基于WSN的煤矿井下目标跟踪定位技术研究

论文摘要

煤炭是我国的主要能源之一,煤矿企业作为我国国民经济发展的支柱,是维持我国经济持续高速发展的重要保障。但是由于管理水平与监控系统的落后,使得煤矿伤亡事故频繁发生。无线传感器网络是集无线通讯、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,将其应用于煤矿安全监测,可有效地提高煤矿安全生产监控和管理水平。针对煤矿井下线型无线传感器网络节点的定位精度较低的问题,提出了基于接收信号强度指示的对角差分修正定位算法。该算法在对线型无线传感器网络节点定位的横向和纵向误差进行分析的基础上,首先利用差分原理对测量距离进行修正,并使用极大似然估计法进行初步的定位;然后应用信标节点构建煤矿井下巷道的模型,在该模型下对移动节点进行横向的修正。仿真结果表明,该算法较传统的定位算法具有较高的定位精度和稳定性,适用于煤矿井下线型无线传感器网络的节点定位。结合ZigBee技术与GIS技术设计并实现了煤矿井下无线传感器网络跟踪定位系统,该系统具有目标定位、人员考勤、数据查询、历史轨迹回放等功能。利用该系统进行了跟踪定位模拟实验。实验结果表明,该系统的各项功能运行正常,可以准确实时的获取移动节点的坐标,验证了GIS技术与差分定位技术的实用性,达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文内容及组织结构
• 第2章 无线传感器网络定位技术
• 2.1 引言
• 2.2 定位算法分类
• 2.3 基于测距的定位算法
• 2.3.1 三边测量法
• 2.3.2 三角测量法
• 2.3.3 极大似然估计法
• 2.4 距离无关的定位算法
• 2.4.1 质心定位算法
• 2.4.2 DV-HOP 算法
• 2.4.3 APIT 算法
• 2.5 本章小节
• 第3章 基于 RSSI 的对角差分修正定位算法
• 3.1 差分定位基本原理
• 3.2 环境因子的实时获取
• 3.2.1 无线电波传播模型
• 3.2.2 井下环境因子的测量
• 3.3 对角差分修正定位算法
• 3.3.1 误差分析
• 3.3.2 距离修正及初步定位
• 3.3.3 横向坐标修正
• 3.3.4 算法实现
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 煤矿井下无线传感器网络跟踪定位系统
• 4.1 系统概述
• 4.1.1 系统的层次结构
• 4.1.2 关键技术
• 4.1.3 系统的主要功能
• 4.2 系统设计与实现
• 4.2.1 节点工作机制
• 4.2.2 上位机软件的设计
• 4.2.3 跟踪定位系统的实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 模拟实验与分析
• 5.1 实验环境
• 5.2 参考节点的部署
• 5.3 定位实验与性能分析
• 5.4 定位时间的延迟
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文