一种基于Mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法与流程

本发明涉及隧道施工领域，特别涉及一种基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法。

背景技术：

在隧道施工领域内，隧道内定位系统是解决作业人员具体位置，事前预警和事后搜救，争取抢救时间的重要系统。而目前多数精确的人员定位系统，大多采用在作业人员身上佩戴标签，然后通过该标签与已知位置的锚节点做tof或tdoa的测距的方式来确定人员的位置结果。在各个锚节点与标签通信之后，将测量结果汇集至定位中心，由定位中心结合隧道的地图，最终确定标签在隧道内的位置。

而如何在隧道内部署锚节点就成了构建定位系统最为重要的一个环节，这通常有两种方法：有线网络部署和无线网络部署。

有线网络部署需要随着隧道的施工，沿着隧道方向，不断的架设网线。并且，在部署锚节点以外，还需要再每隔一段距离部署一台交换机，使得部署成本很高，难度很大。根据隧道挖掘工艺的不同，多个平行导洞的场景会使得有线网络更加复杂。

无线网络部署解决了有线方式里成本高和难度大的问题。但也需要每隔一段距离部署一台网桥。每一台网桥都需要单独进行配置，对安装人员有一定的要求，后期维护更考验人员的能力。线性的网桥级联也存在一定的风险，如果在系统运行过程中，中间的一台网桥设备发生了故障，则其后续的所有网桥将失去连接，相关的锚节点也会失去与定位中心的连接，失去事故预警的作用。另外，根据隧道挖掘工艺的不同，多个平行导洞的场景里，如果只在一个导洞内部署网桥，则会出现相距较远导洞的锚节点信号不好的问题；如果在每一个导洞内都部署网桥，则会增加部署的成本和系统复杂度。

而利用mesh技术自组网的方式，能够大大简化了锚节点部署的难度。安装人员只需要将锚节点以一定的间隔，安装在需要定位的隧道导洞墙壁上，并连接电源，即可完成部署。并且能够适用于多种隧道挖掘工艺，允许同时存在多个平行的导洞。而且，在某一个锚节点故障后，该导洞内后续的锚节点也可以自动跳过故障锚节点，不会影响其余锚节点的正常工作。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种便捷以及稳定性好的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法。

本发明提出一种基于mesh技术的隧道定位锚节点网络，包括核心网关和不少于一个锚节点组；所述锚节点组由单个隧道或者单个导洞内的不少于一个锚节点组成，每个锚节点组都建立有一个属于本导洞或本隧道的有着专属标识的mesh网络，所述锚节点组内的所述锚节点在每个隧道内以隧道的洞口或导洞的起点为起点依次排布；所述锚节点组中设置在隧道的洞口或导洞起点的所述锚节点为root锚节点，组内其余的所述锚节点为node锚节点，node锚节点用于连接其前后的node锚节点，root锚节点用于连接首个node锚节点和核心网关；所述锚节点组上的所述mesh网络通过所述root锚节点与所述核心网关的wi-fi环境连接；所述锚节点组内的所有锚节点采集到的定位相关信息会一级一级的通过所述mesh网络传递至所述root锚节点，再由所述root节点发送给所述核心网关。

优选地，所述核心网关包括路由器、计算板卡和电源模块；通过所述路由器提供一个wi-fi环境，并将每个所述锚节点组内的所述root锚节点连接到同一个网络内。

优选地，如果所述锚节点组内的所述root锚节点出现故障，那么设置在所述root锚节点后的node锚节点会代替原来的root锚节点，成为新的root锚节点。

优选地，如果所述锚节点组内的其中一个所述node锚节点出现故障，那么设置在该所述node锚节点后的所述node锚节点会跳过该node锚节点重新编号。

优选地，所述锚节点包括mesh模块、测距模块和电源。

一种基于mesh技术的隧道定位锚节点部署方法，部署过程如下：

(1)在隧道口安装核心网关，并保证每个导洞口处都能被核心网关中路由器的wi-fi覆盖，

(2)在需要定位的导洞的出口位置安装锚节点。并将该锚节点配置为root锚节点，并写入导洞编号。所述root锚节点，根据导洞的编号，将会建立属于本导洞的mesh网络。同时，所述root锚节点将会搜索wi-fi信号，并加入核心网关的网络中。

(3)在需要定位的导洞，沿着隧道施工的方向，间隔一定距离，逐个部署其余锚节点，并将这些锚节点配置为node锚节点，并写入导洞编号。所述node锚节点，将会自动搜索与自身id相同的mesh网络，并加入其中。

