基于ZigBee的隧道人员定位系统研究

发布时间：2020-03-29 10:53

【摘要】：隧道人员安全定位问题一直是制约隧道建设的关键因素,我国近年来大力发展高铁技术,在建设铁路过程中,不可避免的要建设隧道,而在建设隧道的过程中极易发生坍塌事故,导致施工人员的生命安全受到威胁,如若不能准确确定人员位置,势必会使得救援效率降低,因此建立一套有效的隧道人员定位系统是当务之急。目前市场上大多数的隧道人员定位系统都是使用RFID(Radio Frequency Identification)技术完成考勤管理,无法实现精确定位。本文采用ZigBee技术进行数据传输,通过改进测距模型以及定位算法实现人员的精确定位,本文的主要研究内容如下:首先,对ZigBee技术进行研究分析,设计以CC2530为核心的隧道人员定位系统方案,从系统软件和硬件两方面介绍系统,并开发上位机界面显示,界面显示包括隧道中部署的各个节点的位置以及施工人员的姓名位置,当隧道中的施工人员位置确定后,工人的姓名及位置将会显示在上位机对应的界面。其次,对定位算法进行研究,深入研究RSSI测距技术与加权质心定位算法,并介绍RSSI测距的三种模型,通过对比分析,本文选用阴影测距模型,在此基础上,利用BP神经网络对阴影模型测距技术进行优化,提出BP优化RSSI加权质心定位算法,采用该算法进行初步定位,紧接着介绍遗传算法,将遗传算法与BP优化RSSI加权质心算法进行融合,在初步定位的基础上选用遗传算法进行二次定位,实现定位精度的提高。最后,选用MATLAB软件进行实验仿真与分析,仿真内容主要包括BP优化RSSI测距模型仿真,传统RSSI加权质心定位算法、BP优化RSSI加权质心定位算法、遗传算法与BP优化RSSI加权质心相融合三种定位算法分别在空旷区域以及隧道环境中的仿真。并对三种算法的仿真结果进行对比,实验结果表明,在相同的实验环境中,本文提出算法定位精度远高于传统RSSI加权质心算法,当灾难发生后,可以迅速准确确定人员位置,提高救援效率。
【图文】：

10图 2.2 基于 ZigBee 隧道人员定位系统Fig.2.2 The system of ZigBee tunnel personnel positioning）上位机界面显示。主要由主机，显示器两部分组成，主机将收计算出施工人员位置，然后将监测信息，工作人员位置、姓名故发生时，指挥中心的管理人员可以远程发布指令，指挥相关效率。

实现隧道环境中的区域监测。通过节点间的通信来实节点通过和待定位节点间的通信，将所得到的的信息网连接传递给上位机，上位机根据所得到的信息进行设计的部署以及节点的数量对定位精度有着重要的影响，定位精度越高，但是节点数量的增多会导致成本提升精度和成本等多方面的影响。本文选取长 2000 米，宽据节点的通信距离可以算出监控区域所需要的节点数隧道环境中，，节点的部署方式对定位精度有着重要的节点部署与空旷区域则不同，目前隧道中常用的节点行四边形部署方式，另一种是矩形部署方式，本文将部署方式见图 2.3。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U453

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本文编号：2605868