【摘要】：在高溫濕、人員設(shè)備密集、線路供電長(zhǎng)的礦井中,現(xiàn)有礦井網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的有線樹(shù)形結(jié)構(gòu)的分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng),存在諸多缺陷,例如無(wú)法進(jìn)一步擴(kuò)充系統(tǒng)容量和系統(tǒng)傳輸效率;在某支出現(xiàn)故障時(shí),該分支以下所有監(jiān)測(cè)設(shè)備均失去通信能力;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)固定,無(wú)法適應(yīng)礦井工作面動(dòng)態(tài)變化等,不能滿足現(xiàn)代礦井安全生產(chǎn)管理的要求。礦井無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)靈活多變的自組網(wǎng)方式可以滿足礦井監(jiān)測(cè)環(huán)境下的各種要求,對(duì)礦井環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)人員位置及生命體征進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警,為此礦井環(huán)境中將布設(shè)大量感知監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn),對(duì)節(jié)點(diǎn)的定位是礦井無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以礦井為研究對(duì)象,把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)應(yīng)用于礦山監(jiān)測(cè),結(jié)合礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)要求與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn),給出了一種分布式節(jié)點(diǎn)定位算法,來(lái)提高井下巷道環(huán)境中監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)定位精度及定位魯棒性,主要研究包括以下三個(gè)方面:(1)選用分布式定位算法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確定位。礦井環(huán)境復(fù)雜,與地面環(huán)境相比有較大的差異,具有巷道長(zhǎng)窄,巷道分支多,節(jié)點(diǎn)布設(shè)密度需求較低,節(jié)點(diǎn)信號(hào)衰減快速,通信半徑短等特點(diǎn),均會(huì)導(dǎo)致礦井環(huán)境中無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)連通性降低,對(duì)井下節(jié)點(diǎn)定位精度有較大的不利影響。針對(duì)礦井環(huán)境特點(diǎn),必須采用分布式定位算法。同時(shí)為保證定位精度,要求巷道節(jié)點(diǎn)布設(shè)過(guò)程中,錨節(jié)點(diǎn)需均勻布設(shè);(2)提出一種基于剛性圖理論的節(jié)點(diǎn)分簇算法。利用剛性圖理論,將井下節(jié)點(diǎn)定位的唯一性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)及其連通性所組成框架的全局剛性問(wèn)題。雖然礦井下節(jié)點(diǎn)布設(shè)時(shí),整體必然會(huì)滿足全局剛性,但在分簇后,由于簇間節(jié)點(diǎn)無(wú)法直接連通,將會(huì)摧毀部分連通性,所以簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)框架是否為全局剛性仍未可知,若同簇節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置不唯一,則簇內(nèi)相對(duì)定位無(wú)法保證唯一,并將影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的定位精確性,定位算法失敗。本文利用所布設(shè)錨節(jié)點(diǎn)及其數(shù)個(gè)相互連通的鄰居節(jié)點(diǎn)組成初始剛性簇并向周?chē)鷶U(kuò)展,其余節(jié)點(diǎn)通過(guò)判斷其與剛性簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的連通性,依次加入剛性簇內(nèi),使多個(gè)剛性簇同步擴(kuò)展至整個(gè)網(wǎng)絡(luò);(3)提出一種基于雞群優(yōu)化理論的節(jié)點(diǎn)定位算法。將同一簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn),根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的接收信號(hào)強(qiáng)度算出其間的距離,利用雞群優(yōu)化算法,以位置集為解集,各位置集所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)距離與實(shí)際所測(cè)距離的相對(duì)誤差之和為適應(yīng)度函數(shù),進(jìn)行相對(duì)定位。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)相對(duì)定位后,其實(shí)際位置可以簇內(nèi)所屬錨節(jié)點(diǎn)為中心,旋轉(zhuǎn)一定角度得出。不同簇節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置利用雞群優(yōu)化算法,以不同簇旋轉(zhuǎn)角度為解集,各角度集所對(duì)應(yīng)位置時(shí)節(jié)點(diǎn)距離與實(shí)際所測(cè)距離的相對(duì)誤差之和為適應(yīng)度函數(shù),進(jìn)行絕對(duì)定位。通過(guò)仿真驗(yàn)證,該定位算法在礦井模擬環(huán)境中,在不同巷道環(huán)境,節(jié)點(diǎn)密度,通信半徑,錨節(jié)點(diǎn)比例情況下,精度均有較好表現(xiàn),且具有較好的魯棒性。
【圖文】：

確定傳感器節(jié)點(diǎn)確切的坐標(biāo)后，能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的價(jià)值；另外礦井準(zhǔn)確位置進(jìn)行參考。所以，研究和揮作用的必要前提。感器網(wǎng)絡(luò)概述感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)的大點(diǎn)（大部分為固定式、小部分可以測(cè)區(qū)域內(nèi)指定的對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，點(diǎn)多跳（Multi-hop，多節(jié)點(diǎn)接力ternet 或衛(wèi)星鏈路最終傳遞至用戶

主要由傳感器和 AC/DC 轉(zhuǎn)換器組成，其中傳感器負(fù)，并通過(guò) AC/DC 轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字監(jiān)測(cè)對(duì)象類(lèi)型和數(shù)據(jù)采集頻率有關(guān)，由于無(wú)線傳感器于實(shí)際需求，具有一定冗余，故適當(dāng)降低數(shù)據(jù)采集頻影響數(shù)據(jù)的有效性。塊主要由微型處理器和存儲(chǔ)器組成，負(fù)責(zé)對(duì)傳感模塊進(jìn)行處理，同時(shí)也負(fù)責(zé)執(zhí)行通信協(xié)議并轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自其他采用低功耗的微型嵌入式中央處理器（Central Pro模塊負(fù)責(zé)傳感器節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)或 Sink 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)射距離的多次方（一般為 2-4 次方）及數(shù)據(jù)包的大小多跳的通信形式節(jié)約能耗。通信模塊有四種狀態(tài)：發(fā)
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5;TD65

【參考文獻(xiàn)】

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1 余修武;范飛生;李睿;江珊;;基于接收信號(hào)強(qiáng)度分區(qū)礦山無(wú)線定位算法[J];中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2015年09期

2 敬明e，

本文編號(hào)：2595766