煤矿井下无线安全监测与人员定位系统设计与实现

发布时间：2017-06-18 12:22

  本文关键词：煤矿井下无线安全监测与人员定位系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭在我国的能源结构中具有基础性地位，在未来相当长的时间内都将是我国最为主要的能源。然而，我国是世界上煤矿事故多发国，这些事故造成了巨大的社会财产损失，并且对矿工的生命构成了严重的威胁。因此，利用先进的通信和信息处理技术设计出能够满足煤矿井下需求的安全监测系统已经成为了煤矿安全生产技术研究的重要方面。 为达到促进煤矿安全生产的目的，本文针对井下生产过程监测及安全评价预警问题，设计了基于无线传感器网络技术的煤矿井下无线安全监测与定位系统。首先，分析了无线传感器网络与信息融合技术基本原理及特点，构建了煤矿井下无线安全监测与定位系统的总体方案，分为井下无线传感器网络和信息监控中心两个部分。在分析了井下工作环境和数据采集特点的基础上，设计了基于Zigbee技术的无线网络节点；搭建了以CC2530为核心的硬件测试平台，编制了平台各个功能节点的相关软件；结合矿山已有的CAN总线通信网络，设计了连接ZigBee网络和CAN总线的通信网关。然后，针对矿井员工的定位需求，提出了一种基于RSSI的定位算法。该算法采用质心计算方法弥补三边测量法在坐标计算中的缺陷，仿真试验表明，，该算法可以有效的对巷道中的人员进行定位。最后，建立了基于信息融合技术的矿山安全信息评价模型，并设计了基于B/S构架的井下监测系统软件。
【关键词】：矿井环境监测 无线传感器网络 多源信息融合 人员定位
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 煤矿安全监测系统现状9-10
• 1.3 井下无线传感器网络10-13
• 1.4 本文的主要工作及文章结构13-16
• 2 监测系统整体设计及相关技术原理16-26
• 2.1 井下无线传感器网络通信协议16-19
• 2.1.1 无线通信技术比较16
• 2.1.2 ZigBee 技术应用特点16-19
• 2.2 多源信息融合技术19-21
• 2.2.1 基本原理19-20
• 2.2.2 信息融合级别20-21
• 2.3 安全监控系统总体方案21-24
• 2.3.1 井下无线传感器网络22-23
• 2.3.2 数据监控中心23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 3 无线传感器网络节点设计26-40
• 3.1 井下网络节点设计原则26-27
• 3.2 无线传感器网络节点硬件设计27-32
• 3.2.1 处理器核心模块27-28
• 3.2.2 电源模块28-29
• 3.2.3 传感器模块29-31
• 3.2.4 CAN 总线接口模块31
• 3.2.5 抗干扰设计31-32
• 3.3 无线传感器网络节点软件设计32-39
• 3.3.1 人员便携式节点功能框架及软件设计32-34
• 3.3.2 固定节点功能框架及软件设计34-36
• 3.3.3 矿井汇聚节点功能框架及软件设计36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 井下无线定位技术40-48
• 4.1 无线传感器网络节点定位技术40
• 4.2 煤矿井下人员定位算法的比较40-42
• 4.2.1 基于测距的节点定位机制40-41
• 4.2.2 非基于测距的节点定位机制41-42
• 4.3 基于 RSSI 的煤矿井下定位算法42-47
• 4.3.1 煤矿井下定位的特点42-43
• 4.3.2 基本 RSSI 定位算法43-45
• 4.3.3 改进 RSSI 定位算法45-46
• 4.3.4 定位算法仿真实验46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 矿山井下监测评价系统48-60
• 5.1 多传感器自适应加权融合48-50
• 5.1.1 自适应加权融合算法48-49
• 5.1.2 算法应用49-50
• 5.2 基于 BP 神经网络的矿山安全信息评价模型50-54
• 5.2.1 样本集选取50-51
• 5.2.2 BP 神经网络模型建立51-54
• 5.3 监测中心软件功能54-58
• 5.3.1 用户登录系统55
• 5.3.2 数据管理模块55-57
• 5.3.3 节点配置57
• 5.3.4 报警配置57-58
• 5.5 本章小结58-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 论文总结60
• 6.2 工作展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 附录 作者攻读硕士期间研究成果68

【参考文献】

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1 司海飞;杨忠;王s

本文编号：459294