基于RFID技术的矿井人员定位系统研究与实现

发布时间：2017-06-28 15:17

  本文关键词：基于RFID技术的矿井人员定位系统研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济高速发展，能源需求持续剧增。由于矿井作业环境特殊复杂，矿难事故频繁发生，导致其安全生产备受关注。针对井下人员设备管理难，矿难事故发生时，由于缺乏井下被困人员的可靠信息，救援效率不理想，设计一个矿井人员定位系统，及时掌握井下作业人员的活动情况，，方便对井下人员、设备进行合理调度，为灾后人员搜救工作提供有力依据，具有一定的现实意义。 本文在校企合作项目“矿井人员定位系统”实际工程研究的基础上，从应用角度出发，针对矿井安全需要，设计一套基于有源RFID技术的人员定位系统解决方案，主要研究工作如下： (1)从系统目标、功能和体系结构方面进行总体设计，提出了矿井人员定位系统的解决方案：在井下巷道中合理部署阅读器、参考标识卡，使其覆盖整个矿区，携带标识卡的作业人员或移动设备处于识别区域时，阅读器获取标识卡信息和信号强度值，并加上本身地址编号，通过CAN总线上传至井上定位管理软件，定位管理软件综合阅读器位置、信号强度值、参考标识卡的信号强度值，通过定位算法计算出标识卡位置，保存到数据库并更新实时画面。 (2)深入研究基于RFID技术的无线定位方法，对常用定位算法进行了分析比较，并重点分析了基于RSSI的LANDMARC算法，针对实际应用定位时出现的不足，采用平均RSSI值和方位修正值自校正的方法对其进行改进，通过仿真实验，证明了改进算法具有更高的定位精度。 (3)针对定位系统中多个标识卡间存在无线数据碰撞问题，对RFID标识卡防碰撞算法进行了研究，通过分析常用防碰撞算法，对动态帧时隙ALOHA算法进行了优化，采用hash函数分配时隙和分段控制Q值的方法动态调整帧长度，通过实验验证了优化后的算法具有更高识别效率，改进算法对软硬件要求低，实现简单，具有较高的实用价值。 (4)研究有源RFID设计理论，制作了阅读器、标识卡，根据矿井定位具体需求，对整个系统分别从后台数据库与定位管理客户端方面进行了详细设计，实现了井下人员实时定位、报表查询、报警处理、人员考勤管理等功能模块。 通过实际应用验证，本文设计的改进型基于RFID技术的人员定位系统灵活可靠、成本低廉，能有效实现井下人员定位跟踪管理，具有较高的实用性与经济效益。
【关键词】：RFID LANDMARC算法 ALOHA算法 实时定位系统 矿井安全
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD67
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 RFID 技术概述10-11
• 1.2 本课题研究背景与意义11
• 1.3 矿井人员定位系统的国内外研究现状11-13
• 1.4 本文主要研究内容与章节安排13-15
• 1.4.1 本文主要研究内容13
• 1.4.2 本文章节具体安排13-15
• 第2章 定位算法的研究与改进15-25
• 2.1 矿井人员定位系统的需求分析与总体设计15-18
• 2.1.1 矿井人员定位系统需求分析15-16
• 2.1.2 矿井人员定位系统总体设计16-17
• 2.1.3 矿井人员定位管理系统结构框图17-18
• 2.2 RFID 定位技术介绍18
• 2.3 常见的 RFID 定位算法分析18-22
• 2.3.1 TOA 和 TDOA 定位方法18-20
• 2.3.2 AOA 定位方法20
• 2.3.3 区域定位法20
• 2.3.4 基于 RSSI 定位方法20-22
• 2.3.5 定位方法的比较与选择22
• 2.4 基于 LANDMARC 定位的改进方法22-24
• 2.4.1 LANDMARC 的不足22
• 2.4.2 改进算法描述22-23
• 2.4.3 改进算法仿真分析23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 阅读器与标识卡设计25-41
• 3.1 阅读器与标识卡的设计理论25-30
• 3.1.1 井下通信频率选择25
• 3.1.2 数字调制技术25-27
• 3.1.3 数据的校验方式27-28
• 3.1.4 数据的重发机制28-29
• 3.1.5 防碰撞算法29-30
• 3.1.6 天线设计要求30
• 3.2 阅读器与标识卡硬件介绍30-35
• 3.2.1 硬件模块组成结构30-31
• 3.2.2 阅读器电路31-33
• 3.2.3 标识卡电路33-35
• 3.2.4 硬件实物图35
• 3.3 阅读器与标识卡软件部分设计与实现35-40
• 3.3.1 程序开发环境介绍35-36
• 3.3.2 底层通信协议设计36-37
• 3.3.3 射频模块编码设计37
• 3.3.4 阅读器程序设计37-38
• 3.3.5 标识卡程序设计38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 RFID 防碰撞算法的研究与改进41-52
• 4.1 RFID 系统中的碰撞问题41-43
• 4.2 常见 RFID 防碰撞算法分析43-47
• 4.2.1 ALOHA 算法43-44
• 4.2.2 时隙 ALOHA 算法44-45
• 4.2.3 帧时隙 ALOHA 算法(FSA)45
• 4.2.4 动态帧时隙 ALOHA 算法(DFSA)45-47
• 4.3 基于 DFSA 的改进算法47-51
• 4.3.1 原 Q 值算法47-48
• 4.3.2 改进的 Q 值算法48
• 4.3.3 HASH 函数分配时隙48-49
• 4.3.4 Q 值参数优化49-50
• 4.3.5 改进算法的仿真结果分析与比较50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 矿井人员定位管理系统的设计与实现52-66
• 5.3 数据库设计52-57
• 5.3.1 数据库的选择52
• 5.3.2 数据库的总体设计52-56
• 5.3.3 数据表设计与实现56-57
• 5.4 定位管理系统的详细设计和实现57-65
• 5.4.1 系统可靠性设计58
• 5.4.2 用户认证登录58-59
• 5.4.3 系统配置管理模块59-60
• 5.4.4 设备管理模块60-61
• 5.4.5 地图管理61-62
• 5.4.6 实时定位模块62-63
• 5.4.7 告警通知模块63-64
• 5.4.8 考勤管理模块64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 矿井人员定位系统测试66-75
• 6.1 矿井人员定位系统井下部分测试66-71
• 6.1.1 电气特性与底层软件调试接口测试66-67
• 6.1.2 阅读器和标识卡的频谱测试67-68
• 6.1.3 阅读器与标识卡的通信识别测试68-69
• 6.1.4 阅读器与标识卡的通信距离测试69
• 6.1.5 标识卡的最大移动速度测试69-70
• 6.1.6 防碰撞算法性能测试70-71
• 6.1.7 标识卡的能耗测试71
• 6.2 井上定位管理系统软件重要模块功能测试71-74
• 6.2.1 实时定位功能测试71-72
• 6.2.2 紧急呼叫功能测试72-73
• 6.2.3 考勤功能模块测试73-74
• 6.3 最终完成的硬件部分实物图74
• 6.4 本章小结74-75
• 总结与展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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9 程文青;赵梦欣;徐晶;;改进的RFID动态帧时隙ALOHA算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年06期

10 李兴鹤;胡咏梅;宋吉波;王鹏;;基于LANDMARC系统的室内定位仿真研究[J];计算机工程与应用;2008年27期

  本文关键词：基于RFID技术的矿井人员定位系统研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：494346