發(fā)布時(shí)間：2019-03-15 09:07

【摘要】：社會(huì)的發(fā)展依賴能源的支撐,煤礦是我國三大能源之一。隨著工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)對煤礦的需求量日益增加,給煤礦工業(yè)的發(fā)展提出了更大的挑戰(zhàn)。然而近年來煤礦井下的瓦斯泄露、透水、坍塌和煤塵爆炸等事故頻繁發(fā)生,給煤礦生產(chǎn)帶來了巨大的災(zāi)難和損失,煤礦開采的安全成為了煤炭行業(yè)和整個(gè)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。煤礦井下人員定位系統(tǒng)的出現(xiàn)在一定程度上保障了開采人員的安全,它在災(zāi)害預(yù)警、逃生指導(dǎo)、人員搜救中發(fā)揮著重要的作用。定位精度和穩(wěn)定性是井下人員定位系統(tǒng)的兩大主要性能指標(biāo)。而現(xiàn)階段的人員定位系統(tǒng)都存在精度差、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。為了提高定位系統(tǒng)的精度,需要選擇價(jià)格昂貴、精度高的傳感器,這會(huì)增加定位系統(tǒng)的成本,不利于其普及和推廣。隨著信息融合技術(shù)的發(fā)展,將多種定位算法進(jìn)行融合,互相取長補(bǔ)短,將為人員定位系統(tǒng)精度的提高提供新的解決思路和方法。論文選用JN5148模塊,設(shè)計(jì)完成了帶TOF和RSSI測距的Zigbee模塊,利用該模塊搭建了井下人員定位系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)分為井上和井下部分,井上部分為總線通信,井下部分為Zigbee無線通信。論文主要對井下部分的分站、讀卡器、標(biāo)示卡之間的定位算法進(jìn)行研究。首先論文在Eclipse軟件開發(fā)平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)了Zigbee組網(wǎng);通過實(shí)時(shí)采集節(jié)點(diǎn)間RSSI和TOF測距數(shù)據(jù),對不同環(huán)境下的不同干擾因素進(jìn)行了分析和處理,在Matlab仿真平臺(tái)上研究實(shí)現(xiàn)了測距的均值濾波、Kalman濾波和加權(quán)平均濾波等方法;在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測距的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了三邊定位、Bounding-Box定位算法,提出了加權(quán)平均的測距融合算法和Bounding-Box結(jié)合Kalman濾波的二維定位融合算法,分別在仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上驗(yàn)證了該算法;并在實(shí)際煤礦環(huán)境下,分別對測距和定位算法現(xiàn)場調(diào)試。論文在井下人員定位系統(tǒng)硬件測試平臺(tái)上對論文提出的信息融合算法進(jìn)行了驗(yàn)證測試。結(jié)果表明論文提出的算法能夠提高定位精度和人員定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性,達(dá)到了預(yù)期研究目標(biāo)。
[Abstract]:The development of society depends on the support of energy. Coal mine is one of the three major energy sources in China. With the development of industry, the demand for coal mine is increasing day by day, which poses a greater challenge to the development of coal mine industry. However, in recent years, accidents such as gas leakage, water permeability, collapse and coal dust explosion occurred frequently in coal mines, which brought huge disasters and losses to coal mine production. The safety of coal mining has become the focus of attention in the coal industry and the whole society. Coal mine personnel positioning system to a certain extent to ensure the safety of mining personnel, it plays an important role in disaster early warning, escape guidance, personnel search and rescue. Positioning accuracy and stability are two main performance indexes of underground personnel positioning system. At present, the personnel positioning system has the shortcomings of poor precision and poor stability. In order to improve the accuracy of the positioning system, it is necessary to select expensive and high-precision sensors, which will increase the cost of the positioning system, which is not conducive to its popularization and popularization. With the development of information fusion technology, many location algorithms will be fused to complement each other, which will provide a new solution to improve the accuracy of personnel positioning system. In this paper, the JN5148 module is selected to design and complete the Zigbee module with TOF and RSSI ranging, and the experimental platform of underground personnel positioning system is built by using this module. The platform is divided into underground part and downhole part. The downhole part is bus communication and the downhole part is Zigbee wireless communication. This paper mainly studies the location algorithm between the sub-station, card reader and indicator card in the underground part. First of all, on the Eclipse software development platform, the paper realizes the Zigbee networking; Through real-time collection of RSSI and TOF ranging data between nodes, different interference factors in different environments are analyzed and processed. The mean filtering, Kalman filtering and weighted average filtering of ranging are studied and implemented on the Matlab simulation platform. Based on the realization of stable ranging, the trilateral location and Bounding-Box localization algorithm are further studied, and the weighted average ranging fusion algorithm and the two-dimensional location fusion algorithm based on Bounding-Box and Kalman filtering are proposed. The algorithm is verified on the simulation platform and the experimental platform. And in the actual coal mine environment, the ranging and positioning algorithm is debugged on the spot. In this paper, the information fusion algorithm is tested on the hardware test platform of underground personnel positioning system. The results show that the proposed algorithm can improve the positioning accuracy and the stability of the personnel positioning system, and achieve the expected research goal.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD655;TP202

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本文編號：2440488