基于无线传感器网络的井下人员定位系统的研究

发布时间：2017-04-22 19:00

  本文关键词：基于无线传感器网络的井下人员定位系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭作为我国重要的一次能源,占据我国一次能源消费的70%以上。近年来,煤矿安全事故时常发生,造成生命和财产重大损失,因此,加快、加强煤矿自动化、信息化系统的建设是必然趋势。鉴于煤矿井下环境恶劣复杂,而现有井下监控系统大多难以实时准确提供井下人员动态分布和作业情况的现状,深入分析研究了无线传感器网络的特点及其国内外应用研究的现状,结合井下作业需求,设计了一种基于无线传感器网络的人员定位系统。该定位系统使得井上监控中心可以掌握井下人员位置、工作状态等信息,为提升井下作业人员科学管理和生产安全提供保障,不仅具有学术研究价值,也具有重要的经济价值和深远的社会意义。深入分析比较Wi Fi、蓝牙、Zig Bee等无线传感器网络技术的特点及其应用。研究无线传感器网络及其通信的基本架构,设计了基于Zig Bee技术的井下人员定位系统。从而增加井下作业信息实时在线监测手段,提高管理水平和生产安全性。研究基于RSSI(Received Signal Strength Indication)的测距算法,建立基于RSSI的数学测距模型,在实验模拟场地采集数据,通过多项式拟合得到测距经验公式,然后运用多边测量的极大似然估计法求解未知节点坐标。深入分析定位算法计算过程中环境非法因素的干扰以及最小二乘法所带来的误差,这些都是不适定问题出现的原因,最终使得定位结果会有较大的波动。针对以上问题,提出Tikhonov正则化算法对不适定问题进行优化,并用L曲线准则法选取合适的正则参数。经仿真验证,不适定问题得到了有效抑制,改善了定位结果。对质心定位算法进行研究分析,针对现有算法的缺点,提出了改进的加权质心定位算法,求解未知节点坐标。实验结果表明,改进的算法提高了定位结果的准确性。在设计的井下人员定位系统整体架构基础上,对定位系统的软硬件进行设计。选择本校某教学楼走廊模拟煤矿井下环境,采集数据,对系统算法进行实验仿真。
【关键词】：井下人员定位 无线传感器网络 加权质心算法 RSSI 正则化
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD67;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 井下无线传感器网络研究目的与意义11-12
• 1.2 井下定位技术的国内外研究发展现状12-14
• 1.2.1 国外研究发展现状12-13
• 1.2.2 国内研究发展现状13-14
• 1.3 无线传感器网络14-17
• 1.3.1 无线传感器网络概述14-15
• 1.3.2 常见的基于WSN的定位技术15-17
• 1.4 论文主要研究内容17-18
• 第2章Zig Bee技术理论基础18-25
• 2.1 Zig Bee技术介绍18-22
• 2.1.1 Zig Bee技术简述18-19
• 2.1.2 Zig Bee协议栈结构19-20
• 2.1.3 Zig Bee网络拓扑结构20-22
• 2.2 Zig Bee网络22-24
• 2.2.1 路由选择算法22-23
• 2.2.2 Zig Bee组网方案设计23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 无线传感网络定位算法研究25-40
• 3.1 基于WSN的定位技术25-28
• 3.2 常用定位算法研究28-34
• 3.2.1 基于测距的定位算法研究28-31
• 3.2.2 基于非测距的定位算法研究31-34
• 3.2.3 基于RSSI的测距34
• 3.3 本系统的定位算法34-39
• 3.3.1 改进的加权质心定位算法35-37
• 3.3.2 不适定问题的处理37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 井下人员定位系统设计40-55
• 4.1 系统需求及井下特殊性分析40-42
• 4.1.1 功能分析及设计原则40-41
• 4.1.2 井下人员定位的特殊性分析41-42
• 4.2 系统硬件总体架构42-44
• 4.2.1 Zig Bee子网43-44
• 4.2.2 数据传输及供电方式设计44
• 4.3 井下人员定位系统硬件设计44-50
• 4.3.1 CC2530 芯片介绍44-46
• 4.3.2 网关设计46-49
• 4.3.3 参考节点和定位节点设计49-50
• 4.4 井下人员定位系统软件设计50-54
• 4.4.1 软件开发平台50-51
• 4.4.2 网关设计51-52
• 4.4.3 参考节点设计52
• 4.4.4 定位节点设计52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 实验仿真55-66
• 5.1 实验模拟场地55
• 5.2 算法的评价指标55-56
• 5.3 实验仿真56-65
• 5.3.1 测距实验分析56-59
• 5.3.2 不适定问题处理的仿真59-63
• 5.3.3 改进的加权质心算法的仿真63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72-73
• 作者简介73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈群;高星伟;郭杭;李英成;李海涛;王恩泉;徐彦田;;ZigBee网络中RSSI的测距模型分析[J];测绘科学;2012年05期

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王志波;矿井安全监测监控系统的研究[D];内蒙古科技大学;2014年

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本文编号：321031