠同学们使用他们的眼睛以及地标等信息, 但是在某些情况下人们还需要使用其它的导航信息, 并且该信息要与地标等信息不相同, 如设置在汽车里的里程表等装置, 来为人们提供更为准确的位置坐标信息[2], 以及到达目的地所需要的具体时间长短。与此同时, 市场上还存在一些通过发射电子信号来实现定位功能的较为复杂的导航装置, 他们被称为无线电导航装置。此时, 人们可以利用这些信号, 来定位出目标用户的位置坐标信息。
2 GPS定位技术
全球定位系统 (GPS) 可以对全球目标用户提供位置、速度以及时间[2]信息等相关数据, 在航空、海上以及陆地等诸多领域都得到了广泛的应用。然而它的高精度性能等优点是依赖于几何精度因子的好坏程度, 如果GPS卫星布局好, 则几何精度因子低, 最终定位精度误差小, 满足实际需要。当采用GPS卫星来获取目标的位置信息, 一般至少需要4颗卫星信号来完成, 如果卫星信号越多, 定位效果越好, 但是此时的计算量非常大, 一般在满足定位精度的前提下, 采用尽可能少的定位卫星来参与定位计算, 减少计算的工作量。
当用户在空旷的区域, 同一时刻可以接收到的卫星信号在8颗左右, 足够用来完成用户的定位, 此时的卫星信号充足, 接收机可以选用几何精度因子好的组合卫星来参与定位解算, 求解出目标的位置信息。然而在实际使用中的难点在于, 目标处于运动的状态, 当它运动在深山峡谷中, 或者运动到高楼耸立的楼层间时, 很多卫星信号会收到遮挡, GPS卫星轨迹在设计时, 是保证地面上同一时刻在毫无遮挡的情况下, 至少可以接收到4颗卫星信号, 然而, 当被遮挡后, 少于4颗卫星信号, 用户根本无法定位, 接收机接收不到足够的卫星, 从而无法正常工作。
另外, GPS接收机系统在定位开始时, 需要先进行冷定位启动, 而这个启动工作一般情况下是需要花费几分钟, 如果说在这个启动的时间段内, 正好存在着生命危险的情况发生, 则冷启动的时间就会耽搁对生命的援救。再者, 加上美国国防部对GPS采用选择可用性政策, 使得在某些特殊的情况下, 比如说处于战争时期或者是两国关系非常紧张的时期, 在这个阶段内, 其他国家想要继续采用GPS卫星来进行定位目标就会受到严重的干扰。最后, 通过研究发现, GPS的较高精度性能主要是集中在水平方向上, 由于受到电离层、对流层延迟误差等众多因素的影响, 导致采用它来定位目标时, 在垂直方向上精度较差, 并且其误差通常是水平方向上的2倍或者3倍左右, 很难满足一些精密应用场合的要求。
3 组合导航定位技术
因GPS定位技术在使用过程中存在某些缺陷, 目前的导航定位技术组合采用组合定位方式[3], 在GPS卫星信号不足的情况下, 采用其他导航定位方式来弥补它的不足, 比如说, 可以采用俄罗斯GLONASS系统进行组合, 这些不同系统的导航定位原来大体上相似, 因此在同一时刻可以观测到的卫星信号就增多, 为解决定位盲区的难题提供了一种很好的方案, 但是两种不同导航卫星的组合方式, 又存在数据融合定问题, 需要进一步考虑不同组合卫星下的导航方式。同时, 如果用户运动到室内, 这两种卫星信号都接收不到时, 需要采用其他的组合方式, 如无线传感网络定位技术、室内定位技术、UWB定位技术等等。
4 结论
本文介绍了导航定位技术的发展状况, 阐述了GPS定位所存在的不足, 通过采用组合导航定位技术的方法可以解决单一导航定位的难题。
参考文献
[1]谭述森.卫星导航定位工程[M].北京:国防工业出版社, 2007, 3:1-15.
[2]贾广泛.卫星基导航定位接收机信息处理的方法[D].中国科学院研究生院, 2008, 6:21-26.
技术哲学研究的定位及关键 篇5
技术哲学研究的定位及关键
提出技术哲学研究要融入哲学主流和切近社会现实,必须定位于马克思实践哲学的自然改造论.在这样的定位下,技术创新哲学研究又成为了整个技术哲学研究的关键内容.
作 者：夏保华 作者单位：东南大学哲学与科学系,江苏,南京,210096刊 名：科学技术与辩证法 PKU CSSCI英文刊名：SCIENCE TECHNOLOGY AND DIALECTICS年，卷(期)：21(4)分类号：N09关键词：技术哲学 技术创新哲学 学科定位
声源定位技术的研究意义与现状 篇6
关键词 声源定位 声纳系统 麦克风阵列 时间差 信号
中图分类号：TB51 文献标识码：A
1声源定位技术的发展与应用
被动声探测定位技术是一种接收声场信息，利用电子装置确定目标声源位置的高新技术，该技术属于无辐射源目标定位技术，主要用于被动声探测，没有主动检测功能。其特点是系统本身仅依赖于目标声源的声音信号的接收，并实现使用接收到的声音信号来实现位置检测和定位目标声源。目前，声源定位技术主要是利用麦克风阵列接收声场信息，依靠声源信号到达各个阵元的时间差估计以及时间延迟估计来实现被动声源信号的测向和测距。因此，在已知几何关系的麦克风阵列情况下，由源信号准确到达每个麦克风阵元时间差的估算，我们可以准确地计算出的位置参数信息源。
声源定位技术有着悠久的发展历史。其最先在声纳系统中使用， 采用电磁波来发现水下目标的位置，在水下电磁波是非常大的，所以受到了距离限制。在这种情况下，水下目标声信号追踪法应运而生。1940意大利达芬奇首先发现了声管，水声被动定位技术由此诞生，现在有超过500年的发展历史。但真正意义上的发展，是在第二次世界大战结束后，在水下使用声纳来寻找目标的时候，这种方法也将很容易暴露自己，带来潜在的危险。因此人们开始了水下被动声定位的研究。在第一次世界大战中应用在地面上的被动声探测技术，主要是用来探测敌人的炮兵阵地，并取得了良好的应用效果。在第二次世界大战的时候，声探测技术是特别重要的，大部分炮兵侦察任务是依赖于声源定位技术实现的。在朝鲜战争中，声波检測技术也显示出独特的优越性。
但在一段时间内，随着红外，激光的兴起，雷达侦察技术在一定程度上影响了被动声探测源技术的发展，导致其曾经被忽视。但近年来，使用雷达搜索目标面临的电子干扰，低海拔的突变，隐身技术，反辐射导弹这四大挑战，使其越来越容易受到攻击。在这种情况下，人们开始重新审视被动声探测定位技术的应用价值，这是研究被动声探测技术的又一个重要的原因。目前，随着计算机技术，微电子技术的发展，现代数字信号处理技术，人工神经网络，自适应阵列处理技术，信号处理技术和其他相关技术，被动声定位技术再次发展迅速，并取得了进一步的实际应用。
在国防现代化方面，声源定位技术可以用来测量在地面作战的炮兵阵地；可以用来找到隐藏在某地的狙击手位置，还可用于测量弹药试验火炮的着落点和空中炸点。在航空航天领域，可以使用声源定位技术来测量位置。此外，在现代军事战争中，坦克具有防护力强，机动性能好，火力强劲等特点，所以在地面战斗上能压制敌人；武装直升机以其灵活的运作方式和独特的超低飞行能力也深受战争的信赖。但随着现在隐身技术的迅速发展，应用在坦克和直升机上的传统检测技术已经丧失作用，在这种情况下，被动声源探测技术将发挥巨大的优势。
2声源定位技术的研究状况
声源定位技术经过几十年的发展后，检测技术已经有了一定程度的发展，也有一定程度的提高。原来的普通声波检测技术是碳粒子或冷凝器来接收声信号，无线或光纤技术传输信号，通过点蚀纸袋或墨水磁带录音来记录信号信息，随后将录音机连接到计算机上，用计算机处理采集到的信号来分析出结果。现代的声源定位现代技术中，开发出了功率集成电路，简化了测量过程。
国外的声波检测技术不仅应用在坦克和武装直升机上，而且还应用在智能地雷上。智能地雷能够找到目标的位置，在正确的时间和地点引爆，从而可以达到最有效的攻击。智能地雷的原理是依靠声源定位技术产生声源位置信息，并将其反馈到爆炸的位置控制系统中，控制起爆时间。研究这种武器能够有效打击地面坦克和低空直升飞机。
国外早在二十世纪80年代开始，就已经开始研究基于语音增强技术会议的声源定位技术。近年来，语音处理的声源定位技术已成为新的研究热点，具有广阔的应用前景和实际意义，许多国际著名公司和研究机构如IBM，贝尔，已经在开发新的用于大型会议语音增强和滤波技术的产品，部分产品已进入实际应用阶段，包括视频电话，视频会议系统，电话会议系统。还有在强噪声环境下语音采集的声源定位技术，语音识别和说话人识别软件处理，大型网站的会议记录和助听器等。这些产品应用于各种实际的社会生活场合，已经显示出巨大的优势和市场潜力。
先前已被应用于实际的声源定位算法波束形成法。基于麦克风阵列波束形成法中，阵列输出是各个阵元输出的加权总和，然后通过调整加权系数来形成理想的波束，导致在其他方向产生响应。通过观察空间波束扫描可确定声源信号的方向信息。然而，阵列的分辨率通常受到瑞利判据的限制，这是一个无法解决的棘手难题。
为了解决常规波束形成的信号处理问题，许多研究人员已经做了大量的研究，希望能够改变这种不利的因素，因此出现了各种高分辨率算法。如最小方差法，结构法，信号子空间法和最大熵谱法。与传统的波束形成方法相比，这些高分辨率算法虽然提高了阵列的分辨率，但不能解决相干源问题。
参考文献
[1] 崔玮玮，曹志刚，魏建强.声源定位中的时延估计技术[J].数据采集与处理，2007（01）.
