井下GRPM定位方法的磁数值特征分析与匹配算法研究
发布时间：2021-06-24 07:34
目前井下定位系统有RFID、Zigbee等定位技术,这些定位系统能够及时、准确地将井下各个区域人员和移动设备情况的动态反映到地面指挥管理系统,帮助管理者合理地开展调度和管理工作。虽然这些技术在井下矿山中广泛应用,但在实际应用中也存在着不足的地方。比如现有井下定位系统属于被动式定位的技术架构,定位过程依赖于井下供电和通讯系统。一旦井下出现供电或信号不稳定的情况,定位系统就不能正常工作,无法满足突发状况下的应急定位和救援定位的要求。针对现有井下定位系统存在问题和不足,从应急定位和主动式定位的角度,提出了一种地磁匹配与射频组合定位方法,简称GRPM（Geomagnetic and Radio Positioning Method）井下定位方法,并对GRPM定位原理、井下地磁场变化扰动规律、井下地磁图适配性及匹配算法方面展开了研究。在地磁指纹匹配原理的基础上,引入巷道标签识别初定位,形成了GRPM井下定位的原理,构建了标签识别与地磁匹配过程的数学模型。按照主动式定位的原则,进行了GRPM井下定位系统硬件和软件的需求分析,设计了GRPM定位原形系统的整体架构、主要功能,以及与已有定位方法的共享机...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
井下RFID定位系统架构图
华北理工大学博士学位论文-4-坐标和测量RSSI值传输给中央信息处理器，中央信息处理器运用相关算法计算出目标节点的坐标值，再反向传输给各个参考节点对比修正，是一种数据密集型计算[15,16]。Zigbee定位系统主要有无线采集设备、标识卡（人员定位卡）、信号传输半装置、信息处理平台等四部分组成，图2所示为Zigbee定位系统拓扑图。图2井下Zigbee定位系统架构Fig.2DownholeZigbeelocationsystemarchitecture（1）无线采集设备。安装在井下的无线采集设备例如无线基站，实现对标识中数据的采集并通过有线和无线两种方式将信息发送给信息处理平台，同时承载其它无线基站数据信息的中继转发功能。（2）标识卡。人员或车辆携带的识别卡，主要是通过定时向系统发出射频信号进行注册，来实现人员或车辆的定位。（3）信号传输装置。例如电源、隔离转换器等。转换器主要是完成井上信息处理中心与井下无线基站之间的数据传输通道。电源对无线基站进行供电，将井下非本安高压交流电转换成系统所需的本安低压直流电，并能在断电情况下自动使用蓄电池进行供电，在通电情况下自动给蓄电池进行充电。（4）信息处理平台。主要负责各网络传输点所发信息的存储，并能对信息进行分析处理和显示，将信意以网络形式供其它有权限的成员查阅。
第1章绪论-5-Zigbee无线通信定位技术实现了井下人员的较精确定位和考勤。主要功能有：查询当前井下人员分布；井下人员跟踪且显示井下人员行踪；统计查询进入特殊区域的人员；下井人员考勤管理；井下人员的定位，寻呼及遇险紧急求救；可以利用现有的通信平台实现其它信息的接人等。适用于矿井下巷道多曲折、多风门等结构特点，及电源供电限制严格、煤炭行业资金短缺等特点。尽管它有着较低数据传输率，但是这一传输速度仍能够满足井下人员定位考勤系统的需求。3）Wi-Fi定位系统Wi-Fi是一种支持无线局域网以及短距离数据传输的技术，也称为802.11X，Wi-Fi技术具有可靠性高、速度快，快速部署等优点，通过在矿山巷道中布置合理的Wi-Fi基站热点，每个下井的人员随身携带一个记录着人员身份信息的Wi-Fi智能终端设备，该人员携带的设备可以自动和Wi-Fi热点连接，通过采集智能终端设备的RSSI信息，将相应RSSI信息和标识的AP数据通过以太网传送给服务器，采用三边定位RSSI的定位算法确定出井下人员的位置[17-20]。通过Wi-Fi技术搭建井下无线通信网络，实现井下人员和设备跟踪定位。定位系统由三个部分组成：具有定位功能的Wi-Fi定位卡、由井下传输到井上的数据传输系统和处理数据信息的定位服务器[21,22]。井下Wi-Fi定位系统架构如图3所示。图3井下Wi-Fi定位系统架构图Fig.3DownholeWi-Fipositioningsystemarchitecture
【参考文献】：
期刊论文
[1]粒子群算法在惯性/地磁组合导航航迹规划中的应用[J]. 乔楠,王立辉,孙德胜,马明珠,余乐. 中国惯性技术学报. 2018(06)
