基于ZigBee网络的井下人员定位技术研究

发布时间：2017-05-01 06:07

  本文关键词：基于ZigBee网络的井下人员定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,国内煤矿普遍采用区域人员定位系统,实现对井下工作人员的活动定位。但由于精度不高,仅能判断工作人员的活动区域,因而发挥的作用有限。因此,煤矿井下精确定位技术成为研究的热点。研究煤矿井下精确人员定位系统,可及时掌握矿工工作轨迹,并对灾难发生后救援与人员自救具有极其重要的现实意义。基于ZigBee技术,本课题主要进行了以下工作:针对ZigBee分布式地址分配机制的不足,限制了加入网络的井下工作人员数量,导致因井下工作人员携带的未知节点设备不能加入网络产生井下少数人员定位信息遗漏的现象,研究出密集区人员入网算法,从选择合适的转移节点角度出发,对已有CIM算法进行改进,改善遗漏人员位置信息的现象。在研究基于测距和非测距的定位算法基础上,分析出采用RSSI技术的算法容易受环境因素影响。为了使定位算法适应井下复杂环境,构建一种适应环境的RSSI测距模型EADM,用于确定实际的环境参数。为了提高算法的精确度,给出基于路径衰减参数的加权似然估计的定位算法,对极大似然算法进行了改进。在主巷道区,矿工人员经常密集工作。针对距离很近的工作人员之间通信很可能出现信号冲突问题,本文采用组团协议解决这个问题。对比WSN通讯技术性能,针对复杂多变的矿井环境,选用ZigBee无线技术实现煤矿主巷道区域的人员定位系统。根据人员定位系统中节点设备的功能,以及定位系统的节点设备的硬件组成结构,采用CC2530芯片为定位系统的核心处理器模块。在IAR Embedded Workbench的集成环境下完成各类节点的功能编写和流程设计,在演示软件模型中展示实时定位多个人员位置的功能,在实验室环境下验证了定位算法的可行性及定位算法的有效性。
【关键词】：井下人员定位 分布式地址分配机制 RSSI测距 EADM模型
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景及研究意义10
• 1.2 煤矿井下人员定位系统的研究现状10-12
• 1.2.1 国外煤矿井下人员定位系统的研究10-11
• 1.2.2 国内煤矿井下人员定位系统的研究11-12
• 1.3 课题研究的工作及章节安排12-14
• 1.3.1 课题研究的主要内容12-13
• 1.3.2 章节安排13-14
• 第2章 ZigBee网络技术14-19
• 2.1 无线传感器网络技术的比较14-15
• 2.2 ZigBee网络技术15-16
• 2.2.1 ZigBee网络技术的发展15-16
• 2.2.2 ZigBee网络技术的特点16
• 2.3 ZigBee协议栈16-17
• 2.4 IEEE802.15.4 标准17-18
• 2.4.1 IEEE802.15.4 协议准则的物理层（PHY）17
• 2.4.2 IEEE802.15.4 协议准则的媒体接入控制层（MAC）17-18
• 2.5 ZigBee协议18
• 2.5.1 ZigBee协议的网络层（NWK）18
• 2.5.2 ZigBee协议的应用层（APL）18
• 2.6 本章小结18-19
• 第3章 ZigBee无线定位技术19-31
• 3.1 ZigBee定位技术19-21
• 3.1.1 节点的分类19
• 3.1.2 定位算法的分类19-20
• 3.1.3 节点定位算法的性能标准20-21
• 3.1.4 节点定位计算的步骤21
• 3.2 基于距离的测距定位算法21-27
• 3.2.1 基于距离的测距定位技术21-24
• 3.2.2 基于距离的定位计算方法24-27
• 3.3 非基于距离的定位算法27-30
• 3.3.1 质心算法27-28
• 3.3.2 DV-Hop算法28-29
• 3.3.3 APIT算法29
• 3.3.4 Amorphous算法29-30
• 3.4 煤矿井下人员定位算法的选取30
• 3.5 本章小结30-31
• 第4章 密集区人员入网算法的研究31-44
• 4.1 引言31-32
• 4.2 ZigBee网络32-33
• 4.2.1 ZigBee设备类型32
• 4.2.2 ZigBee网络结构32
• 4.2.3 ZigBee分布式地址分配32-33
• 4.3 ZigBee节点连接过程33
• 4.4 孤立点产生的原因33-34
• 4.5 ZigBee网络中孤立点的入网算法34-40
• 4.5.1 转移节点的相关描述34-36
• 4.5.2 选择算法36-37
• 4.5.3 交换算法37-39
• 4.5.4 算法的复杂度39-40
• 4.6 仿真实验与结果分析40-43
• 4.6.1 场景设置40
• 4.6.2 结果分析40-43
• 4.7 本章小结43-44
• 第5章 井下人员定位算法44-59
• 5.1 影响井下通信质量的因素44-45
• 5.1.1 信号衰减44-45
• 5.1.2 电磁干扰45
• 5.1.3 信号冲突45
• 5.1.4 其他因素45
• 5.2 适应特定环境的测距模型45-49
• 5.2.1 测距模型45-46
• 5.2.2 测距模型的环境参数46-48
• 5.2.3 建立适应环境的测距模型EADM48-49
• 5.2.4 确定适应环境下的环境参数49
• 5.3 基于路径衰减参数的加权似然估计定位算法49-54
• 5.3.1 确定加权值49-50
• 5.3.2 加权似然估计算法50-54
• 5.4 信号冲突减免机制54-58
• 5.4.1 组团协议54-55
• 5.4.2 RSSI相似度55-56
• 5.4.3 仿真实验与结果分析56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 煤矿井下人员定位系统的设计59-71
• 6.1 基于ZigBee技术的人员定位系统构建59
• 6.2 定位系统的硬件组成59-63
• 6.2.1 网关节点61-62
• 6.2.2 参考节点62
• 6.2.3 未知节点62-63
• 6.3 定位系统的软件设计63-69
• 6.3.1 软件开发环境63-64
• 6.3.2 网关节点64-65
• 6.3.3 参考节点65-66
• 6.3.4 未知节点66-68
• 6.3.5 定位系统实验68-69
• 6.4 本章小结69-71
• 第7章 总结与展望71-73
• 7.1 总结71
• 7.2 展望71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士期间取得的研究成果80-81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邱理科;;煤矿井下人员定位系统原理及应用[J];煤矿现代化;2007年01期