[2] 靳莹，杨润泽.声测定位技术的现状研究[J]. 电声技术，2007（02）.
航空视频图像定位技术 篇7
机载航空摄影主要特点是:几何分辨率更高, 视场角较大。因此, 位于扫描航片边缘的图像变形较大;另外, 航空平台的姿态远不如航天平台稳定。
但是, 航片获取的时效性很高, 图像分辨率相对于卫星遥感数据也比较高, 在很多对时间反应要求较高的应用领域, 航空摄影图像发挥着越来越大的作用。因此对于航片的处理有很高的实用价值。
系统几何校正是航空视频图像处理中的重要环节, 通常在遥感图像处理的前端。针对视频处理所采集的单帧视频图像, 并利用该图像对应的遥测数据, 建立几何校正模型, 对图像进行系统几何校正计算, 完成图像的系统级的初步定位, 校正因为传感器倾斜拍摄导致的图像像素的局部变形;系统几何校正处理关系到航拍图像的定位精度, 对于以后的地理精校正、情报应用处理等处理打下基础。
1 系统几何校正模型
本文利用坐标变换方法建立原始图像和输出图像的几何关系, 即几何校正模型, 其步骤如下:
① 建立从当地地理坐标系到相机的空间坐标系群;
② 完成各个坐标系之间的相互转换关系;
③ 把原始图像剖分成适当大小的矩形网格;
④ 根据坐标系转换关系建立几何校正模型;
⑤ 利用几何校正模型, 计算网格点 (i, j) 在WGS-84坐标系下的大地坐标 (LWGS-84, BWGS-84) ;
⑥ 利用 (LWGS-84, BWGS-84) 进行地图投影变换, 得到投影坐标 (Xi j, Yi j) ;
⑦ 再把 (i, j) 、 (Xi j, Yi j) 作为控制点, 利用多项式拟和方法, 对原始图像进行校正, 以下简称为“图像重构”。
1.1 系统概述
本文仅概述图像信息中与几何校正建模有关部分。图像信息获取由机载侦察设备 (光电平台) 完成。对于光电平台, 可以装载CCD光电摄像机 (简称CCD相机) 、前视红外热像仪 (简称红外相机) 。
飞机采用GPS和惯性导航系统进行组合定位、测量姿态;平台采用四框架两轴稳定。
1.2 坐标系
在几何校正模型中采用以下坐标系:
① 地球坐标系 (e系) , 采用WGS-84坐标系;
② 当地地理坐标系 (t系) ;
③ 机体坐标系 (b系) ;
④ 光电平台坐标系, 简称平台坐标系 (p系) ;
⑤ CCD相机坐标系 (c系) ;
设图像共Ic行、Jc列, 中心坐标是 (Ic/2, Jc/2) , 像元cp在图像中的行、列数分别为Icp、Jcp, 像元大小为lc×lc, 相机焦距为fc, 则其相应扫描角αc, 偏角βc, 根据画幅式相机摄像原理有:
(6) 红外相机坐标系 (h系)
设图像共Ih行、Jh列, 中心像元坐标是 (Ih/2, Jh/2) , 像元hp在图像中的行、列数分别为Ihp、Jhp, 像元为方像元lh×lh, 因为图像为正像, 则:其相应的扫描角αh和偏角βh, 则根据全景摄像原理有:
1.3 坐标转换
系统校正的目的是利用目标图像和飞机位置、姿态, 以及平台的参数计算该目标在WGS-84坐标系中的大地坐标, 算法核心是对以上坐标系中进行准确的坐标变换。本文用到的坐标系变换有:
① 由地球坐标系到当地地理坐标系的坐标变换。其变换矩阵R1为:
式 (1) 和以下各式中的Rx (θ) , Ry (θ) , Rz (θ) , 分别表示绕X轴、Y轴和Z轴旋转θ角的坐标旋转矩阵。B0表示飞机当前纬度;L0表示飞机经度。
② 由当地地理坐标系到机体坐标系的坐标变换。其变换矩阵R2为:
式中, Ψ为航向角;θ为俯仰角;γ为横滚角。
③ 由当机体坐标系到平台坐标系的坐标变换。其变换矩阵R3为:
式中, η为方位角;ζ为平台滚动角。
④ 由平台坐标系到CCD相机坐标系的坐标变换。其变换矩阵R4为:
⑤ 由平台坐标系到红外相机坐标系的坐标变换。其变换矩阵R5为:
从CCD相机坐标系到地球坐标系的转换, 利用上述变换矩阵得:
从红外相机坐标系到地球坐标系的转换, 利用上述变换矩阵得:
1.4 激光测距的应用
如果在计算过程中, 光电平台上加载激光测距仪, 能够输出成像时刻的激光测距值, 校正计算的精度将大大提高, 尤其在较高海拔地区。
在原模型中未加入激光测距数据, 因此计算过程中, 默认拍摄地区海拔为0;当平台高低角不为0时 (平台相机光轴指向不是垂直向下) , 计算结果与实际地理坐标有很大出入, 如果海拔较高, 该误差将非常明显, 这样的图像定位结果将无法实际使用。如果加入激光测距, 可以有效计算拍摄图像地区的海拔高度, 降低原模型误差。
1.5 图像输出
建立系统校正模型后, 输入划分的图像网格点坐标, 输出投影坐标。这些点的图像坐标和投影坐标形成一组控制点集, 使用该控制点集, 对原始图像数据进行多项式校正计算, 重采样生成输出图像数据, 根据当前拍摄区域中心点位置, 设置图像投影条带, 指定图像投影信息, 最后输出为图像文件。
2 实验结果以及误差分析初步
根据上述模型, 输入图像文件, 并同时获取与图像生成时所对应的遥测数据, 从中分离出建立模型所需的飞行器位置、飞行器三姿、平台姿态、相机参数、激光测距值等数据。利用这些遥测数据建立系统校正模型, 对输入的图像进行校正计算, 生成图像数据, 写入输出图像文件中。因工程应用需要, 还要在图像中加入地理坐标数据, 图像投影信息等。为后续的图像处理以及情报应用处理提供支持。
在进行图像校正定位过程中, 由于多方面因素, 会导致产生光轴指向误差。造成该误差的因素包括:系统安装误差、飞机位置误差、飞机姿态误差、平台姿态误差、结构安装误差、相机内方位元素误差等。
对于飞机姿态误差、平台姿态误差、相机内方位误差, 通过各个设备出厂调试, 以及在系统联试过程中进行设备调校。
飞机位置, 是由机载GPS定位系统提供, 在实验中, 使用差分GPS以及组合惯导, 通过插值运算得到精度更高的飞机空间坐标, 理论上可以达到10 m以内的误差。
对于结构安装误差, 这也是一个系统误差, 通过地面检测, 可以测出部分误差结果;然后在模型中加入误差修正量, 弥补误差因素对校正计算精度影响。在实验过程中比较常见到, 并且对校正输出结果影响较大的是平台的安装误差, 该误差有时达到十多度, 这意味着, 在飞行器据地几千米的空中, 该误差量直接导致最终图像校正结果将有上百米, 甚至于几百米的定位误差。为了降低该误差, 首先在系统安装时, 进行系统误差校准。另外, 还需要在实验前, 对已安装的平台进行地面测量, 测定该误差值。并将该值加入到校正模型中的误差消除模块, 降低这种系统误差对校正精度的影响。
3 结束语
本文利用坐标变换方法给出了机载CCD电视摄像机和前视红外热像仪遥感图像的几何校正模型, 实施视频单帧图像的几何校正计算, 完成该图像的定位。同时结合实验, 通过对激光测距数据的引入校正模型, 对平台安装误差进行分析和计算, 提高校正精度。在实际应用中, 该方法取得良好的图像定位效果, 但同时也存在不足, 图像定位经度目前还不算太高, 在今后的工作中, 需要继续研究, 以达到更好的结果。
参考文献
[1]张永生.遥感图像信息系统[M].北京:科学出版社, 2000.
