井下无线传感器网络定位算法研究

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无线传感器网络是伴随着传感技术、无线通信技术、信息处理技术的不断发展和社会需求的不断增长而产生的一个新的交叉研究领域。无线传感器网络节点自定位技术作为无线传感器网络技术的关键性支撑技术,目前已成为了无线传感器网络技术研究的热点。本文首先介绍了几种典型无线传感器网络定位算法的原理和特点,及无线传感器网络定位算法的性能评价指标。在对煤矿井下定位技术的研究现状、基于无线传感器网络的井下人员定位系统的特点和煤矿特殊环境的研究的基础上,分析了基于RSSI定位算法的特点和其在井下定位应用中所存在的不足。在此基础上提出了基于信标节点信息的改进RSSI定位算法,该算法将非测距算法DV_HOP中信标节点ID号、坐标信息和跳数信息在网络中广播的方法引入到RSSI算法中,以排除受到干扰的RSSI值对定位的影响,并利用信标节点的跳数信息和坐标信息来修正定位误差,从而提高了RSSI算法的抗干扰性和定位精度。其次,本文针对传感器节点定位过程中由于受煤矿井下巷道复杂环境因素的影响,造成的定位精确差的问题,利用GIS系统的地图管理功能和人工神经网络(ArtificialNeural Network)无需建立数学模型的特点,提出了一种GIS—ANN修正方法。该修正方法由三部分组成:一、人工神经网络的建立和训练,训练样本集由实验数据和实际数据构成;二、通过将定位数据与GIS中的地图进行匹配,找出需要修正的数据;三、训练后的人工神经网络对定位存在误差的数据进行修正。实验结果表明:该方法能够对存在误差的节点坐标进行有效的修正,从而提高了节点的定位精度。最后,在本文提出的定位算法和定位修正方法的基础上,结合CrossBow公司的Mote无线传感器节点和ERSI公司的ArcGIS Server9.3平台,设计并实现了无线传感器网络井下定位原型系统,并在楼道中进行了模拟定位实验,实验结果表明该WSN井下定位系统能够基本满足井下环境的定位需求。
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