基于ZigBee技术的隧道沥青路面碾压轨迹实时定位及监控技术研究

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我国是世界上公路隧道规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、发展速度最快的国家。为了保证隧道施工中的路面施工质量,避免压实不足等问题产生,对压路机的碾压轨迹进行实时定位和监控研究就显得尤为重要。然而隧道环境大多是狭长空间,且地形复杂,这导致无线信号在隧道环境传输过程中会产生褪色效应;其次隧道大多分布于山地,无线信号微弱,因此在隧道环境中无法用传统的GPS定位系统进行准确定位。为了有效解决隧道内压路机碾压轨迹的实时定位和监控问题,本文依托云南省交通厅科技项目,开展了基于Zig Bee技术的隧道沥青路面碾压轨迹实时定位及监控技术研究,主要结论如下:(1)基于对室内定位技术的研究,确定在隧道环境下采用抗干扰性强,数据传输可靠的Zig Bee技术。其次基于Zig Bee测距理论,推导得出了Zig Bee测距模型公式,对Zig Bee测距模型公式中的环境参数—A值和n值进行分析,用试验法确定其合理取值。确定了基于CC2530单片机的Zig Bee定位系统,其次进行无线数据传输试验,验证了该Zig Bee定位系统的可行性。结果表明:该定位系统可以稳定地传输来自移动节点的信息,适用于隧道定位系统中位置坐标的获取和发送。(2)分析了隧道内用于测距的RSSI信号在褪色效应及其他因素的干扰下,其信号强度值往往会发生波动,直接用该RSSI值进行测距会产生较大误差。提出用卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波方法对该RSSI值进行滤波处理,滤波试验结果表明:扩展卡尔曼滤波方法的滤波效果要优于卡尔曼滤波处理方法。提出了基于扩展卡尔曼滤波的最小二乘定位算法,并进行了隧道定位试验,结果表明:该定位算法的定位精度要高于最小二乘法的定位精度。(3)通过试验确定了Zig Bee定位系统的最佳参考节点数目和最佳参考节点横纵间距,给出了最佳定位方案:即在参考节点数目为5个,参考节点横向间距为8.5m,纵向间距为10m时,将Zig Bee节点矩形布置于隧道路面两侧进行定位试验,此时的定位效果最为理想。其次对定位结果进行分析,建立了邻域均值迭代法,通过用邻域均值迭代法对定位结果进行优化处理,结果表明:采用邻域均值迭代法处理后的横坐标定位误差减小了52.1%,纵坐标定位误差减小了40.0%。(4)运用MATLAB GUI模块,开发了用于隧道路面压路机碾压轨迹定位和显示的实时监控系统,该监控系统通过串口实时读取和显示来自CC2530单片机的定位数据。分析了串口数据并对该串口数据进行数据解析,编写相关回调函数代码,完成该监控系统的串口参数区、轨迹显示区、坐标数据保存区、压路机参数区等相关功能的开发。进行隧道环境监控试验,结果表明:该实时监控系统定位精度较高,可以稳定、连续地记录移动节点的定位数据并实时显示。
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