[2]朱述龙, 张占睦.遥感图像获取与分析[M].北京:科学出版社, 2000.
[3]黄世德.航空摄影测量学[M].北京:测绘出版社, 1992.
技术定位 篇8
1 算法分析
1.1 技术介绍
1.1.1 RSSI技术概述
RSSI (Received Signal Strength Indication, 接收的信号强度指示) 是指网络中的移动节点通过测量来自静态的参考节点信号的信号强度来确定自身位置的一种算法。由移动节点发送定位请求, RF通信范围内接收到定位请求的参考节点自动回应移动节点。移动节点在能够接收到回应信号中选择三个信号强度最大的信号, 提取信号强度并且根据强度判断出自己与系统中三个参考节点之间的距离。移动节点的轨迹就是以参考节点为圆心, 以两种节点之间的距离为半径的圆周上。三个参考节点就可以确定三条动态轨迹, 三条动态轨迹的交点就是移动节点。
1.1.2 三边定位技术
三边定位技术是基于RSSI原理, 选择三个或三个以上的参考节点, 相互连接成若干个三角形, 构成各种网 (锁) 状图形。通过观测三角形的边长, 再根据参考节点的坐标, 起始边的边长和坐标方位角, 经解算三角形和坐标方位角推算可得到三角形各边的边长和坐标方位角, 进而有直角坐标正算公式计算移动节点的平面坐标。
1.2 基于距离的RSSI三边定位算法
1.2.1 儿童与路由节点的距离计算
基于RSSI的定位技术, 一般利用信号的经验模型和理论模型来进行分析, 信号的经验模型是建立各个点上的位置与信号强度的数据库进行匹配, 理论模型常采用无线电传播损耗模型来进行分析。但是这些损耗会影响RSSI值的定位精度, 因此, 选取合适的损耗模型显得十分重要, 一般选择对数—常态分布模型来进行运算, 其路径损耗的计算公式为:
式中d为距离信源的距离, 单位为km;f为频率, 单位为MHZ;k为路径衰减因子;Xσ是平均值为0的高斯分布随机变数, 其标准差范围为4~10。k的范围在2~5之间。PL (d) 表示距离为d处的信号损耗值。PL (d0) 为距离d0处的信号损耗值。可以利用自由空间无线电传播路径损耗模型取d=1时计算出的损耗 (loss) 值为PL (d0) 。自由空间传播损耗模型如下
此时路由节点接收儿童发出信号时的强度 (RSSI) 为
式中:P为发射功率;F为天线增益;PL (d) 表示距离为d处的信号损耗值。利用 (1) (2) (3) 三式可以算出路由节点与儿童间的距离d。
1.2.2 利用RSSI值进行三边定位
在无线传感网中, 定义一个二维坐标的位置, 只要知道未知节点和三个路由节点的位置即可求得未知节点的位置。具体情况如图1所示。假设三个锚节点分别为 (X1, Y1) (X2, Y2) (X3, Y3) , 未知节点坐标 (Xu, Yu) , 未知节点距离三个路由节点的距离根据强度 (RSSI) 公式求得, 分别为R1、R2、R3, 根据二维坐标系的距离公式可以得到如下方程:
将数据代入求解方程即可以得到未知节点的坐标。
综上, 只要知道未知节点到三个路由节点的距离, 便可以求得未知节点的坐标。为了提高精确性可以用多次测量取平均值的方法。
2 算法步骤
(1) 移动节点 (即走失儿童) (X, Y) 利用自带的手机等通讯设备通过4G网络向周围路由节点发送广播定位请求, 其中三个不同的路由节点 (Xa, Ya) , (Xb, Yb) , (Xc, Yc) 接收到了请求;
(2) 路由节点记录接收到的移动终端定位请求信息的信号强度RSSI值;
(3) 利用公式计算三个路由节点与移动节点的距离Da、Db、Dc;
(4) 利用公式
计算得到 (X, Y) 的值, 结果即为所要定位的移动节点的值。
3 仿真结果分析
本文用MATLAB2012作为仿真工具, 对算法进行了仿真。仿真环境设定在100m×100m的正方形区域内, 随机产生200个路由节点和10个未知节点。初始节点分布如图2所示。图3给出了采用基于RSSI的三边定位的算法进行未知节点的定位图。由仿真结果可知, 本文基于RSSI的三边定位算法的精确度很高, 完全满足要求。
4 结论
本文基于RSSI的思想, 利用三边定位方法对未知节点进行定位, 从而达到即时快速找到走失儿童的效果, 提高了儿童的安全性, 减少家长的担心。经过实验仿真, 该方法完全能够精确对走失儿童进行定位, 具有现实意义。
摘要：定位技术是无线传感器网络的重要技术之一, 其中基于RSSI测距的定位技术以便捷、精确度高成为首选技术。文章为了实现对商场走失儿童的快速定位设计了一个基于RSSI和三边定位技术的实时定位系统。该系统利用4G网络进行定位请求, RSSI测距技术对未知节点进行测距, 最后基于三边定位技术编写算法。该算法经过仿真实验精度完全符合要求。
关键词：无线传感器网络,RSSI测距,三边定位
参考文献
[1]吕振, 赵鹏飞.一种改进的无线传感器网络加权质心定位算法[J].计算机测量与控制, 2013, 21 (4) :1102-1104.
[2]丁恩杰, 乔欣, 常飞, 等.基于RSSI的WSNs加权质心定位算法的改进[J].传感器与微系统, 2013, 32 (7) :53-56.
[3]徐新民, 张坤.一种可快速部署的应急医疗分队卫生装备定位方法研究[J].医疗卫生装备, 2011, 32 (10) :13-15.
[4]谭志, 张卉.无线传感器网络RSSI定位算法的研究与改进[J].北京邮电大学学报, 2013, 36 (3) :88-91.
[5]王靓, 范德辉.基于RSSI的无线传感器网络节点定位算法改进[J].煤炭技术, 2010, 29 (9) :184-185.
伪卫星定位技术及其关键技术发展 篇9
伪卫星定位技术为解决这一问题提供了一些新的思路和方法, 伪卫星 (pseudolites) 是一种基于地面的能够传播类似GPS信号的简易信号发生器。利用各种载体建立的伪卫星站不仅可以区域增强GPS、GLONASS导航系统, 而且对正在建设的伽利略和我国的北斗二代导航系统, 在导航卫星不能满足定位要求时, 甚至可以利用伪卫星进行卫星补充完成导航定位。因此伪卫星已成为当前导航领域研究中的一个新颖且具有广泛应用前景的研究热点。
利用伪卫星来解决卫星导航系统存在的问题, 具有诸多先天优势和优点, 但伪卫星定位技术在工程试验中也存在一系列的关键问题需要解决, 本文在简述伪卫星基本原理和工作方式的基础上, 对伪卫星定位中存在的关键技术问题进行了讨论和分析。
1 伪卫星系统定位原理
以GPS卫星导航系统为例, GPS伪卫星定位系统是一个模拟GPS定位系统的区域定位系统, 基本理论和研究方法都源于GPS, 可用4颗以上的GPS伪卫星作为信号源来模拟GPS系统中的卫星, 采用独立的坐标系和时间标准, 组成伪卫星网络, 并通过GPS接收机和主控站完成伪卫星系统的同步控制, 导航信号的接收以及定位信息提取和解算, 就能够给一定区域内进行定位。
与GPS观测的数据类似, 我们也可以给出伪卫星伪距及相位的一般观测方程:
式 (1) 、 (2) 中的k和p分别表示接收机和伪卫星。Rkp和фkp分别表示接收机k对伪卫星p的伪距和相位观测值, λp表示伪卫星的载波波长, ρkp表示伪卫星与接收机之间的距离, c表示真空的光速, dtp和dtk分别表示为卫星与接收机的钟差, Nkp表示从接收机到伪卫星相位观测的整周模糊度数值, Tkp表示沿伪卫星信号传播途径上的对流层延迟量, drkp表示伪卫星的位置误差, dmkp和δmkp分别表示伪距及相位观测的多路径效应误差, εkp与ekp分别表示伪距与相位观测的观测误差。
综合 (1) 、 (2) 两个方程可以看出, 伪卫星观测方程与常规的GPS观测方程不同:首先, 由于伪卫星一般放置在大气对流层以内, 所以不需要进行电离层延迟改正;其次, 伪卫星信号所传播的路径一般都是在对流层较低的高度传播, 所以也不能直接采用GPS观测常用的对流层改正模型, 而必须采用特殊的对流层模型进行改正, 也可以利用伪卫星自身的观测量进行改正, 最后由于伪卫星的钟差远远大于GPS卫星的钟差, 因此在测量时必须进行修正。