(4)在其余需要定位的导洞，同样在出口位置，安装root锚节点，建立起属于各自导洞的mesh网络，并同样加入到核心网关的wi-fi环境中。相同的，在安装完root锚节点后，重复步骤3，依次安装node锚节点。

(5)所有锚节点都部署完成后，每个锚节点的数据都可以通过各自导洞的mesh网络，汇集到各自导洞的root锚节点处。再由各个root锚节点将数据通过wi-fi发送给核心网关。从而完成隧道锚节点的部署。

本发明的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法的有益效果为：

1、只需要将各个锚节点按一定间隔安装在隧道导洞的墙壁上，并连接电源即可。无需再安装其他任何设备。简化安装步骤，降低系统复杂性。

2、每个导洞内的锚节点各自组成mesh网络，由于meshid不同，不会相互影响，降低了多导洞锚节点部署的难度。

3、单个的锚节点如果出现故障，其余的锚节点会自动重组mesh网络，极大提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法的核心网关的结构示意图；

图2为本发明的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法的锚节点的结构示意图；

图3为本发明的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法在一个隧道内3条平行导洞部署实例的结构图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图3，提出本发明的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法的一实施例：

一种基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法，包括核心网关和三个锚节点组。

锚节点组由单个导洞内的多个锚节点组成，其中位于导洞入口的锚节点为root锚节点，其余的锚节点为node锚节点。锚节点包括mesh模块、测距模块和电源。

锚节点配置为root锚节点时，root锚节点的mesh模块用于建立属于本导洞的mesh网络，并连接该mesh网络和核心网关的wi-fi网络。mesh网络的id可以由串口进行配置。由于每个导洞的root锚节点配置的id不同，所以每个导洞建立的mesh网络不会互相影响，而是在各自导洞内，形成独立的mesh网络。

锚节点配置为node锚节点时，通过串口进行配置mesh网络的id与同导洞其余锚节点id一致。mesh模块自动连接相同id的mesh网络。所有采集到的定位相关信息，均通过同导洞的mesh网络，一级一级传递至root锚节点。由root锚节点再通过wi-fi汇集至核心网关中。

核心网关包括路由器、计算板卡和电源。计算板卡连接路由器的lan口，路由器配置wi-fiap模式，用于将所有root锚节点连入同一个网络中。

隧道内定位系统部署完成后，当有携带标签的工作人员进入系统覆盖的某一条导洞内时，将会被该导洞内的每个锚节点的测距模块获知到定位相关信息，然后通过mesh网络一级一级的传递给本导洞的root锚节点，再由本导洞的root锚节点传递给核心网关，在核心网关结合隧道的地图，最终确定携带该标签的工作人员在隧道内的位置。

部署过程如下：

1、在隧道口，安装核心网关，并上电，保证每个导洞口处都能被核心网关中路由器的wi-fi覆盖。

2、在需要定位的导洞，出口位置，安装锚节点。并将该锚节点配置为root锚节点，并写入导洞编号。所述root锚节点，根据导洞的编号，将会建立属于本导洞的mesh网络。同时，所述root锚节点将会搜索wi-fi信号，并加入核心网关的网络中。

3、在需要定位的导洞，沿着隧道施工的方向，间隔一定距离，逐个部署其余锚节点，并将这些锚节点配置为node锚节点，并写入导洞编号。所述node锚节点，将会自动搜索与自身id相同的mesh网络，并加入其中。

4、在其余需要定位的导洞，同样在出口位置，安装root锚节点，建立起属于各自导洞的mesh网络，并同样加入到核心网关的wi-fi环境中。相同的，在安装完root锚节点后，重复步骤3，依次安装node锚节点。

5、所有锚节点都部署完成后，每个锚节点的数据都可以通过各自导洞的mesh网络，汇集到各自导洞的root锚节点处。再由各个root锚节点将数据通过wi-fi发送给核心网关。从而完成隧道锚节点的部署。

本发明的基于mesh技术的隧道定位锚节点网络以及部署方法的有益效果为:

1、只需要将各个锚节点按一定间隔安装在隧道导洞的墙壁上，并连接电源即可。无需再安装其他任何设备。简化安装步骤，降低系统复杂性。

2、每个导洞内的锚节点各自组成mesh网络，由于meshid不同，不会相互影响，降低了多导洞锚节点部署的难度。

3、单个的锚节点如果出现故障，其余的锚节点会自动重组mesh网络，极大提高了系统的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。