[2]一种导弹捷联惯导/地磁/雷达高度表组合导航方法[J]. 靳宇航,王海涌,刘涛,贾平会,王永海. 导航与控制. 2018(06)
[3]井下地磁定位的匹配算法分析和优化[J]. 郭云飞,汪金花,吴兵,张博,高伟. 传感技术学报. 2018(09)
[4]基于PDR和地磁融合的室内定位算法[J]. 于鹏,韦照川,蔡成林,王亚娜. 桂林电子科技大学学报. 2018(04)
[5]基于GPS/地磁组合弹体滚转姿态测量方法[J]. 袁丹丹,李新华,易文俊,管军. 系统工程与电子技术. 2018(11)
[6]基于WiFi和地磁组合的网络化定位系统设计[J]. 顾青涛,孙书良. 无线电工程. 2018(08)
[7]基于FCM聚类及位置区切换的室内地磁定位研究[J]. 宋宇,喻文举,程超. 现代电子技术. 2018(14)
[8]井下GRPM定位研究与地磁匹配的仿真试验[J]. 汪金花,李卫强,陈晓停,郭云飞. 煤炭学报. 2018(S1)
[9]PCA和GA-BP结合的地磁导航适配区选择方法[J]. 王晨阳. 电光与控制. 2018(06)
[10]井下小区域地磁数值的时域变化与波动分析[J]. 汪金花,郭云飞,张博,李卫强,吴兵. 云南大学学报(自然科学版). 2018(03)
博士论文
[1]建筑物内复杂环境下的地磁场定位导航研究[D]. 康瑞清.北京科技大学 2016
[2]惯性/地磁匹配组合导航相关技术研究[D]. 朱占龙.东南大学 2015
[3]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[4]地形匹配新方法及其环境适应性研究[D]. 冯庆堂.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]基于智能手机的室内定位技术研究[D]. 喻文举.长春工业大学 2018
[2]基于智能手机的室内地磁定位方法研究[D]. 喻佳宝.深圳大学 2017
[3]基于地磁敏感度的室内定位算法的研究[D]. 郑梦含.东华理工大学 2017
[4]惯性/地磁组合导航匹配算法研究[D]. 黄黎平.哈尔滨工业大学 2017
[5]基于超声波室内定位系统的设计与实现[D]. 代森.西南交通大学 2017
[6]基于NN-CKF的惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 李孟洋.哈尔滨工程大学 2017
[7]基于粒子滤波算法的地磁室内定位实现[D]. 常坤.北京建筑大学 2016
[8]基于地磁导航的智能小车研制[D]. 郭鹏杰.东华大学 2016
[9]基于RFID和地磁场联合的室内定位技术研究[D]. 张文杰.南京邮电大学 2015
[10]基于RFID与ZIGBEE技术的井下作业定位系统的研究[D]. 郭京京.成都理工大学 2014
本文编号：3246670
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
井下RFID定位系统架构图
华北理工大学博士学位论文-4-坐标和测量RSSI值传输给中央信息处理器，中央信息处理器运用相关算法计算出目标节点的坐标值，再反向传输给各个参考节点对比修正，是一种数据密集型计算[15,16]。Zigbee定位系统主要有无线采集设备、标识卡（人员定位卡）、信号传输半装置、信息处理平台等四部分组成，图2所示为Zigbee定位系统拓扑图。图2井下Zigbee定位系统架构Fig.2DownholeZigbeelocationsystemarchitecture（1）无线采集设备。安装在井下的无线采集设备例如无线基站，实现对标识中数据的采集并通过有线和无线两种方式将信息发送给信息处理平台，同时承载其它无线基站数据信息的中继转发功能。（2）标识卡。人员或车辆携带的识别卡，主要是通过定时向系统发出射频信号进行注册，来实现人员或车辆的定位。（3）信号传输装置。例如电源、隔离转换器等。转换器主要是完成井上信息处理中心与井下无线基站之间的数据传输通道。电源对无线基站进行供电，将井下非本安高压交流电转换成系统所需的本安低压直流电，并能在断电情况下自动使用蓄电池进行供电，在通电情况下自动给蓄电池进行充电。（4）信息处理平台。主要负责各网络传输点所发信息的存储，并能对信息进行分析处理和显示，将信意以网络形式供其它有权限的成员查阅。