2 伪卫星定位技术的应用模式
GPS定位技术的精度、可靠性以及完好性都与所跟踪的GPS卫星数目以及几何图形有着密切关系, 而在一些特殊的地点, 如深山峡谷、矿井坑道或者大型城市建筑内, 往往由于信号遮挡严重, 无法定位或者定位精度达不到用户要求, 这就会使GPS系统的可用度降低, 在这种情况下采用伪卫星定位技术就可以比较理想的满足用户需求。
2.1 伪卫星增强GPS系统
在一些地形复杂、遮挡严重的地区, 可视的GPS卫星数量受到限制, 卫星几何图形分布较差, 严重影响到了GPS的定位精度。此时, 通过在地表或空中增加一定数量的伪卫星, 与GPS组合来进行定位, 可以在很多方面增强GPS导航定位系统的性能。众所周知GPS定位精度与原始观测值的误差、卫星的几何图形分布有关, 在GPS观测值精度一定的条件下, 改善GPS卫星的几何图形分布就成为提高GPS定位精度的关键。如图, 增强GPS系统的伪卫星正是通过改善卫星的几何分布, 从而达到提高GPS导航定位精度的目的。
近几年, 经过国外诸多研究机构的不懈努力, 在伪卫星的数量、位置和几何分布方面的研究都有了新的进展, 研究表明, 安置合理的伪卫星能增强GPS卫星的几何强度和信号的有效性, 对导航定位系统的可靠性、模糊度精度和解的结果有非常大的作用, 尤其是在垂直方向上的提高尤为明显。虽然增加伪卫星的颗数对整个系统的完整性、可靠性和定位精度起着重要作用, 但是当伪卫星的数量达到或者超过3颗时, 再增加伪卫星的颗数对整个系统的作用就不如增加1-2颗伪卫星时那么明显。
2.2 独立伪卫星导航定位系统
在矿井隧道、地下掩体或者是遮挡严重的室内, GPS导航信号完全被遮挡, 用户无法进行定位, 利用伪卫星布设方便, 位置灵活的特点, 采用GPS的定位原理, 伪卫星可以完全替代GPS卫星进行定位。独立伪卫星定位系统完全采用了GPS的定位技术, 其定位质量很大程度上取决于接收机与伪卫星所构成的几何图形。室内模拟试验表明, 将5颗伪卫星发射天线安装在室内天花板上, 距离地面高度10米, 移动接收机在室内环绕运动, 其相对定位精度因子RDOP值在1.2-3.8之间, 表现除了良好的定位几何图形。伪卫星定位系统的特点克服了GPS技术应用的局限。
与GPS系统相比, 完全独立的伪卫星导航定位系统在实际应用中有许多优点。首先伪卫星位置灵活, 可以根据要求任意布设;其次为了提高定位精度, 伪卫星的几何分布图可以提前进行优化设计;第三伪卫星播发的频率可根据设计者自身的要求灵活选择。
2.3 基于伪卫星的逆向定位系统
伪卫星逆定位的概念是最早是Raquet等在1995年提出的, 是指用一系列位置已经精确确定的接收机阵列给已安装了伪卫星发射器的移动物体进行定位。伪卫星逆定位系统主要由接收机阵列、参考伪卫星、伪卫星移动站以及计算机数据处理中心等几部分组成。伪卫星逆定位系统要求预先精确确定各接收机和参考站的位置, 通过这些已知点测定伪卫星移动站的精确坐标。逆定位模式利用选定的伪卫星和参考站形成双差观测值, 用来消除接收机的钟差, 削弱其他伪距和载波相位观测的误差, 并且在观测之前可以根据用户的定位需求和移动站的移动范围对接收机阵列进行优化配置, 使之达到最佳的几何图形结构, 提高定位精度。目前基于伪卫星的逆定位系统实际应用还不广泛, 多路径效应、时钟同步、最佳几何分布图形等一些关键技术还有待解决和突破。
3 伪卫星应用的主要技术问题和解决方案
目前, 伪卫星应用的主要技术问题包括:信号的远近效应、多路径效应及大气延迟改正等问题, 这些问题制约和局限着伪卫星定位技术的进一步发展和应用, 急需解决。
3.1 远近效应问题
伪卫星相对于GPS卫星离用户机要近得多, GPS卫星与用户之间的相对距离变化不大, 使得用户机接收GPS卫星信号的强度相对稳定。而伪卫星离用户机较近, 相对距离变化较大。在近距离区域, 伪卫星的信号过强会干扰GPS信号的接受, 甚至会阻塞接收机;在距离较远的区域, 伪卫星的信号又会太弱, 以至于用户机无法跟踪和捕获。所以在一定区域内保持伪卫星和GPS卫星信号的相对平衡, 使两者的信号都能被用户机跟踪和捕获, 是伪卫星在导航定位应用中继续解决的关键问题。
为了克服信号的远近效应, 目前提出的多种方法中有两种较为实用:一种是Stansell提出的TDMA, 采用低占空率的短脉冲来传送卫星信号, 当伪卫星发射占空率为10%时, 其信号能被轻易接收, 且用户机的GPS卫星平均信号功率损耗不大于1db。在脉冲间隙, 剩下的90%的时间, 用户机接收的都是不被干扰的GPS卫星信号, 在这种条件下, 绝大部分用户机能同时跟踪GPS卫星信号和伪卫星信号, 这对实际应用具有非常大的吸引力。另一种是Martin提出的根据应用环境选择自适宜天线, 用户机可以采用分布天线来分别接受GPS卫星信号和伪卫星信号, 同时优化天线的增益图, 使尽量少的伪卫星信号泄露到GPS卫星信号的通道中。
3.2 多路径效应
伪卫星应用过程中的多路径问题要特别关注, 特别是在室内定位, 测量数据质量将受到严重的多路径误差影响, 由于伪卫星受布设高度限制, 卫星仰角较低 (低于15°) , 其信号受地面物体的遮挡将更为严重, 极易受到多路径误差的影响。在静态定位时, 伪卫星的多路径偏移可当做一个常量, 但是在动态情况下, 偏移量通常是随机的, 这就非常难处理。解决这个问题需要使用适当的发射机和接收机天线、鲁棒跟踪和与其他传感器组合等技术。消弱乃至消除多路径效应已成为伪卫星导航定位技术应用的关键问题。
解决多路径干扰问题, 目前主要有4中途径:改进天线抗多路径干扰、数据滤波与自适应处理抗多路径影响、时空组合抗多路径影响和通过选星抗多路径影响。
3.3 大气延迟问题
伪卫星信号的传播与GPS类似, 在传播过程中都会受到大气层的影响。GPS信号的大气延迟包括对流层延迟和电离层延迟, 而伪卫星由于布设的高度一般较低, 位于地球表面附近, 所以我们仅考虑对流层对伪卫星信号的影响。针对对流层延迟补偿, GPS卫星信号通常使用Saastamoinen、Hopfield或Black模型取得较好的改正效果, 但这些模型非常依赖卫星仰角, 而对于伪卫星由于卫星高度上一个很小的变化, 就会引起仰角几度的偏差, 所以这些模型不能直接应用于伪卫星的对流层延迟补偿。有必要针对伪卫星建立改正模型。
伪卫星大气时延补偿有2种:一种是Hein提出的, 为补偿伪卫星对流层延迟, 可将大气折射率描述为气象参数的函数, 这必须对大气气压、温度和湿度进行精密的测量, 而且局部天气条件对该函影响很大。另一种是Barltrop提出的自适应对流层延迟估计算法。该方法将对流层延迟作为定位解算中的一个附加未知参数, 这种方法能用来补偿卫星定位误差, 但是还需要做更多的研究来评估这种估计延迟的精度和可靠性。
4 结束语
随着GPS定位技术的不断发展和应用领域的不断拓广, GPS定位技术自身固有的信号衰减以及定位精度依赖于卫星几何分布的弱点已经限制了它在很多重要领域的应用。伪卫星技术可以弥补GPS导航定位技术应用的许多缺陷, 同时也是提高定位精度的一种有效手段。目前伪卫星技术的推广应用还有许多关键技术需要解决和攻克, 但伪卫星定位技术自身的特点和优越性决定了其必将成为盛业领域中不可或缺的一部分, 随着GPS导航定位技术产业的不断发展, 伪卫星的概念和技术将会有更广阔的前景。
参考文献
[1]Wang J L.Pseudolite Applications in Positioning and Navigation:Progress and Problems[J].Journal of Global Positioning Systems, 2002, 1 (1) :48-56.
[2]Dai L, Wang J, Rizos C.&Han S. (2001b) Pseudo-satellites applications in deformation monitoring[J].GPS Solutions, 5 (3) :80-87.