2 李春民;;井下人员定位系统[J];现代职业安全;2010年02期

3 张树新;孙丽婉;郝秀美;;煤矿考勤与井下人员定位系统的设计与分析[J];硅谷;2010年07期

4 鹿剑;徐立军;郭亮;;煤矿井下人员定位系统的设计[J];工业控制计算机;2010年09期

5 吴晓卿;;新桥矿业公司井下人员定位系统进入实施阶段[J];化工矿物与加工;2011年08期

6 刘西青;;基于工作任务的构建煤矿井下人员定位系统的教学设计[J];山西煤炭管理干部学院学报;2011年04期

7 杨清花;;矿山井下人员定位系统[J];甘肃冶金;2012年02期

8 孙蓓;王立杰;黄国君;;基于蓝牙技术的井下人员定位管理系统[J];中国煤炭;2007年10期

9 刘瑞玲;景国勋;;煤矿井下人员定位系统研究[J];安全与环境工程;2008年04期

10 郭椺;李郴;郑岚;杨敏;徐元元;赵伟;;煤矿井下人员定位系统的现状和发展[J];江西煤炭科技;2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李万仕;;煤矿井下人员定位系统在下沟矿的应用[A];第三届全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集[C];2012年

2 王仁龙;;国内煤矿井下人员定位系统现状探讨[A];第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2008年

3 成红玉;;井下人员定位系统上位机监控软件的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

4 郭克震;;基于ZigBee的井下人员定位系统无线分站的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

5 刘斌;;基于ZigBee技术的井下人员定位网络系统[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

6 解迎刚;尹根成;王志良;赵清有;;基于Supermap的二代井下人员定位系统及逃生路线规划研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第三分册）[C];2009年

7 申婕;;基于ZigBee技术的井下人员定位系统读卡器的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

8 李海鹏;颜文婧;;基于ZigBee井下人员定位系统分站的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

9 侯晓宁;;基于ARM7的井下人员定位系统传输接口的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

10 陈旭昌;;基于RFID的煤矿井下人员定位与管理系统设计[A];第十七届全国煤矿自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 董泽民、常云亮;开滦井下人员定位系统全面投入运行[N];唐山劳动日报;2011年

2 ;贵阳推广煤炭产量监控和井下人员定位系统[N];经理日报;2007年

3 颜廷兵 曹国霞;山东肥城矿业白庄矿建成井下人员定位系统[N];中华新闻报;2008年

4 通讯员 田锋 王川;阜康市煤矿安装井下人员定位系统[N];昌吉日报;2008年

5 记者董泽民;开滦集团井下人员定位全方位覆盖[N];中国煤炭报;2011年

6 吕军 李菊红 李延山;为职工打造“护身符”[N];中国煤炭报;2009年

7 记者 张煜;东泰率先安装井下人员定位系统[N];六盘水日报;2008年

8 廖选勇;韦家沟煤矿井下人员定位系统投用[N];经理日报;2008年

9 马世骏;瑞典防矿难,用高科技武装到牙齿[N];新华每日电讯;2006年

10 本报记者 张蕾;井下定位系统的应用是实现科技兴安的必由之路[N];中华合作时报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵正杰;基于无线传感网络的井下人员定位和瓦斯监测关键技术研究[D];中北大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张晶;基于RFID的井下人员定位技术研究[D];河北联合大学;2014年

2 谭浩;基于Zigbee井下人员定位系统构建与开发[D];西安工业大学;2015年

3 刘仕磊;翟镇煤矿井下人员定位跟踪管理系统的设计与实现[D];山东大学;2015年

4 王龙;基于航迹推算的井下人员定位关键算法研究[D];中国矿业大学;2015年

5 孟凯;基于LonWorks的兴隆矿井下人员定位系统的设计与应用[D];电子科技大学;2013年

6 石磊;煤矿井下人员定位系统设计与实现[D];电子科技大学;2014年

7 董蕾;赵楼煤矿井下人员定位识别系统设计与实现[D];电子科技大学;2015年

8 邓凯伦;井下人员定位系统的研究[D];西安工程大学;2015年

9 涂序枝;煤矿井下人员定位及管理系统的应用研究[D];东华理工大学;2015年

10 刘学先;煤矿井下人员定位及环境监测系统的设计与实现[D];东北大学;2014年

  本文关键词：基于ZigBee网络的井下人员定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：338358