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矿井人员精确定位方法研究

发布时间:2021-06-12 02:09
  为确保煤矿企业安全高效生产,满足目前煤矿井下对定位精度及实时性的要求,从测距技术及定位算法两方面给出一种井下人员定位方案。该方案采用超宽带(UWB)非对称双边双程测距(ADS-TWR)技术,最大程度地降低节点间的时钟同步误差及时钟漂移影响,并且结合粒子群算法、Taylor迭代算法二者对目标位置方程进行坐标解析,进一步提升定位精度。经模拟实验验证,可达到cm级的定位精度,满足井下精确定位要求。 

【文章来源】:煤矿机械. 2020,41(12)北大核心

【文章页数】:4 页

【部分图文】:

矿井人员精确定位方法研究


ADS-TWR测距原理

流程图,算法,流程,分站


结合粒子群算法、Taylor迭代算法二者优势,构建PT算法,先利用粒子群算法为Taylor迭代算法提供初始值,再利用Taylor迭代算法不断的对初始值进行修正,直到所得坐标满足设定的阈值,具体流程如图2所示。根据上述算法流程,利用教学楼长廊模拟井下巷道环境来评判本文算法的优劣。长廊长60 m、宽2 m、高3 m,以长廊走向建立直角坐标系,定位分站位于(0,0)、(20,2)、(40,0)、(60,2)处,在长廊每间隔10 m设置定位标签,标签与分站间的距离为10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m。定位标签依次向4个定位分站发起测距,取多次测距的平均值构建定位方程组,利用PT算法进行求解,选择多次求解的平均误差作为评定标准。为了对比突出本文算法的优势,在相同模拟环境下,另用直接法、最小二乘法、Taylor迭代法求解定位方程组,其结果如图3所示。

定位误差,算法,标签,分站


根据上述算法流程,利用教学楼长廊模拟井下巷道环境来评判本文算法的优劣。长廊长60 m、宽2 m、高3 m,以长廊走向建立直角坐标系,定位分站位于(0,0)、(20,2)、(40,0)、(60,2)处,在长廊每间隔10 m设置定位标签,标签与分站间的距离为10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m。定位标签依次向4个定位分站发起测距,取多次测距的平均值构建定位方程组,利用PT算法进行求解,选择多次求解的平均误差作为评定标准。为了对比突出本文算法的优势,在相同模拟环境下,另用直接法、最小二乘法、Taylor迭代法求解定位方程组,其结果如图3所示。由图3可见,无论哪种定位算法,其定位误差都会随着测量距离的增加而增大。对于同一定位标签,直接法与最小二乘法的定位误差相对较大,Taylor迭代法与PT算法的定位误差相对较小。由于PT算法中引入了粒子群算法,增加了全局搜索能力,给Taylor迭代法提供了较为精确的初始值,使得PT算法的定位误差进一步减小,定位精度有所提高。并且,定位误差控制在cm级,符合井下人员定位精确的要求。

【参考文献】:
期刊论文
[1]基于UWB的增强非对称双边双向测距算法研究[J]. 王春琦,冯大权,何春龙,陈常婷.  南昌航空大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]一种动态调整惯性权重的粒子群优化算法[J]. 董红斌,李冬锦,张小平.  计算机科学. 2018(02)
[3]煤矿井下人员定位系统的研究与实现[J]. 汝彦冬,刘鑫,孙振翔,张文祥,赵志信,郭继坤.  煤矿机械. 2016(10)
[4]一种改进的粒子群优化无线传感器网络定位算法[J]. 张先超,刘兴长.  计算机与数字工程. 2016(05)
[5]SDS—TWR技术在煤矿人员定位系统中的应用[J]. 常琳.  工矿自动化. 2015(10)
[6]基于Taylor展开的UWB井下定位算法研究与实现[J]. 谢芝玉,刘雄飞,胡志坤.  计算机工程与应用. 2017(02)
[7]基于粒子群优化算法的WSN节点定位方法研究[J]. 林雯,张烈平,王守峰.  煤矿机械. 2013(05)

硕士论文
[1]基于TOA方案的超宽带室内定位技术研究[D]. 许佩佩.东南大学 2016



本文编号:3225735

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