无处不在的定位技术 篇10
从《东周列国志》记载的“烽火戏诸侯”典故来看, 至少早在周朝, 我国就已经有了用“烽火台”来远距离定位和传输信息的先例。到现代, 信号弹的使用仍然是与烽火台同样的原理, 靠火光来传递位置信息或其他约定信息。
时至今日, 位置识别对于现代人来说日益重要, 从导航到查询, 从侦察到搜救, 应用范围越来越广, 各种定位方法层出不穷, 如生命探测仪、雷达、声纳、陀螺仪、GPS、IP定位、WiFi定位等, 不一而足。
最初的位置识别, 一般是单向的, 用于识别对方的位置, 或自己的位置, 后来逐渐有了双向识别的需求, 不仅需要知道自己在哪里, 还需要让别人知道自己在哪里。
1993年一位美国女孩被绑架杀害的案件, 直接催生了美国的E911法案, 要求电信运营商无论何时何地都能追踪到用户位置。E911法案促使运营商投入大量资金和技术力量研究定位技术, 并扩大了位置服务的市场。
得益于E911法案的实施, GPS开始在民间的各领域大力发展, 定位功能也成为移动终端的标准配置。如今的位置服务已经在手机等智能终端上充分发挥作用, 如苹果手机的防盗功能 (被盗后换卡开机会导致发出一条信息至预设邮箱, 告知手机当前物理位置和使用者的手机号码) , 微信摇一摇中的“附近的人”, 移动梦网下的“找朋友”, 手机QQ中的“我的位置”, 等等。
网络规则, 自觉遵守
在一些科幻影片中, 经常有黑客利用IP地址来找到某人物理位置的描述, 而在现实生活中, 我们也会遇到网络上某人可以明确知道我们身处何方的情形。这都是利用了IP定位。
互联网是基于TCP/IP协议的广域网, 在这一网络中, 我们的身份就简化成了一个IP地址。TCP/IP协议规定了IP地址不能重复, 也就是说, IP地址是相对唯一的, 这就为利用IP地址进行网络定位提供了可能。
我们知道, 网络设备中真正具有唯一性且不可更改的是设备的MAC地址, 而IP地址虽然唯一, 却有可能发生改变, 因而利用IP地址进行定位可能会不准确。
在一些显IP版QQ中, 或者能显示IP地址的论坛中, 我们都能发现指示我们位置的IP地址对应的地理位置常常并不正确。一方面, 可能是因为IP地址发生变动的结果;另一方面, 这种地理位置的显示, 是依赖于IP地址库来进行的, IP地址库错误或者没有更新, 都会导致指示不正确。而对于网络高手而言, 利用代理来伪装IP地址更是轻而易举。
不过, 相对而言, 企事业单位、宾馆、酒店、网吧以及其他一些营业性场所, 其IP地址一般都是固定的 (内网保留地址会由NAT转换为合法的固定外网地址) , 网络定位相当容易。而对于拨号上网的家庭用户而言, IP地址是动态获取的, 每次拨号都不一样, 这就给网络定位造成了一定困难。但是, 因为家庭用户申请上网的ISP局端相对固定, 获得的IP地址范围都是可以查到的, 因此仍然可以大致定位ADSL用户的IP地址, 如果再结合MAC地址记录, 就可以准确确定当时IP地址是分配给哪台电脑了。
根据公安部82号令的要求, 各联网单位都要记录并留存用户访问的互联网地址或域名, 在公共信息服务中发现、停止传输违法信息, 并保留相关记录, 能够记录并留存发布的信息内容及发布时间, 这些功能一般都在认证设备中完成, 必要时可以查阅。因此在上网过程中, 我们要自觉遵守网络规则, 规范自己的言行, 不要因为是在网络上没有人认识自己就恣意妄为或做出违法的事情。
天网恢恢, 疏而不漏
IP定位有很大的局限, 不够准确也不够精确, 还可能被利用代理等方法进行IP欺骗。而GPS定准就真实且精确很多, 因而能够在此基础上进行导航和搜救等工作。不仅是车载导航, 很多手机也带有GPS模块。
GPS (Global Positioning System, 全球定位系统) 起始于1958年美国军方的一个项目, 1964年投入使用。20世纪70年代, 美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS, 并于1978年发射了第一颗GPS卫星。到1994年, 全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已布设完成, 织成了一个“天网”, 真可谓“天网恢恢, 疏而不漏”。
GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础, 向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成, 一是地面控制部分, 由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成; 二是空间部分, 由24颗卫星组成, 21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上;三是用户装置部分, 由GPS接收机和卫星天线组成。
增加4颗备用卫星后, 目前GPS卫星有28颗 (如图1) , 距离地面约20000千米, 已经实现单机导航精度约为10米, 综合定位的话, 精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离, 然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的, 卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间, 再将其乘以光速得到。当用户接收到导航电文时, 提取出卫星时间并将其与自己的时钟作对比便可得知卫星与用户的距离, 再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置, 用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文, 利用原子钟计时系统, 以伪随机码 (PRN) 为基础传播卫星测距信号。然而, 由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步, 所以除了用户的三维坐标X、Y、Z外, 还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数, 然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置, 至少要能接收到4个卫星的信号 (如图2) 。
由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点, 作为先进的测量手段和新的生产力, 已经融入到国民经济、国防建设和社会发展的各个应用领域, 在汽车导航、交通管理、工程勘测、电子巡更、人员搜救等领域都有着广泛的应用。
目前在全球范围内普遍使用的有四大导航系统:①美国全球定位系统 (GPS) 。由24颗卫星组成, 精度约10米, 军民两用。②俄罗斯“格洛纳斯”系统。由24颗卫星组成, 精度10米左右, 军民两用。③欧洲“伽利略”系统。由30颗卫星组成, 定位误差不超过1米, 主要为民用。④中国“北斗”系统。由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。“北斗一号”精确度在10米之内, 而“北斗二号”可以精确到“厘米”之内。
2012年10月25日23时33分, 我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”火箭, 成功将第16颗北斗导航卫星送入预定轨道。这是我国二代北斗导航工程的最后一颗卫星, 这是长征系列运载火箭的第170次发射。至此, 我国北斗导航工程区域组网顺利完成。
快速精确, 基站辅助
如果我们从本地来到另一个城市, 手机上常常会收到一条短信, 是当地运营商热情的欢迎词。为什么它能够知道我们到了什么地方?这就是基站定位技术。
移动通信运营商的通讯基站遍布城乡, 形成一个庞大的网络, 几乎覆盖了每一个可以使用手机的角落。因为手机是通过基站发射的无线信号进行通讯的, 因而也就可以通过基站来快速定位手机的位置, 即移动位置服务 (Location Based Service, 简称LBS) 。
利用基站来确定位置的计算方法主要有两种:到达角原理和到达时间原理。
1.到达角原理 (AOA, Angle ofArrival)
通过几个基站信号到达终端的夹角, 根据三角公式 (如图3) , 来计算移动终端的位置。
2.到达时间原理 (TDOA, TimeDifference of Arrival)
通过几个基站信号到达终端的时间, 来计算各终端和基站间的距离, 从而确定终端位置 (如图4) 。
在实际应用中, 有可能将多种定位原理相结合, 如移动运营商经常使用的“扇区定位”技术, 就是通过测量终端收到的基站扇区前向链路的时延或信号强度来估算距离, 再在基站位置数据的辅助下确定终端位置, 综合了位置标记和到达时间原理。
当然, 除了扇区定位, 移动运营商也可以采用信令监测技术来进行定位, 如前面提到的漫游欢迎短信, 以及小区短信 (向特定区域范围内的手机终端发送短信) 等。通过网络中部署的信令检测仪, 监控相关指令, 运营商就能得到特定区域内手机的TMSI (临时识别码) 、MSISDN (移动台识别号码, 即手机号) , 再通过短信网关发送短信。这些定位技术都依赖于基站。
