煤矿井下人员定位算法的优化研究与应用
发布时间：2021-08-20 17:07
煤矿开采过程中巷道工作环境复杂多变,无法直接使用现有的室内定位技术准确获取井下人员的位置信息,尤其是发生矿难后,营救人员无法准确获取被困人员的位置信息导致救援工作难以实施,因此优化一种高精度的井下人员定位算法具有非常重要的意义。论文以ZigBee无线传感器网络为信息采集与传输媒介,对井下人员定位展开研究。针对传统定位算法在井下环境中定位精度的不足,提出了一种改进的适合用于井下环境的人员定位控制算法,并验证了其可行性。首先对基于测距的定位算法与非测距的定位算法进行分析,发现将RSSI测距的定位算法和质心定位算法结合,通过找到一种最优权值即可提高定位精度,然后对如何找寻最优权值进行了研究。由于在实际环境中使用RSSI原理测距时会受到噪声因素以及环境衰减因子Jn的影响,所以论文利用卡尔曼滤波算法降低噪声因素对RSSI值的影响,并且构建了一种环境模型可计算出当前环境的衰减因子n值来消除对RSSI测距精度的影响。该模型是采用四个参考节点利用ZigBee无线传感器网络的组网形式围成的封闭区域,使用信号强度值与距离的关系计算出参考节点与移动目标节点之间的距离,当移动目标节点每接收到两个参考节点与自身...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国能源结构
西安科技大学全日制工程硕士学位论文6定位算法相结合可提高定位精度，而且还存在一定的改进空间。本章对此算法进行改进研究，并通过MATLAB仿真出改进后的定位算法与前人所提出算法的对比分析图。验证本文改进算法的定位精度是否提高及算法复杂度是否降低。第五章搭建ZigBee开发环境，通过ZigBee实验平台对本论文所改进的定位算法进行验证，在该平台上利用本次改进的算法实现人员的定位功能，完成一个小型的人员定位系统，最后在PC端显示人员的定位效果。第六章总结展望。根据上述研究的内容，论文的整体研究技术路线如图1.2所示。图1.2研究的技术路线
西安科技大学全日制工程硕士学位论文8图2.1ZigBee的体系结构ZigBee技术的体系结构的每层结构的功能是：物理层(PHY)主要是定义了通信信道与通信接口，对物理无线信道和MAC之间的接口进行控制管理，给物理层数据的处理提供服务，并且对下一层MAC层的接口进行了处理，保证接口的正常链接，提供物理信号正常传输时的各种接口。媒体访问控制层(MAC)主要是对一个节点与自身相邻节点之间的正常通信提供保障，并且保证数据信息传输的高效性以及稳定性，MAC层还有一个重要的功能就是对数据包的打包与分解，保证了每个数据在传输时的安全性，因此MAC层也是非常重要的一个分层结构[28]。网络/安全层主要是对ZigBee无线网络的安全性以及在自组网的过程中保证高效安全的实现，保障了数据的安全传输和数据传输过程的完整性，同时也有加密管理数据的功能，确保数据在传输的过程中不会丢失。应用层作为体系结构的最顶层，是对该无线网络的协议栈以及各种规范给出定义，主要是对适合该无线网自身的协议栈与使用规范的描述，可根据设计目的和需求使多个模块之间进行通信，实现与现实的交互作用。2.2.1ZigBee网络拓扑结构矿井人员定位中离不开无线传感器网络技术，并且定位中需要在不同范围内调整不同网络的覆盖区域，因此在定位过程中为结合实际应用的需求，ZigBee技术的网络拓扑结构主要分为两种结构形式，分别是星型网络拓扑结构和对等网络拓扑结构，但是对等网络拓扑结构根据自身的特点又可以分为簇状网络拓扑结构和网状网络拓扑结构。ZigBee技术网络的拓扑结构形式如2.2图所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RSSI的室内人员卡尔曼滤波定位算法[J]. 倪云峰,石小红. 西安科技大学学报. 2020(01)
[2]山区复杂地形的无线传感器网络节点定位算法[J]. 胡中栋,王俊岭,王振东,曾珽. 北京邮电大学学报. 2019(05)
[3]Convolutional Neural Networks Based Indoor Wi-Fi Localization with a Novel Kind of CSI Images[J]. Haihan Li,Xiangsheng Zeng,Yunzhou Li,Shidong Zhou,Jing Wang. 中国通信. 2019(09)
[4]煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望[J]. 袁亮,张平松. 煤炭学报. 2019(08)
[5]煤矿应急救援通信技术的现状与趋势[J]. 胡青松,杨维,丁恩杰,李世银,李冰皓. 通信学报. 2019(05)
[6]一种改进的RSSI室内加权质心定位算法[J]. 余振宝,卢小平,路泽忠,刘英,郝波. 测绘科学. 2019(08)
[7]基于自适应基准值改进的RSSI加权质心定位算法[J]. 程超,蒋志洋,韩青山,王宏志. 吉林大学学报(理学版). 2019(02)
