本文關鍵詞：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，地面工作人員無法及時準確地掌握井下作業(yè)人員的確切位置，延誤了救援的最佳時機，給國家和社會帶來巨大的損失。因此，實現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員的實時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重要方面。近年來，由于無線傳感器網(wǎng)絡逐步完善，其定位技術日益成熟，再加上應用領域越來越廣泛，將其應用到井下人員的跟蹤定位具有較大優(yōu)勢。 本文首先對國內外煤礦井下人員跟蹤定位技術的幾種方法進行對比研究，確定了采用無線傳感器網(wǎng)絡中ZigBee技術的優(yōu)勢，并重點研究了將其用于井下通信和定位技術中的可行性。 其次介紹了幾種常見的近距離無線通信技術，并對其進行對比分析歸納出優(yōu)缺點，得出ZigBee技術是最佳的工作方式。在此基礎上重點分析了ZigBee技術，勾畫出將ZigBee技術用于礦井定位的系統(tǒng)框圖，并闡述其工作原理以及能夠實現(xiàn)的功能。 然后對目前常見的幾種煤礦井下人員跟蹤定位算法對比分析，提出基于RSSI測距的井下人員區(qū)域定位算法。由于井下環(huán)境惡劣，信號多徑傳輸以及衰減快等特點，使得采集的RSSI信息偏離實際。針對這一情況提出利用離未知節(jié)點最近的信標節(jié)點充當盲節(jié)點，根據(jù)其接收到其余兩個信標節(jié)點的RSSI值測量出來的距離和真實距離進行比較，得到信標節(jié)點的平均測距誤差。然后利用這個測距誤差對離該信標節(jié)點最近的未知節(jié)點進行修正。仿真表明，，此方法可以明顯的提高測距精度，進而提高定位精度。 最后，進一步討論了在參與定位的信標節(jié)點少于3個，即信標欠定時特殊情況下的定位方法，提出利用坐標轉換的方法用于井下人員的跟蹤定位。首先獲得定位區(qū)域內信標節(jié)點間距離誤差的權值，據(jù)此對未知節(jié)點的測距誤差修正，這樣可以有效提高定位區(qū)域內未知節(jié)點的距離測量精度。然后利用可參與定位的信標節(jié)點實際位置和未知節(jié)點測量的經(jīng)修正后的距離值，通過坐標的平移、旋轉等轉換，最終實現(xiàn)對未知節(jié)點的精確定位。彌補了現(xiàn)有基于三信標及其以上情況下未知節(jié)點在定位應用中的不足。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 信標欠定 ZigBee技術 RSSI 加權質心定位算法
【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：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 國內外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要研究內容與文章結構14-17
• 第二章 井下人員定位方案設計17-27
• 2.1 近距離無線通信技術17-19
• 2.1.1 Wi-Fi17
• 2.1.2 藍牙17-18
• 2.1.3 紅外數(shù)據(jù)通信（IrDA）18
• 2.1.4 射頻識別技術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19-23
• 2.2.1 ZigBee 技術的特點19-21
• 2.2.2 ZigBee 網(wǎng)絡拓撲結構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的比較及礦井人員定位方案的選擇22-23
• 2.3 基于 ZigBee 技術的煤礦井下跟蹤定位系統(tǒng)設計23-26
• 2.3.1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設計23-25
• 2.3.2 井下人員跟蹤定位系統(tǒng)的設計25-26
• 2.4 本章小結26-27
• 第三章 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術27-45
• 3.1 無線傳感器網(wǎng)絡27-28
• 3.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡概述27
• 3.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡的組成結構27-28
• 3.2 無線傳感器網(wǎng)絡定位技術28-32
• 3.2.1 定位技術簡介29-30
• 3.2.2 定位技術的性能指標30-31
• 3.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡定位技術分類31-32
• 3.3 節(jié)點位置的計算方法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 極大似然估計定位法34-35
• 3.4 無線傳感器網(wǎng)絡的測距技術35-39
• 3.4.1 基于 TOA 的測距技術35-36
• 3.4.2 基于 TDOA 的測距技術36-38
• 3.4.3 基于 AOA 的定位技術38
• 3.4.4 基于 RSSI 的測距技術38
• 3.4.5 幾種測距定位技術的比較38-39
• 3.5 基于非測距的定位算法39-41
• 3.5.1 質心定位算法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最小二乘法44
• 3.7 本章小結44-45
• 第四章 基于 RSSI 測距的井下人員區(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 對數(shù)距離路徑損耗模型46-47
• 4.1.4 對數(shù)常態(tài)分布模型（shadowing 模型）47-48
• 4.2 巷道中信標節(jié)點分布模型48
• 4.3 RSSI 數(shù)據(jù)處理方法及測距48-50
• 4.3.1 統(tǒng)計均值模型48-49
• 4.3.2 高斯模型49
• 4.3.3 幾種測距模型進行對比49-50
• 4.3.4 RSSI 測距模型50
• 4.4 測距模型的改進50-51
• 4.5 定位過程中特殊情況分析51-55
• 4.5.1 信標節(jié)點少于 3 個的情況52-53
• 4.5.2 目標節(jié)點在巷道外53
• 4.5.3 多維定位的分析53-54
• 4.5.4 三圓交點少于 3 個的情況54-55
• 4.6 基于 RSSI 測距的定位算法流程55-56
• 4.7 仿真定位結果分析56-58
• 4.8 本章小結58-59
• 第五章 信標欠定時井下人員定位算法59-65
• 5.1 基于 RSSI 測距誤差的修正59-60
• 5.2 信標欠定情況下的定位算法60-62
• 5.3 算法的實現(xiàn)62
• 5.4 仿真結果與分析62-63
• 5.5 本章小結63-65
• 第六章 總結與展望65-67
• 參考文獻67-71
• 致謝71-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文73-74

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本文編號：303484