基站定位的精确度约为50~500米, 这取决于基站的密度和小区切换阀值, 偏僻地区的误差可能会超过一公里。美国联邦通信委员会 (FCC) 要求定位精度在50米以内的概率为67%, 定位精度在150米以内的概率为95%。在侦察技术中, 即常常用基站定位来确定嫌疑人的大致位置以及移动方向。
基站定位虽不够精确, 但可以利用它的快速反应和传输带宽来辅助GPS定位, 提高GPS定位的效率, 这就是基站辅助定位, 如A-GPS (AssistedGPS, 即辅助GPS技术) 、gpsOne等。
对于卫星定位来说, 如果移动终端处于室内大型建筑物之间, 可见卫星较少, 则定位精度会降低或根本无法完成定位。这时也可以利用移动通讯的基站进行辅助定位。A-GPS的室内定位精度约为500米。
根据GPS接收机的工作原理, 初次接收完整的导航电文需要12.5分钟, 然后才开始计算终端位置, 定位时延较长。如果利用基站辅助数据传输, 几秒钟内就能完成导航电文的传递, 大大优化了GPS的定位效率。
此外, 星历有效期 (4小时) 、灵敏度、初次定位时间等GPS的局限都能在基站辅助定位的条件下得以优化和改进。在A-GPS下, 通过移动通讯网络, 辅助GPS服务器可将GPS定位计算所需要的参考位置、时钟、星历、可见星、多普勒频偏等信息传递给GPS接收机, 辅助时间同步、频率同步、编码相位等信息, 大大缩短计算时间, 达到快速、准确定位的效果, 室外定位精度可以达到15米 (如图5) 。
不过, 由于A-GPS技术需要建设辅助GPS服务器, 会增加运营商的运维成本, 因而A-GPS在数据传输阶段产生的流量费用是收费的, 在没有流量包月的情况下要谨慎使用。
WiFi定位, 逐渐成熟
WiFi是无线局域网 (WLAN) 的一种应用方式, 基于IEEE 802.11协议, 根据所支持的协议版本, 又有IEEE 802.11a/b/g/n之分, 其覆盖范围一般在90米以内 (室内30米, 室外300米) 。
由于WiFi内的终端都是可移动的, 就无法通过IP地址来进行定位, 相比较而言就比有线网络中的终端定位困难得多。
在接收到的WiFi信号中, 包含了MAC地址、SSID、RSSI等信息, 再根据一定的算法原理, 如位置标记 (Location Signature) , 就可以将终端位置估算精确到100米甚至10米左右。
WiFi定位的算法, 有中心点法、加权中心点法、AP-ID法等, 这些算法简单易行, 但精度不很高。如果再结合电磁学原理, 根据信号强度和衰减过程, 利用三角定位和指纹算法, 可能会使WiFi定位的精度达到5米左右。
即便是无法确定WiFi中的移动终端, 只要它所连接的无线AP的物理位置是固定的, 就仍然可以根据AP的无线覆盖范围来定位终端的大致位置。
随着新技术的发展, ZigBee、蓝牙和射频识别技术开始在无线定位中运用, 使得这一定位方法逐渐走向成熟, 并在混合定位中发挥作用。
传感定位, 有待研究
在苹果的引领下, 移动终端中加入了很多传感器, 如重力传感器、移动传感器、方向传感器、光线感应器、距离感应器、三轴陀螺仪、电子罗盘等, 这些传感器极大地丰富了手机的功能和应用, 也使得手机定位有了新的突破可能。
在一些公共厕所的自动冲水装置中, 就应用了距离传感器, 可以感知人体的靠近, 而手机中同样可以用来检测人脸靠近从而锁定屏幕, 避免灵敏的触屏动作形成误操作。自动门也使用了接近传感器, 红外线、超声波都可以作为实现原理。屏幕翻转和体感游戏以及空中飞鼠则利用了重力传感器, 可以感知智能终端的位置变化。
声纳和雷达系统, 也应用了传感定位, 就连私家车中的反雷达设备——电子狗, 也是一种传感器。
在惯性导航系统中, 更是充分利用了传感器的功能, 如利用加速度传感器计算终端的移动速度, 利用陀螺仪判断终端的运动姿态, 再根据前面的定位数据得到终端的连续位置, 进而判断终端的前进方向和速度。
如果缺少外来纠正信息, 传感器定位的误差累计可能会越来越大, 直到没有利用价值。如何进一步减小误差, 提高精度, 扩大探测范围, 直至可以独立进行传感器定位, 还有很长的研究道路要走。
煤矿井下人员定位系统的技术探讨 篇11
随着国家对煤矿安全的重视与监管力度不断加强，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，同时如何改变目前煤矿企业对井下人员落后的管理模式，实现管理的现代化与信息化已成为所有煤矿企业关心的课题。
关键词：井下人员定位、双机热备、传输平台、人员标识卡
中图分类号： TD745 文献标识码：A文章编号：1674-098X(2011)03(c)-0000-00
1前言
近年来，为进一步整顿煤矿安全生产，国家不断加大安全监管力度，要求各级安全监管部门要不间断监测各矿井的安全状况，消除安全隐患，避免煤矿安全事故的发生。为此，煤矿企业积极响应国家的相关政策，采取各种措施，不断提高安全管理水平和技术手段，纷纷建设相关的配套项目。其中，井下人员定位系统，由于能够提供井下准确的人员数量和精确位置，已逐步在煤炭行业中得到了越来越多的应用，为安全管理、灾害预防以及事故救助等提供了可靠的保障基础。
2系统概述
煤矿井下地质条件复杂，作业人员流动性大，一旦发生事故，就无法确切知道他们所处的位置，给救灾工作带来极大的困难。井下人员定位系统功能就在于：让我们能借助它实时了解井下人员及机车的流动情况、了解当前井下人员的准确数量及分布情况，查询任一指定下井人员当前或指定时刻所处的区域，查询任一指定人员本日或指定日期的活动踪迹。另外，作为下井人员考勤系统，统计与考核下井人员的出勤情况，可以对任一日期或指定日期段、任一指定月份，对下井人员进行下井次数、下井时间、下井班次等进行分类统计，产生人员考勤的日报表、月报表，便于考核，并能打印相关报表。可用来规范人员的活动，防止缺岗、串岗、迟到和早退，提高矿井生产效率，有效防止只考勤不下井或下井不考勤的情况，确保考勤统计数量与井下作业人员的数量完全一致。当事故发生时，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。
井下人员定位系统是以井下移动人员和移动设备为监测对象，主要由地面调度中心、数据传输通道、无线数据监测分站、无线编码发射器、报警装置和电源等设备组成。其中，无线编码发射器代表目标特定身份的编码信号，由数据监测分站接收、处理后，通过传输通道传至地面调度中心。地面调度中心对接收到的包括时间信息、位置信息和目标特征码的数据进行处理，形成可供用户随时查询的多种应用文件或图表，实现了对井下人员和运输车辆位置进行监测等功能，具备了多种报警方式，并利用网络技术手段将国家监管机构、集团、矿区三级网络进行互联，实现了信息共享。
3系统组成与结构：
1、地面调度中心：
地面调度中心是对监测分站的信息和数据进行处理，并通过文字、图形、图像等形式，真实表现井下作业人员的当前状态和告警信息，并且根据要求，保存历史资料和进行统计分析。
一个完善的地面调度中心主要是由数据应用服务器、数据库服务器、WEB应用服务器、短信服务器、实时操作终端、打印机以及声光告警模块等组成。
当地面调度中心得到监控信息和数据时，将向数据应用服务器发出请求，数据应用服务器根据不同事务按照编制的软件进行处理，当应用服务器需要某些数据或要进行数据库操作时，就会向数据库服务器发出请求，这时数据库服务器响应，提供所需数据或完成请求操作，应用服务器得到响应完成处理向请求方发出响应，完成整个过程的处理。在这些处理过程中，数据应用服务器可以将被监控对象信息、状态实时展示在显示终端上，根据告警级别进行声光告警，并且还可以根据不同事务向短信服务器发出请求，通过手机短信向相关负责人发出有关信息，即使人在外地也可以通过互联网访问WEB服务器，在权限范围内查询被监控对象的实时状态和信息，另外，地面调度中心可进行丰富的业务管理，分析和统计各项数据，为高层管理人员提供决策依据,对不同管理员可设置不同的操作权限并在其使用过程中进行实时监控，
2、井下部分：
以人员定位分站、动态目标识别器、人员标识卡、矿用电源箱、矿用数据传输光端机等作为井下人员信息无线检测处理的基本单元。在井下主巷道、分支巷道和监测点等区域采用人员定位分站+矿用本安电源+动态目标识别器+矿用数据传输光端机的连接方式，与矿井工业以太网的交换机相连接，组网灵活、方便，同时可与矿井综合自动化系统并网运行。
3、传输平台：
煤矿井下人员定位系统是以工业以太环网（GEPON网）作为信息传输平台。各监测分站采用标准485通信方式，在井下建成环网以后，可直接通过GEPON环网传输数据与信息。
GEPON（Gigabit Ethernet Passive Optical Network）是千兆无源光纤网络,采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和 TDM时分 MAC媒体访问控制方式，并能提供多种综合业务的宽带接入技术。其主要特点是成本低，带宽可动态分配，系统稳定，易于安装维护，故障率低，组网灵活，易于扩展, 适合于综合传输视频、数据、语音等信息。
主要技术参数
