摘要：為提高智慧農(nóng)業(yè)中無線傳感器目標(biāo)定位的精度，采用改進(jìn)四邊測距算法。首先通過４個(gè)查詢節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)造與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的線性方程，為兼顧定位區(qū)域其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位誤差，對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差求均值；隨后未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離采用牛頓迭代求精；最后對(duì)鄰居位置相對(duì)不集中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排除，并且給出了算法流程。試驗(yàn)仿真顯示，在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例增加的情況下，該算法比其他算法的定位誤差下降速度快，定位誤差與其他算法間隔比較大，而且變化幅度較小，定位性能趨于穩(wěn)定。

　　關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；無線傳感器；精確定位；四邊測距；迭代；定位誤差；閾值

　　在智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測中，使用飛行器將幾百個(gè)甚至幾千個(gè)傳感器隨機(jī)拋撒到監(jiān)測區(qū)域，便于獲取環(huán)境信息，但是對(duì)獲取的監(jiān)測信息需要附帶相應(yīng)的位置信息，在大多數(shù)情況下，無線傳感器隨機(jī)布放的環(huán)境不是在二維區(qū)域中，而是在復(fù)雜多變的三維區(qū)域中，傳感器節(jié)點(diǎn)取得的信息只有與自身位置相結(jié)合才有意義，因此三維區(qū)域的無線傳感器節(jié)點(diǎn)定位應(yīng)用價(jià)值較高［１］。傳統(tǒng)的無線傳感器三維定位算法有Landscape－３D節(jié)點(diǎn)定位算法，該算法在未知節(jié)點(diǎn)之間無需通信，減小了通信開銷［２］，但是需定位輔助設(shè)備，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要存儲(chǔ)大量的觀測信息；基于球殼交集的三維定位算法僅對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行２次廣播，從而降低了通信開銷，延長了網(wǎng)絡(luò)生存期［３］，但是定位覆蓋率、定位精度受信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度影響較大，從而加大了節(jié)點(diǎn)的成本，實(shí)用性較差；Costrained３D節(jié)點(diǎn)定位算法能夠?qū)⑽粗?jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)來對(duì)距離相對(duì)更遠(yuǎn)的未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位［４］，但是會(huì)產(chǎn)生誤差累積；APIT－３D算法不要求節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，能夠高度近似實(shí)現(xiàn)定位，避免了大量數(shù)據(jù)向中心節(jié)點(diǎn)傳輸而造成的能量損耗［５］，但是要求定位區(qū)域和未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)相鄰，該算法要求較高的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度；Centroid－３D算法只需要用三維坐標(biāo)值替代二維坐標(biāo)值即可［６］，但是減小定位誤差卻不太明顯，甚至還有使其惡化的可能。

　　1測距定位過程

　　１．１基于四邊測距算法模型

　　在使用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位時(shí)，未知節(jié)點(diǎn)附近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量往往多于３個(gè)，在三邊測距的基礎(chǔ)上，再添加１個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)參與定位，采用未知節(jié)點(diǎn)周圍較近的４個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算，四邊測距法示意見圖１。

　　１．２未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離迭代求精

　　設(shè)未知節(jié)點(diǎn)l的初始估計(jì)位置（xel，yel，zel）到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)（x，y，z）距離計(jì)算公式如下：dl＝（x－xel）２＋（y－yel）２＋（z－zel）２。（８）得出對(duì)應(yīng)估計(jì)距離為del，泰勒級(jí)數(shù)展開式：dl＝del＋x－xeldelΔx＋y－yeldelΔy＋z－zeldelΔz＋εl。（９）式中：Δx，Δy，Δz為相對(duì)偏差。將未知節(jié)點(diǎn)與４個(gè)以上信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離所得的εl采用牛頓迭代，∑lεl２取最小值的解（Δx，Δy，Δz）與（xel，yel，zel）相加即可，把相加結(jié)果作為下次的（xel，yel，zel），多次迭代直到滿足定位閾值要求［８－１０］。

　　2仿真試驗(yàn)

　　仿真試驗(yàn)構(gòu)造了邊長為１０００m的正方體三維空間試驗(yàn)區(qū)域，面積為１０００m×１０００m，該空間區(qū)域內(nèi)隨機(jī)投放了２００個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例控制在１０％～３０％，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信半徑為３０m，未知節(jié)點(diǎn)通信半徑為２０m，節(jié)點(diǎn)一經(jīng)部署，位置不再變化，程序采用Matlab實(shí)現(xiàn)。

　　3總結(jié)

　　本研究采用改進(jìn)四邊測距算法對(duì)無線傳感器目標(biāo)定位，通過４個(gè)查詢節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)構(gòu)造與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的線性方程，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)最小均方差估計(jì)方法確定位置節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離采用牛頓迭代求精，對(duì)鄰居位置相對(duì)不集中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排除。試驗(yàn)仿真顯示，隨著信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例的增加，本研究算法的定位誤差下降速度最快，并且定位誤差與其他算法間隔比較大，定位誤差最小，定位精度較高。因此，本研究可為智慧農(nóng)業(yè)無線傳感器精確定位目標(biāo)提供一種新思路。

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