基于ZigBee的矿山井下人员定位系统的设计和研究

发布时间：2017-09-10 23:06

  本文关键词：基于ZigBee的矿山井下人员定位系统的设计和研究

  更多相关文章： 人员定位系统 WSN ZigBee 井下巷道 双重质心算法

【摘要】：近年来,随着矿井重大事故的频发,尤其是大量矿工被困井下等待施救时,由于没有准确位置信息,应急救援效率较低,造成巨大人员伤亡及财产损失。2010年国家安监总局制定的《金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查暂行规定》中,规定了人员定位系统为六大系统之一。因此,研究矿山井下人员定位技术,满足井下人员定位的需求,在安全工程领域有着重要的意义。然而,传统的有线通信技术因其布线不便、故障率高等缺陷已经无法满足井下人员定位系统的需要,而日益兴起的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术却能很好的解决这类问题,并且有更好的应用。WSN是一种无线智能监测网络技术,融合了现代化的传感器技术、嵌入式技术和无线通信技术等。本论文以矿井安全作为研究对象,通过WSN技术进行矿井人员定位系统的设计和研究,重点对无线通信技术、系统设计、基于系统的路由算法和人员定位算法进行分析研究。主要研究内容如下:(1)对ZigBee、RFID等五类无线通信技术进行对比,重点对ZigBee技术的基本原理、特点、优势以及在矿井人员定位系统的应用进行分析,研究发现ZigBee技术更适用于井下人员定位系统的应用。并设计基于ZigBee的井下人员定位系统的架构。(2)对路由算法进行研究。分析WSN路由算法与传统路由算法的区别和特性,再根据井下的实际情况进行节点部署分析,最后选取独头掘进巷道设计出一种基于能量识别的路由算法,此算法硬件要求低,能量分配均匀,并且提高网络的生存周期。(3)对定位算法的研究。对几种常用的人员定位算法进行对比分析。针对井下巷道的特殊环境,设计了一种双重质心算法,通过软件进行了仿真测试。实验结果上看,该系统定位精度上比传统的质心算法要精确不少,并且能耗不高,可基本满足井下人员定位的需求,也为矿井安全生产技术提供一些新的思路。
【关键词】：人员定位系统 WSN ZigBee 井下巷道 双重质心算法
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 矿井安全避险“六大系统”13-15
• 1.3 人员定位系统国内外研究现状15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-20
• 第2章 WSN体系与ZigBee无线通信技术研究20-34
• 2.1 WSN概述20-24
• 2.1.1 WSN的特点和节点类型22
• 2.1.2 WSN的应用和意义22-24
• 2.2 无线通信技术介绍24-30
• 2.2.1 ZigBee技术24-26
• 2.2.2 RFID技术26-28
• 2.2.3 WIFI技术28-29
• 2.2.4 Bluetooth技术29
• 2.2.5 UWB技术29-30
• 2.3 井下人员定位无线通信技术的对比分析30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 基于ZigBee技术的井下人员定位系统的设计34-40
• 3.1 井下人员定位系统需求分析34-35
• 3.2 井下人员定位系统设计方案35-37
• 3.2.1 现场数据采集层35-36
• 3.2.2 井下信息汇聚层36
• 3.2.3 井上监控层36-37
• 3.3 井下人员定位系统功能模块的研究37-38
• 3.3.1 人员定位模块37
• 3.3.2 数据采集模块37-38
• 3.3.3 人员考勤模块38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 井下人员定位系统路由算法研究40-48
• 4.1 井下人员定位系统路由算法简介40-41
• 4.2 经典路由协议介绍41-43
• 4.2.1 LEACH协议41-42
• 4.2.2 PEGASIS协议42-43
• 4.3 井下人员定位系统节点部署分析43-44
• 4.4 应用于独头掘进巷道的路由算法设计44-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 井下人员定位系统定位算法研究48-60
• 5.1 井下人员定位技术及原理介绍48-49
• 5.2 井下人员定位算法类型49-52
• 5.2.1 测距定位算法49-51
• 5.2.2 非测距定位算法51-52
• 5.3 人员定位的坐标计算方法52-54
• 5.4 改进的双重质心定位算法54-58
• 5.4.1 定位算法的比较和分析54-55
• 5.4.2 改进的双重质心定位算法设计55-56
• 5.4.3 定位算法仿真测试56-58
• 5.5 本章小结58-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 论文总结60
• 6.2 未来展望60-62
• 参考文献62-66
• 作者攻读学位期间的科研成果66-68
• 致谢68

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本文编号：827153