第1章绪论-5-Zigbee无线通信定位技术实现了井下人员的较精确定位和考勤。主要功能有：查询当前井下人员分布；井下人员跟踪且显示井下人员行踪；统计查询进入特殊区域的人员；下井人员考勤管理；井下人员的定位，寻呼及遇险紧急求救；可以利用现有的通信平台实现其它信息的接人等。适用于矿井下巷道多曲折、多风门等结构特点，及电源供电限制严格、煤炭行业资金短缺等特点。尽管它有着较低数据传输率，但是这一传输速度仍能够满足井下人员定位考勤系统的需求。3）Wi-Fi定位系统Wi-Fi是一种支持无线局域网以及短距离数据传输的技术，也称为802.11X，Wi-Fi技术具有可靠性高、速度快，快速部署等优点，通过在矿山巷道中布置合理的Wi-Fi基站热点，每个下井的人员随身携带一个记录着人员身份信息的Wi-Fi智能终端设备，该人员携带的设备可以自动和Wi-Fi热点连接，通过采集智能终端设备的RSSI信息，将相应RSSI信息和标识的AP数据通过以太网传送给服务器，采用三边定位RSSI的定位算法确定出井下人员的位置[17-20]。通过Wi-Fi技术搭建井下无线通信网络，实现井下人员和设备跟踪定位。定位系统由三个部分组成：具有定位功能的Wi-Fi定位卡、由井下传输到井上的数据传输系统和处理数据信息的定位服务器[21,22]。井下Wi-Fi定位系统架构如图3所示。图3井下Wi-Fi定位系统架构图Fig.3DownholeWi-Fipositioningsystemarchitecture
【参考文献】：
期刊论文
[1]粒子群算法在惯性/地磁组合导航航迹规划中的应用[J]. 乔楠,王立辉,孙德胜,马明珠,余乐. 中国惯性技术学报. 2018(06)
[2]一种导弹捷联惯导/地磁/雷达高度表组合导航方法[J]. 靳宇航,王海涌,刘涛,贾平会,王永海. 导航与控制. 2018(06)
[3]井下地磁定位的匹配算法分析和优化[J]. 郭云飞,汪金花,吴兵,张博,高伟. 传感技术学报. 2018(09)
[4]基于PDR和地磁融合的室内定位算法[J]. 于鹏,韦照川,蔡成林,王亚娜. 桂林电子科技大学学报. 2018(04)
[5]基于GPS/地磁组合弹体滚转姿态测量方法[J]. 袁丹丹,李新华,易文俊,管军. 系统工程与电子技术. 2018(11)
[6]基于WiFi和地磁组合的网络化定位系统设计[J]. 顾青涛,孙书良. 无线电工程. 2018(08)
[7]基于FCM聚类及位置区切换的室内地磁定位研究[J]. 宋宇,喻文举,程超. 现代电子技术. 2018(14)
[8]井下GRPM定位研究与地磁匹配的仿真试验[J]. 汪金花,李卫强,陈晓停,郭云飞. 煤炭学报. 2018(S1)
[9]PCA和GA-BP结合的地磁导航适配区选择方法[J]. 王晨阳. 电光与控制. 2018(06)
[10]井下小区域地磁数值的时域变化与波动分析[J]. 汪金花,郭云飞,张博,李卫强,吴兵. 云南大学学报(自然科学版). 2018(03)
博士论文
[1]建筑物内复杂环境下的地磁场定位导航研究[D]. 康瑞清.北京科技大学 2016
[2]惯性/地磁匹配组合导航相关技术研究[D]. 朱占龙.东南大学 2015
[3]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[4]地形匹配新方法及其环境适应性研究[D]. 冯庆堂.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]基于智能手机的室内定位技术研究[D]. 喻文举.长春工业大学 2018
[2]基于智能手机的室内地磁定位方法研究[D]. 喻佳宝.深圳大学 2017
[3]基于地磁敏感度的室内定位算法的研究[D]. 郑梦含.东华理工大学 2017
[4]惯性/地磁组合导航匹配算法研究[D]. 黄黎平.哈尔滨工业大学 2017
[5]基于超声波室内定位系统的设计与实现[D]. 代森.西南交通大学 2017
[6]基于NN-CKF的惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 李孟洋.哈尔滨工程大学 2017
[7]基于粒子滤波算法的地磁室内定位实现[D]. 常坤.北京建筑大学 2016
[8]基于地磁导航的智能小车研制[D]. 郭鹏杰.东华大学 2016
[9]基于RFID和地磁场联合的室内定位技术研究[D]. 张文杰.南京邮电大学 2015
[10]基于RFID与ZIGBEE技术的井下作业定位系统的研究[D]. 郭京京.成都理工大学 2014
本文编号：3246670
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