基于无线传感器网络的煤矿井下定位系统

论文摘要

煤矿的自然环境复杂,存在多种安全隐患。近年来我国煤矿事故频繁发生,造成重大经济损失和人员伤亡,现有的煤矿安全监控系统己经无法满足安全生产的需要。无线传感器网络是集无线通信、数据采集和信息处理功能于一体的新型分布式自组织数据采集网络。将无线传感器网络应用于煤矿井下定位,将有效地提高煤矿安全生产监控和管理水平。在此背景下,本文对基于无线传感器网络的煤矿井下定位系统进行了研究。通过深入研究国内外矿井定位系统,并对我国煤矿安全监测设备的现状进行了分析,提出了基于无线传感器网络的煤矿定位系统的总体方案。该方案阐述了系统的总体结构、各部分的功能以及性能指标。为了适应煤矿井下工作环境,在现有无线传感器网络节点的基础上,设计了采用CC2420芯片为射频通信模块的无线传感器网络节点。根据实际环境的需求,节点硬件具有瓦斯、温度传感器电路;针对矿井员工定位的需求,设计了基于RSSI的相似度算法,并在本文中进行了结果分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.3 意义与目的
• 1.4 研究内容
• 2 定位技术分析
• 2.1 无线传感器网络概念
• 2.2 定位技术简介
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 国内外研究现状
• 2.2.3 定位技术分析
• 2.3 定位算法分类
• 2.3.1 分类背景
• 2.3.2 分类方法
• 2.4 定位算法分析
• 2.4.1 基于距离的定位算法
• 2.4.2 距离无关的定位算法
• 3 系统总体设计
• 3.1 系统体系结构
• 3.1.1 总体方案
• 3.1.2 性能要求
• 3.2 系统硬件组成
• 3.2.1 人员便携式节点
• 3.2.2 矿井巷道固定节点
• 3.2.3 嵌入式网络终端（WSN-ES）
• 3.3 系统软件结构
• 4 煤矿井下定位技术
• 4.1 定位技术的设计目标
• 4.2 基于 RSSI 的相似度定位
• 4.2.1 硬件需求
• 4.2.2 相似度定位设计
• 4.3 定位算法实现
• 4.3.1 算法前提
• 4.3.2 计算 RSSI 相似度
• 4.3.3 确定邻居节点数 K
• 4.3.4 计算位置
• 4.4 算法分析
• 4.4.1 通讯代价
• 4.4.2 容错能力
• 4.4.3 扩展性
• 5 无线传感器网络节点设计
• 5.1 节点设计的要求
• 5.2 人员便携式节点设计
• 5.2.1 人员便携式节点硬件设计
• 5.2.2 人员便携式节点软件设计
• 5.3 矿井巷道固定节点设计
• 5.3.1 矿井巷道固定节点硬件设计
• 5.3.2 矿井巷道固定节点软件设计
• 6 定位算法实验与分析
• 6.1 实验环境
• 6.2 信号传递损耗模型
• 6.3 实验结果及分析
• 6.3.1 信标节点密度对精度的影响
• 6.3.2 信标节点分布对精度的影响
• 6.3.3 邻居节点 K 对精度的影响
• 6.3.4 动态选择 K 对定位精度的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果