主干网络通信速率：1000Mbps；
主干网络传输距离：15km；
网络节点数：单台OLT支持4个环网，40个节点；
网络节点通信速率：10-100Mbps可调；
线路冗余切换时间：小于100mS。
4、数据库备份：
对于井下人员定位系统的软件部分来说数据库是十分重要的，一旦数据库出现问题造成数据丢失，将使整个系统瘫痪，无法运行。目前，在数据库服务器中安装的数据库，一般采用Sql Server 或Oracle等大型关系数据库管理系统。完备的数据库备份策略,对于发生自然灾害（如：火灾、水灾等）、病毒攻击、人为操作失误等造成的系统瘫痪，可以通过备份的数据迅速还原数据库，使系统在很短的时间内恢复正常运行。
数据库备份一般采取本机备份和异地备份，即在数据库服务器本机上进行数据自动备份，然后再将备份好的文件定期自动拷贝到其它地方的某一台计算机上，这样，系统数据库的备份策略将是十分完善和可靠的。
4井下人员定位系统遵循的基本设计原则：
4.1先进性、成熟性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得整个系统既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。
4.2可靠性、安全性
实时监控的不间断性，决定了在设计中必须考虑提高系统运行的可靠性，因此，系统在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都选用了高质量的材料，并采用了先进的防火墙技术，以确保安装的监控主机、分站、接收器、发射器与布线系统，能适应煤矿井下高温、高湿、瓦斯等严格的工作环境，实现了系统稳定。
4.3易操作性
以易于使用的图形人机界面功能，为信息共享与交流、信息资源查询与检索等提供了有效的工具。
4.4实时性
分站接收的信息和监控主机显示都能快速反映，充分满足实时性的需求。
4.5完整性
提供与各种外界系统通信的功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。
4.6互联性和扩展性
充分考虑将来需求的空间，所提供的系统平台与技术充分配合，满足未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
5煤矿井下人员定位系统应具备的主要功能
5.1 报警功能：
对于指定的禁区，如果有人员进入，实时报警，并将报警信息以语音提示、弹出窗口等方式显示，并显示进入禁区的人员信息，对于井下矿工的求救报警，除了以上提示外，在采掘平面图或巷道布置平面图上能切换到求救人员的位置，并且闪烁；通过设定相应工种的下井时间，对超过时间的人員发出报警，并调出相关人员的信息。
5.2 人员轨迹和信息查询功能：
可查询当前井下人员的数量及分布情况。查找任一指定井下人员在某个时间段内的活动轨迹，并在图中画出实际的行走轨迹；选定某一区域，可获得当前该区域的人员信息，选定某一无线读卡器，可获得经过无线读卡器的人员信息和时间，以及所在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等信息。
5.3 丰富的地图功能：
具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、图层控制、地图打印等功能。具有矢量图管理功能，能够对工程图进行矢量化和矢量图属性编辑功能，具有放大、缩小和移动功能，并能在矢量图上定位并显示人员的准确位置和基本信息(姓名、性别、年龄、单位、职务、通讯电话…)。能对入井人员信息按照工作单位、职务、工种等情况进行分类检索和报表打印输出。
5.4 紧急求救功能：
发生紧急事件时，通过矿工配带的无线编码器可主动发出求救信号，及时、准确地发现紧急情况，同时系统提供最佳逃生路线，最大程度上保证救援工作的及时性。
5.5 人员搜救功能：
遇到灾变等严重情况时，首先利用监测中心站最新的位置信息发现遇险人员的大致地点，然后利用手持的无线搜救仪去寻找定位卡，精确的寻找遇险人员位置。这样极大的方便了人员搜救，使遇险人员能够得到及时救助。
5.6 完善的考勤功能：
可与地面考勤系统互联，用来规范人员的活动，防止缺岗、串岗、迟到和早退，在实际运用中，提高了矿井生产效率，有效防止了只考勤不下井的情况，能分类统计，产生考勤日报表、月报表，便于考核，并能导出多种格式的报表数据，方便存储归档，确保了井下作业人员的出勤率。
6煤矿井下人员定位系统的技术特点
1、设备适应性强、无阻碍通过：
能对煤矿巷道远距离移动目标进行非接触式信息采集，识别无盲区、信号穿透力强、安全保密性能高、对人体无电磁污染、环境适应性强、可同时识别多人，通行方式无限制，允许多人“成群接队"、“成组成群”通过，通过时不用作任何操作，无阻碍通过，不影响井下人员的正常通行和正常作业；
2、结构简单、可扩展性强、维护方便：
系统采用四级模式，专用动态目标识别器可根据用户需求灵活配置，并可随开拓进度随时扩容，配置分站及动态目标识别器越多定位区域越多，人员定位的位置越准确；设备采用模块化设计管理、维护方便；
3、设备可复用，减少投资：
人员定位系统网络可以和原有的安全监测系统共网复用，减少用户投资；也可以在人员定位系统网络中加各种类型的传感器，构成多功能的综合监测系统。
7结束语
近几年，通过对井下人员定位系统在煤炭行业的不断推广与应用，使我们充分认识到人员定位系统在煤矿应用中的重要性，该系统通过多硬件集成，特定软件辅助，组成了一个功能强大又结合生产实际需求的管理平台，提高了矿井安全管理水平和工作效率，实现了资源共享，保证了数据的准确性与完整性，为矿井的抢险救灾与安全救护，提供了可靠的数据信息。事实证明，煤矿井下人员定位系统是当今煤炭行业安全生产的充要条件，属于安全生产管理重要的组成部分。
参考文献：
煤炭科学研究总院常州自动化研究院 《工矿自动化 》2010年第4期 祁南煤矿人员安全监测系统的改造 汪彦峰
配电网故障定位技术综述 篇12
关键词：配电网,架空线,中性点非有效接地系统,故障区段定位,故障测距
0 引言
供电企业一个基本任务是不断提高供电可靠性。据统计，电力用户遭受的停电事故95%以上是由配电网引起的(扣除发电不足因素)，其中大部分是故障原因[1]。因此，准确地测定配电网故障位置，对于及时隔离并修复故障、提高供电可靠性具有十分重要的意义。
根据测量时线路是否带电，配电网故障定位技术可分为在线和离线两种方式。实际的配电线路故障绝大部分是绝缘击穿故障，在线路停电后，绝缘恢复，故障电阻上升至数千欧甚至数兆欧，难以通过直流电阻或注入信号寻迹等简单的方法测定故障点位置，通常需要采用高压设备将故障点击穿后测寻故障点。目前，离线定位法主要用于电缆故障定位。对于架空线路来说，由于供电距离较长，通过施加高压击穿故障比较困难，尤其是线路通常与配电变压器直接相连，外加高电压会对用户用电设备带来危害。因此，离线定位不适用于架空线路。
在具体实现方式上，故障定位方法可分为利用多个线路终端(FTU)/或故障指示器(FPI)的广域故障区段定位法以及直接利用线路出口处测量到的电气量信息计算故障距离的故障测距法。前者用于交通便利、自动化水平较高的城区配电网完成快速故障隔离;后者用于供电距离较长、不易巡检的乡镇配电网或铁路自闭/贯通系统完成故障点查找。
针对不同故障类型，本文将详细介绍实际应用中的短路故障定位技术和小电流接地故障定位技术。并根据目前定位技术中存在的问题，对未来故障定位研究进行初步展望。
1 短路故障定位方法
电力系统短路故障是指引起电流急剧增大，电压大幅度下降，并进一步导致电气设备损坏的相与相或相与地之间的短接[2]。短路分为三相短路，两相短路、两相对地短路和单相对地短路(发生于大电流接地系统，即中性点直接接地或经小电阻接地的系统)。短路故障特征明显，故障定位的实现相对简单。
1.1 故障区段定位法
短路故障电流幅值较大，易于检测，通常采用“过电流法”[3,4]实现架空线路短路故障的区段定位，原理与过流保护相同。
“过电流法”需要借助馈线终端装置(FTU)或故障指示器(FPI)定位故障区段。以图1所示的手拉手环网馈线自动化(FA)系统为例，在线路出现短路故障时，FTU检测到过流现象并上报至FA控制主站。主站分析故障信息，确定故障区段。在变电所保护动作跳开故障线路后，遥控分段开关隔离故障，恢复非故障区段供电。
“过电流法”原理简单，判据明确，同时具有较好的灵敏度。FPI在故障定位实现上与FTU相同，其测量方式分为直接测量和非接触式测量(测量电磁场)两种。采用非接触式测量[5]监测故障信息具备一定的现场应用优势，测量装置的灵敏度和可靠性是该研究能否推广的关键。
1.2 故障测距法
对于郊区及乡镇配电网，供电距离长，采用故障测距的定位方法既可以降低成本，又可以减轻寻线负担。
1.2.1 阻抗法
阻抗法[6,7]是利用故障时测到的电压和电流求取故障回路的阻抗，又因故障回路阻抗与故障距离成正比，从而据此定位故障。阻抗法原理简单，投资少，但配电网结构复杂，分支线、混合线路较多，且负荷影响较大，故阻抗法不能简单的直接用于测距计算，实际应用中常常作为辅助测距方法，结合“S注入法”计算故障距离或配合行波法确定故障距离[8]。
