基于ZigBee技术煤矿井下人员定位算法研究与实现

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ZigBee无线网络通信技术以其优良的特点,应用于煤矿井下人员的定位与救援系统中,然而井下的通信环境恶劣,多径效应明显,干扰严重,信号的衰落快,给无线通信带来了困难。同时,目前系统定位精确度,满足不了定位和救援的需要,尤其在发生矿难时,缺乏井下人员可靠的精确定位信息,使得事故救援效率低、成功率小。因此,研究有效的定位算法,提高定位精确度,增强对井下人员定位监控和救援能力,保障井下人员的生命安全,具有重要的意义。  针对定位算法存在的问题,研究了相关算法,并在STM32W108 ZigBee定位节点上实现,利用大楼走廊模拟煤矿井下巷道,对定位算法进行性能测试。课题主要做了如下工作:  首先,针对移动人员的定位信号测距误差大,导致定位精确度低的情况,提出波动测距信号模糊预测修正和测距参数动态变化的测距算法,优化测距的精度。  其次,对于定位计算中存在欺骗性锚节点信息的问题,采用概率统计筛选最佳信号锚节点的算法,减少欺骗性锚节点的信息,提高定位的精确度。  最后,由于煤矿井下的定位区域分散,巷道多,且定位算法存在各种复杂问题,因此提出分巷道分布式多算法协同定位的定位算法,综合提高整个系统的定位精确度和稳定性。  实验测试与数值模拟结果证实,提出的定位算法具有可行性,提高了系统的定位精确度和稳定性。在发生矿难事时,便于开展快速而有效的营救方案,争取宝贵的救援时间,最大限度的减少人员的伤亡。本课题依托与上海赞润微电子科技有限公司的合作开发项目——“ZigBee煤矿井下定位系统”,参与相关研究开发,同时将研究的定位算法应用到该定位系统中,目前已取得了重要的研究成果,将为煤矿井下人员的安全发挥重要的作用,具有现实意义和实用价值。
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