基于Mesh网络煤矿井下救灾一体化平台和人员定位子系统的设计与实现

发布时间：2017-09-14 03:18

  本文关键词：基于Mesh网络煤矿井下救灾一体化平台和人员定位子系统的设计与实现

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【摘要】：中国是一个非常依赖煤炭资源的国家,煤炭资源在今后相当长的时间内仍然是中国的主要消费资源。但是由于井下环境恶劣,采矿水平落后,导致煤矿安全事故时常发生。事故发生后,如何快速、有效地构建一个应急通讯系统是摆在人们面前的严峻问题。针对井下应急救灾物理环境,本文构建了以Mesh网络为基础的应急救灾通信网络,并提出煤矿井下救灾通讯系统的逻辑结构和系统架构。从Mesh网络的结构和特点展开叙述,通过分析井下实际信号环境,最终选择了线形链状无线Mesh网络为本系统的骨干网络并设计了骨干网络的Mesh节点。根据井下救灾的实际业务需求,解决当前各个系统只完成本系统功能的问题,提出一种集视频监控、语音调度、人员定位、多参数气体传感功能为一体的多功能软件平台的设计架构,并在Eclipse上使用Java语言完成了交互服务器、移动终端和电脑端的部分软件功能设计和开发。所提的交互服务器从用户管理、XMPP连接管理、信息传递和服务器高并发四个模块,移动客户端从用户登录、定时器、网络监听器三个模块,电脑端软件从软件界面、进入子系统两个模块分别进行设计和实现。最终,可以在电脑上用同一界面上访问单一用户的所有信息,又可以进入各个子系统,进行某一项业务的详细操作与控制。在一体化平台下,完成了人员定位子系统软件的设计和实现。设计选用RSSI粗略定位或者借助于视频监控子系统定位的方式进行人员定位。利用ArcGIS绘图软件进行电子地图和离线地图包的制作。在得到电子地图基础上,使用ArcGIS提供的SDK完成了地图显示和人员位置显示的功能。在学校办公楼走廊内模拟巷道环境搭建无线Mesh网络,并对人员定位子系统进行功能测试,验证了本文所设计的人员定位子系统可以与其他子系统协作使用,救灾人员可以根据实际情况选用不同的方式获得当前所处位置信息。在榆树湾煤矿井下搭建11跳Mesh网络,对无线Mesh网络的带宽和场强和2.4G数据传输网络下的音视频业务进行了测试,通过所设计的电脑端软件观看回传回来的视频,验证了一体化平台设计方案的正确性,说明无线Mesh网络可以作为应急通信的骨干网络,支持多路视频和语音信号实时传输；最后在保证业务传输质量的情况下,对多跳Mesh网络的单跳距离、终端和节点的最远距离进行测试。通过测试得到相邻Mesh节点间的最远部署距离约为1400米。
【关键词】：煤矿井下 无线网状网 紧急救灾 人员定位 一体化平台
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76;TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-16
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 井下通信国内外研究现状13-14
• 1.3 论文组织结构14-16
• 2 煤矿应急救灾无线Mesh网络的构建16-28
• 2.1 无线Mesh网络概述16-19
• 2.1.1 无线Mesh网络结构16-18
• 2.1.2 无线Mesh网络特点18-19
• 2.2 井下无线Mesh网络19-21
• 2.2.1 井下传输环境19
• 2.2.2 井下无线Mesh网络结构19-20
• 2.2.3 井下无线Mesh网络特点20-21
• 2.3 煤矿应急救灾通讯系统21-27
• 2.3.1 系统需求22
• 2.3.2 系统概述22-23
• 2.3.3 各子系统介绍23-25
• 2.3.4 系统网络结构25
• 2.3.5 Mesh节点设计25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 煤矿井下应急救灾一体化平台的设计与实现28-56
• 3.1 一体化平台的需求概述28
• 3.2 一体化平台的整体设计方案28-30
• 3.2.1 平台设计要求28-29
• 3.2.2 平台架构29-30
• 3.3 软硬件开发平台30-32
• 3.3.1 移动终端系统选择30-31
• 3.3.2 编程语言和软件开发平台31-32
• 3.4 XMPP协议32-34
• 3.4.1 XMPP实体和地址空间32-33
• 3.4.2 XMPP流和XMPP节33-34
• 3.5 交互服务器的设计34-43
• 3.5.1 交互服务器架构34-35
• 3.5.2 用户管理模块35-37
• 3.5.3 XMPP连接模块37-40
• 3.5.4 信息传递模块40-41
• 3.5.5 服务器高并发设计41-43
• 3.6 移动客户端的设计与实现43-52
• 3.6.1 移动客户端架构43-45
• 3.6.2 用户登录模块45-47
• 3.6.3 定时器模块47-48
• 3.6.4 网络监听器模块48-49
• 3.6.5 用户界面和逻辑处理模块49-52
• 3.7 电脑端软件的设计与实现52-54
• 3.7.1 终端指挥软件界面52-53
• 3.7.2 进入子系统功能设计和实现53-54
• 3.8 本章小结54-56
• 4 人员定位子系统的设计和实现56-74
• 4.1 人员定位子系统设计目标56
• 4.2 定位方式选择56-57
• 4.3 软件开发平台57-58
• 4.4 数据库设计58-59
• 4.5 关键技术59-66
• 4.5.1 地图制作59-60
• 4.5.2 地图显示60-62
• 4.5.3 地图增加Mesh节点62-64
• 4.5.4 定位流程64-65
• 4.5.5 客户端接收信息65-66
• 4.6 定位子系统功能测试66-72
• 4.6.1 测试内容66
• 4.6.2 测试环境和Mesh节点部署66-67
• 4.6.3 实验设备和节点配置67-68
• 4.6.4 系统功能测试和结果分析68-72
• 4.7 本章小结72-74
• 5 煤矿应急救灾通讯系统综合测试74-86
• 5.1 测试内容74
• 5.2 测试设备74-75
• 5.3 测试环境和Mesh节点部署75-76
• 5.4 Mesh节点配置76-78
• 5.5 骨干Mesh网络的信号强度和带宽测试78-81
• 5.6 应急通讯业务测试81-83
• 5.7 Mesh网络单跳距离测试83-85
• 5.8 本章小结85-86
• 6 结论和展望86-88
• 参考文献88-92
• 作者简历92-96
• 学位论文数据集96

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本文编号：847554