奥地利采用的是将馈线预先分段，利用标准的电力系统分析软件对各段线路进行离线短路计算[3]。当故障发生时，远端继电器测量故障电抗并上报主站，与短路计算得到的故障阻抗对比判断故障区段。这种阻抗定位策略在故障发生时仅需作出对比判断，节省了计算时间，且准确率高，实际运行效果良好。
1.2.2 电流对比法
为克服阻抗法对负荷影响考虑不足的缺点，欧洲一些发达国家采取了一些改进措施[3]，在计算中考虑实时采集的负荷电流，通过电流对比定位故障区段。该方法对自动化实现程度要求较高，它是利用SCADA/EMS/DMS/D-SCADA计算各条线路的故障电流并与各点测量上报的故障电流进行对比，判断故障位置。此方法将各监测点的故障信息与SCADA等系统监测的负荷电流等电网运行信息综合运用，故障判断更为准确，在芬兰实际运行效果良好，但由于仅以电流作为判据，定位精度受故障电阻影响较大，需要作进一步的改进。
2 接地故障定位方法
接地故障是指中性点非有效接地系统发生的单相对地短接，又称小电流接地故障。其工频故障电流微弱，故障电弧不稳定，而由线路电容充放电引起的暂态信号幅值较大，信息量丰富。针对小电流接地故障的特点，故障定位研究中采用了多种解决策略。
2.1 故障区段定位法
2.1.1“S”注入法
“S注入法”是利用故障时暂时“闲置”的接地相电压互感器注入一个特殊信号电流，通过对该信号进行寻迹来实现故障选线和定位[9]。在实际工程应用中可以在线路节点和分支点安装信号探测器，通过检测信号的路径来定位故障区段，也可以通过手持探测仪沿线巡检，信号消失的点即为故障点。文献[10]提出了基于注入信号原理的“直流开路、交流寻踪”的离线故障定位方法，该方法致力于解决停电情况下故障点绝缘有可能恢复，必须外加直流高压使接地点保持击穿状态，从而保证注入信号的流通回路，通过信号寻迹确定故障位置，还要注意外加高压对用户的影响。“S注入法”原理先进，不受消弧线圈影响，适用于只安装两相CT的架空线路;但该方法需要附加信号注入设备，且注入信号强度受PT容量限制，对于高阻接地及间歇性故障，检测效果不好。
2.1.2 零序电流法
零序电流法利用线路零序电流的幅值及相位特征进行故障区段定位[11]。对于谐振接地系统，由于消弧线圈的补偿作用，故障线路零序电流的变化特征不明显，幅值和相位判据失效，文献[12]提出对谐振系统故障后的稳态零序电流增量进行分解，根据分解后的电流增量的相位定位故障区段;文献[13]提出在故障发生后通过改变消弧线圈的补偿度，监测线路零序电流的增量变化来判断故障区段，文献[14]详述了零序电流增量法的基本原理及配合FTU的定位策略，这几种措施从一定程度上提高了零序电流法的检测灵敏度，但对于高阻故障，检测仍然比较困难。
另外可以利用暂态零序电流[5]幅值较大，且判据不受中性点运行方式影响的特点，直接比较各点的暂态零序电流幅值实现故障区段定位。利用暂态信号充分提高了检测灵敏度，但缺点是故障暂态信号的获取和判断不太稳定，导致定位可靠性不高，需要进一步改进。
2.1.3 中电阻法
中电阻法是对稳态零序电流法的一种成功改进。由于谐振接地系统的稳态故障电流无法用于故障检测，需要在中性点投入中电阻产生足够大的零序电流，通过比较沿线FTU检测到的零序电流幅值判断故障区段。该方法适用于谐振接地系统，从根本上克服了稳态法灵敏度低的缺点，但需要改动变电所的中性点接地方式，同时也带来了一定的成本问题。
2.1.4 零序功率方向法
功率方向法是通过检测零序功率的有功分量或无功分量进行故障定位。对于中性点不接地系统，检测沿线零序无功功率的方向即可判断故障区段，但不适用于谐振接地系统，文献[15]提出的零序有功分量(或称有功功率)适用于谐振接地系统，但有功分量较小，不易检测，且受CT不平衡电流的影响，可靠性低。
文献[16]提出的暂态零模功率方向法原理与首半波法类似，首先利用暂态零模电压、电流计算出故障方向，然后通过比较各FTU测量的故障方向判断故障区段。该方法不受中性点运行方式影响，不需要在中性点投入中电阻或向系统注入信号，但需要在线路上加装零序电压互感器，成本高、施工不方便，而且大量的电压互感器容易引起铁磁谐振。
2.1.5 相关法
相关法[17]是一种通过判断相邻FTU检测到的暂态零模电流相关性确定故障区段的故障定位方法。该方法仅需要测量暂态零模电流信号，避免了安装电压互感器带来的问题，且检测灵敏度高，不受中性点运行方式影响，不需要加装任何设备，成本低，易于实现，但需要应用于实现馈线自动化的网络或安装FPI，且各FTU/FPI间需架设通信网络。
2.1.6 其它方法
除上述方法外，早期研究中的端口故障诊断法，是对可及端口施加激励，通过检测端口故障电流源是否为零判断故障端口，故障端口包含故障分支，进而通过分支判据判别故障分支[18]。在此基础上，文献[19]借鉴模拟电路故障诊断理论，结合字典法的概念，提出了改进的端口比值分支定位法。该方法属于离线测量法，应用于架空线路难度很大，且需要获取线路两端的信息，应用有所局限。
此外，加信传递函数法通过在故障线路出口处施加高频信号(单位阶跃波、窄脉冲波、方波)，在频域内构建配电系统的传递函数，由传递函数的频谱特性构造判据进行故障定位[20]。传递函数法取用地模分量作为故障定位的信息依据，因此具有不受负载参数变化影响的优点，且能够实现多分支辐射网的故障定位问题，但同时存在无法处理只有线模分量的短路故障的定位问题，目前尚未投入实际运行。
2.2 故障测距法
2.2.1“S”注入法
“S注入法”除用于故障区段判断外，也可以用于故障测距。通过检测注入信号的电压电流，计算变电站至故障点的故障阻抗，以故障距离与故障阻抗成正比为判据计算故障点位置[21]。该方法灵敏度受注入信号强度影响，定位效果需要现场实际运行以进一步验证。
2.2.2 微分方程法
微分方程法[6]是通过列写线路的暂态微分方程，利用测量的暂态电压、电流信号求取测量端至故障点间线路电感实现故障测距，又称之为暂态阻抗法。该方法不受中性点运行方式影响，克服了稳态法中故障信号微弱难以用于定位的缺点，灵敏度大为提高。但由于所使用的模型没有考虑线路的分布电容，测距误差大，不能满足实用化的要求。
2.2.3 行波法
根据行波理论，线路上的任何扰动，其电气量均以行波的形式向系统的其它部分传播，因此在理论上可以利用测量到的暂态行波信号实现各种类型故障测距。其基本原理是通过测量故障产生的行波在故障点与母线之间往返一次的时间(单端法)或利用故障行波到达两端的时间差(双端法)来计算故障距离。输电线路输电距离长，利用GPS同步对时可以准确计算故障距离，配电线路结构复杂，分支点多，在配网中应用行波测距关键要解决故障波头的识别及混合线路波阻抗变化的问题，同时需要考虑其经济成本。文献[22]所采用的C型故障测距是根据脉冲发射测距原理提出的，它可以在停电条件下对线路离线测量，但信号发射接收装置成本较高，还需要解决抗干扰问题，实用化难度大。文献[23]针对带分支线配电网提出先定位故障区段，再计算故障距离的行波测距方法，仿真显示测距结果准确，但仍然存在伪故障点的判断问题。文献[24]提出利用适用于各种故障类型的行波线模分量实现故障测距，为解决分支线路定位，需要在主线路及各分支线路末端安装测距装置，应用成本过高。文献[25]开发出低成本的行波信号传感器，沿线安装在容性装置的接地线上，通过双端测距计算故障距离，但装置的安装条件对方法的应用有一定限制。综合上述几种方法，在配电网中应用行波测距必须使用双端测距，单端测距是不可行的，而双端测距又会增加成本，其应用受到局限。
2.2.4 参数辨识法
参数辨识是在系统结构已知的前提下，建立其等效数学模型，通过线路首端检测到的电气量求取模型内各元件参数的办法，在电力系统一般应用时域[26]和频域[27]两种参数识别，求解工具通常为最小二乘法。输电网结构简单，参数均匀，求解过程只需要辨识少量参数，故障测距比较准确[28]。文献[29]对中性点不接地系统建立零序网络等效模型，利用零序电流、电压信号，辨识各出线对地电容，与已建模型电容比较选出故障线路，再辨识故障线路电感计算故障距离，由于小电流接地系统零序分量较小，仅能保证一定程度的选线判断，用于故障测距会大大降低计算精度，实际应用效果有待进一步验证。
3 配电网故障技术展望
(1)用户对供电可靠性要求不断提高。下一步提高供电可靠性的必然途径，就是通过准确的故障定位应对故障停电问题。从国内外的发展状况来看，配电网在提高供电可靠性上显得越来越重要，其故障检测也受到越来越多的重视。
(2)现有的故障定位技术相对成熟。适用范围也涵盖了各种接地方式及故障情况，且具备现场应用的条件。实际应用中，要因地制宜，选择合理的定位策略，并积极地推广应用，摸索经验。
(3)建立故障管理系统。通过故障管理系统可以充分利用获取的各种故障信息，如配合故障投诉系统[30,31]采用信息融合技术做出最优判断。同时可以记录各种定位方法的运行性能及准确率，有助于对比分析，为改进及开发提供可信的数据。
(4)根据分布式电源的并网要求，制定合适的保护方案。随着分布式电源在系统中比重越来越大，使传统配电网的运行和管理更加复杂。在分布式电源规模占系统比例较大的情况下，其接入会影响到系统保护的定值及定位判据，需要建立相应的保护方案及定位策略。各国对分布式电源接入的要求有着不同的规定，包括有条件接入、积极接入及有源网络等。带分布式电源的配电网故障定位也要根据不同的并网要求选择合适的定位策略，国外已开始了相关研究[32]。
4 结束语