發(fā)布時(shí)間：2017-04-13 11:41

  本文關(guān)鍵詞：煤礦井下人員跟蹤定位算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于煤礦井下安全隱患多，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，特別是發(fā)生礦難時(shí)，地面工作人員無法及時(shí)準(zhǔn)確地掌握井下作業(yè)人員的確切位置，延誤了救援的最佳時(shí)機(jī)，給國(guó)家和社會(huì)帶來巨大的損失。因此，實(shí)現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員的實(shí)時(shí)跟蹤定位已刻不容緩，并且它也是解決煤礦安全事故的一個(gè)重要方面。近年來，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐步完善，其定位技術(shù)日益成熟，再加上應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，將其應(yīng)用到井下人員的跟蹤定位具有較大優(yōu)勢(shì)。 本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外煤礦井下人員跟蹤定位技術(shù)的幾種方法進(jìn)行對(duì)比研究，確定了采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并重點(diǎn)研究了將其用于井下通信和定位技術(shù)中的可行性。 其次介紹了幾種常見的近距離無線通信技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析歸納出優(yōu)缺點(diǎn)，得出ZigBee技術(shù)是最佳的工作方式。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了ZigBee技術(shù)，勾畫出將ZigBee技術(shù)用于礦井定位的系統(tǒng)框圖，并闡述其工作原理以及能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。 然后對(duì)目前常見的幾種煤礦井下人員跟蹤定位算法對(duì)比分析，提出基于RSSI測(cè)距的井下人員區(qū)域定位算法。由于井下環(huán)境惡劣，信號(hào)多徑傳輸以及衰減快等特點(diǎn)，使得采集的RSSI信息偏離實(shí)際。針對(duì)這一情況提出利用離未知節(jié)點(diǎn)最近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)盲節(jié)點(diǎn)，根據(jù)其接收到其余兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI值測(cè)量出來的距離和真實(shí)距離進(jìn)行比較，得到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均測(cè)距誤差。然后利用這個(gè)測(cè)距誤差對(duì)離該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)最近的未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修正。仿真表明，，此方法可以明顯的提高測(cè)距精度，進(jìn)而提高定位精度。 最后，進(jìn)一步討論了在參與定位的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)少于3個(gè)，即信標(biāo)欠定時(shí)特殊情況下的定位方法，提出利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法用于井下人員的跟蹤定位。首先獲得定位區(qū)域內(nèi)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間距離誤差的權(quán)值，據(jù)此對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的測(cè)距誤差修正，這樣可以有效提高定位區(qū)域內(nèi)未知節(jié)點(diǎn)的距離測(cè)量精度。然后利用可參與定位的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)際位置和未知節(jié)點(diǎn)測(cè)量的經(jīng)修正后的距離值，通過坐標(biāo)的平移、旋轉(zhuǎn)等轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的精確定位。彌補(bǔ)了現(xiàn)有基于三信標(biāo)及其以上情況下未知節(jié)點(diǎn)在定位應(yīng)用中的不足。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 信標(biāo)欠定 ZigBee技術(shù) RSSI 加權(quán)質(zhì)心定位算法
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD76;TN92
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與文章結(jié)構(gòu)14-17
• 第二章 井下人員定位方案設(shè)計(jì)17-27
• 2.1 近距離無線通信技術(shù)17-19
• 2.1.1 Wi-Fi17
• 2.1.2 藍(lán)牙17-18
• 2.1.3 紅外數(shù)據(jù)通信（IrDA）18
• 2.1.4 射頻識(shí)別技術(shù)18
• 2.1.5 全球定位系統(tǒng)18
• 2.1.6 近距離無線傳輸18-19
• 2.2 ZigBee 技術(shù)19-23
• 2.2.1 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)19-21
• 2.2.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)21
• 2.2.3 ZigBee 的協(xié)議棧21-22
• 2.2.4 幾種近距離無線通信技術(shù)的比較及礦井人員定位方案的選擇22-23
• 2.3 基于 ZigBee 技術(shù)的煤礦井下跟蹤定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-26
• 2.3.1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-25
• 2.3.2 井下人員跟蹤定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)27-45
• 3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)27-28
• 3.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述27
• 3.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)27-28
• 3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)28-32
• 3.2.1 定位技術(shù)簡(jiǎn)介29-30
• 3.2.2 定位技術(shù)的性能指標(biāo)30-31
• 3.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)分類31-32
• 3.3 節(jié)點(diǎn)位置的計(jì)算方法32-35
• 3.3.1 三邊定位法32-33
• 3.3.2 三角定位法33-34
• 3.3.3 極大似然估計(jì)定位法34-35
• 3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)距技術(shù)35-39
• 3.4.1 基于 TOA 的測(cè)距技術(shù)35-36
• 3.4.2 基于 TDOA 的測(cè)距技術(shù)36-38
• 3.4.3 基于 AOA 的定位技術(shù)38
• 3.4.4 基于 RSSI 的測(cè)距技術(shù)38
• 3.4.5 幾種測(cè)距定位技術(shù)的比較38-39
• 3.5 基于非測(cè)距的定位算法39-41
• 3.5.1 質(zhì)心定位算法39-40
• 3.5.2 DV-Hop 定位算法40-41
• 3.5.3 其他定位算法41
• 3.6 優(yōu)化定位精度的方法41-44
• 3.6.1 最小二乘法41-42
• 3.6.2 基于泰勒展開的最小二乘法42-44
• 3.6.3 基于泰勒展開的加權(quán)最小二乘法44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于 RSSI 測(cè)距的井下人員區(qū)域定位算法45-59
• 4.1 無線電傳播路徑損耗模型分析45-48
• 4.1.1 自由空間傳播模型45-46
• 4.1.2 Hata 哈他模型46
• 4.1.3 對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型46-47
• 4.1.4 對(duì)數(shù)常態(tài)分布模型（shadowing 模型）47-48
• 4.2 巷道中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布模型48
• 4.3 RSSI 數(shù)據(jù)處理方法及測(cè)距48-50
• 4.3.1 統(tǒng)計(jì)均值模型48-49
• 4.3.2 高斯模型49
• 4.3.3 幾種測(cè)距模型進(jìn)行對(duì)比49-50
• 4.3.4 RSSI 測(cè)距模型50
• 4.4 測(cè)距模型的改進(jìn)50-51
• 4.5 定位過程中特殊情況分析51-55
• 4.5.1 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)少于 3 個(gè)的情況52-53
• 4.5.2 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在巷道外53
• 4.5.3 多維定位的分析53-54
• 4.5.4 三圓交點(diǎn)少于 3 個(gè)的情況54-55
• 4.6 基于 RSSI 測(cè)距的定位算法流程55-56
• 4.7 仿真定位結(jié)果分析56-58
• 4.8 本章小結(jié)58-59
• 第五章 信標(biāo)欠定時(shí)井下人員定位算法59-65
• 5.1 基于 RSSI 測(cè)距誤差的修正59-60
• 5.2 信標(biāo)欠定情況下的定位算法60-62
• 5.3 算法的實(shí)現(xiàn)62
• 5.4 仿真結(jié)果與分析62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-74

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3 王紅堯;華鋼;田R

本文編號(hào)：303484