【摘要】：隧道人員安全定位問題一直是制約隧道建設(shè)的關(guān)鍵因素,我國近年來大力發(fā)展高鐵技術(shù),在建設(shè)鐵路過程中,不可避免的要建設(shè)隧道,而在建設(shè)隧道的過程中極易發(fā)生坍塌事故,導(dǎo)致施工人員的生命安全受到威脅,如若不能準(zhǔn)確確定人員位置,勢必會使得救援效率降低,因此建立一套有效的隧道人員定位系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。目前市場上大多數(shù)的隧道人員定位系統(tǒng)都是使用RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)完成考勤管理,無法實(shí)現(xiàn)精確定位。本文采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,通過改進(jìn)測距模型以及定位算法實(shí)現(xiàn)人員的精確定位,本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,對ZigBee技術(shù)進(jìn)行研究分析,設(shè)計以CC2530為核心的隧道人員定位系統(tǒng)方案,從系統(tǒng)軟件和硬件兩方面介紹系統(tǒng),并開發(fā)上位機(jī)界面顯示,界面顯示包括隧道中部署的各個節(jié)點(diǎn)的位置以及施工人員的姓名位置,當(dāng)隧道中的施工人員位置確定后,工人的姓名及位置將會顯示在上位機(jī)對應(yīng)的界面。其次,對定位算法進(jìn)行研究,深入研究RSSI測距技術(shù)與加權(quán)質(zhì)心定位算法,并介紹RSSI測距的三種模型,通過對比分析,本文選用陰影測距模型,在此基礎(chǔ)上,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對陰影模型測距技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提出BP優(yōu)化RSSI加權(quán)質(zhì)心定位算法,采用該算法進(jìn)行初步定位,緊接著介紹遺傳算法,將遺傳算法與BP優(yōu)化RSSI加權(quán)質(zhì)心算法進(jìn)行融合,在初步定位的基礎(chǔ)上選用遺傳算法進(jìn)行二次定位,實(shí)現(xiàn)定位精度的提高。最后,選用MATLAB軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真與分析,仿真內(nèi)容主要包括BP優(yōu)化RSSI測距模型仿真,傳統(tǒng)RSSI加權(quán)質(zhì)心定位算法、BP優(yōu)化RSSI加權(quán)質(zhì)心定位算法、遺傳算法與BP優(yōu)化RSSI加權(quán)質(zhì)心相融合三種定位算法分別在空曠區(qū)域以及隧道環(huán)境中的仿真。并對三種算法的仿真結(jié)果進(jìn)行對比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,本文提出算法定位精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)RSSI加權(quán)質(zhì)心算法,當(dāng)災(zāi)難發(fā)生后,可以迅速準(zhǔn)確確定人員位置,提高救援效率。
【圖文】：

10圖 2.2 基于 ZigBee 隧道人員定位系統(tǒng)Fig.2.2 The system of ZigBee tunnel personnel positioning）上位機(jī)界面顯示。主要由主機(jī)，顯示器兩部分組成，主機(jī)將收計算出施工人員位置，然后將監(jiān)測信息，工作人員位置、姓名故發(fā)生時，指揮中心的管理人員可以遠(yuǎn)程發(fā)布指令，指揮相關(guān)效率。

實(shí)現(xiàn)隧道環(huán)境中的區(qū)域監(jiān)測。通過節(jié)點(diǎn)間的通信來實(shí)節(jié)點(diǎn)通過和待定位節(jié)點(diǎn)間的通信，將所得到的的信息網(wǎng)連接傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)所得到的信息進(jìn)行設(shè)計的部署以及節(jié)點(diǎn)的數(shù)量對定位精度有著重要的影響，定位精度越高，但是節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增多會導(dǎo)致成本提升精度和成本等多方面的影響。本文選取長 2000 米，寬據(jù)節(jié)點(diǎn)的通信距離可以算出監(jiān)控區(qū)域所需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)隧道環(huán)境中，，節(jié)點(diǎn)的部署方式對定位精度有著重要的節(jié)點(diǎn)部署與空曠區(qū)域則不同，目前隧道中常用的節(jié)點(diǎn)行四邊形部署方式，另一種是矩形部署方式，本文將部署方式見圖 2.3。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U453

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本文編號：2605868