[8]我国煤炭资源可持续发展的保障分析[J]. 李霞,崔涛. 中国煤炭. 2019(01)
[9]改进RSSI加权质心算法在井下人员定位中的应用研究[J]. 朱光. 中国矿业. 2018(12)
[10]基于环境感知的RSSI校正定位算法[J]. 马学森,宫帅,朱建,谈杰. 微电子学与计算机. 2018(11)
博士论文
[1]智慧矿山信息化标准化系统关键问题研究[D]. 韩茜.中国矿业大学(北京) 2016
硕士论文
[1]基于TOA的煤矿井下人员定位算法研究[D]. 李康乐.西安科技大学 2019
本文编号：3353890
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国能源结构
西安科技大学全日制工程硕士学位论文6定位算法相结合可提高定位精度，而且还存在一定的改进空间。本章对此算法进行改进研究，并通过MATLAB仿真出改进后的定位算法与前人所提出算法的对比分析图。验证本文改进算法的定位精度是否提高及算法复杂度是否降低。第五章搭建ZigBee开发环境，通过ZigBee实验平台对本论文所改进的定位算法进行验证，在该平台上利用本次改进的算法实现人员的定位功能，完成一个小型的人员定位系统，最后在PC端显示人员的定位效果。第六章总结展望。根据上述研究的内容，论文的整体研究技术路线如图1.2所示。图1.2研究的技术路线
西安科技大学全日制工程硕士学位论文8图2.1ZigBee的体系结构ZigBee技术的体系结构的每层结构的功能是：物理层(PHY)主要是定义了通信信道与通信接口，对物理无线信道和MAC之间的接口进行控制管理，给物理层数据的处理提供服务，并且对下一层MAC层的接口进行了处理，保证接口的正常链接，提供物理信号正常传输时的各种接口。媒体访问控制层(MAC)主要是对一个节点与自身相邻节点之间的正常通信提供保障，并且保证数据信息传输的高效性以及稳定性，MAC层还有一个重要的功能就是对数据包的打包与分解，保证了每个数据在传输时的安全性，因此MAC层也是非常重要的一个分层结构[28]。网络/安全层主要是对ZigBee无线网络的安全性以及在自组网的过程中保证高效安全的实现，保障了数据的安全传输和数据传输过程的完整性，同时也有加密管理数据的功能，确保数据在传输的过程中不会丢失。应用层作为体系结构的最顶层，是对该无线网络的协议栈以及各种规范给出定义，主要是对适合该无线网自身的协议栈与使用规范的描述，可根据设计目的和需求使多个模块之间进行通信，实现与现实的交互作用。2.2.1ZigBee网络拓扑结构矿井人员定位中离不开无线传感器网络技术，并且定位中需要在不同范围内调整不同网络的覆盖区域，因此在定位过程中为结合实际应用的需求，ZigBee技术的网络拓扑结构主要分为两种结构形式，分别是星型网络拓扑结构和对等网络拓扑结构，但是对等网络拓扑结构根据自身的特点又可以分为簇状网络拓扑结构和网状网络拓扑结构。ZigBee技术网络的拓扑结构形式如2.2图所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RSSI的室内人员卡尔曼滤波定位算法[J]. 倪云峰,石小红. 西安科技大学学报. 2020(01)
[2]山区复杂地形的无线传感器网络节点定位算法[J]. 胡中栋,王俊岭,王振东,曾珽. 北京邮电大学学报. 2019(05)
[3]Convolutional Neural Networks Based Indoor Wi-Fi Localization with a Novel Kind of CSI Images[J]. Haihan Li,Xiangsheng Zeng,Yunzhou Li,Shidong Zhou,Jing Wang. 中国通信. 2019(09)
[4]煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望[J]. 袁亮,张平松. 煤炭学报. 2019(08)
[5]煤矿应急救援通信技术的现状与趋势[J]. 胡青松,杨维,丁恩杰,李世银,李冰皓. 通信学报. 2019(05)
[6]一种改进的RSSI室内加权质心定位算法[J]. 余振宝,卢小平,路泽忠,刘英,郝波. 测绘科学. 2019(08)
[7]基于自适应基准值改进的RSSI加权质心定位算法[J]. 程超,蒋志洋,韩青山,王宏志. 吉林大学学报(理学版). 2019(02)
[8]我国煤炭资源可持续发展的保障分析[J]. 李霞,崔涛. 中国煤炭. 2019(01)
[9]改进RSSI加权质心算法在井下人员定位中的应用研究[J]. 朱光. 中国矿业. 2018(12)
[10]基于环境感知的RSSI校正定位算法[J]. 马学森,宫帅,朱建,谈杰. 微电子学与计算机. 2018(11)
博士论文
[1]智慧矿山信息化标准化系统关键问题研究[D]. 韩茜.中国矿业大学(北京) 2016
硕士论文
[1]基于TOA的煤矿井下人员定位算法研究[D]. 李康乐.西安科技大学 2019
本文编号：3353890
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