基于WiFi的井下人员定位系统研究与设计

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目前我国的矿山生产行业事故频发,且由于矿山作业条件的特殊性、矿山管理信息化程度不够,井下的安全生产、人员管理和灾后救援是矿山生产的重要难题。井下人员定位系统的建设将帮助矿山进行人员考勤、日常管理、灾后急救、跟踪定位等。近年来,随着高科技的飞速发展,无线传感器网络技术由于有统一技术标准、低成本、低功耗、抗干扰能力强、传输距离远等多种优越性,使其开始在矿井人员定位系统中受到广泛重视。本文对基于WiFi技术的井下人员定位系统进行研究和设计,主要内容如下:(1)阐述了RFID技术、ZigBee技术、WiFi技术的基本原理,详细的对比分析这三种目前主要应用于地下移动目标跟踪的技术,进行无线通信平台的选型,最终选择了优势较多的WiFi技术,并从多方面对WiFi通信平台的安全可靠性进行分析。(2)分析了基于无线传感器网络定位技术的定位算法原理,包括RSSI、TOA、TDOA、AOA。通过对比分析实现无线定位技术的选择,并对基于三维模型的RSSI定位进行研究,采用基于固定节点距离的定位方法进行定位,提出采用高斯模型对测得的RSSI值进行修正和筛选,最后提出了一种新的计算结果优化方法以提高定位技术的准确性。(3)实现了人员定位系统的设计。首先对系统总体构架进行设计,对提高网络可靠性和设备安装安全要求进行了分析。主要包括两部分设计内容:WiFi综合数字通信平台的设计和人员定位功能的设计;其次进行了系统的硬件选型(基站、定位卡、交换机)和软件设计(数据采集、接口、控制平台软件等)。(4)将系统方案应用与矿山实例。通过详细分析狮子山的实际需求,进行WiFi综合通讯平台的布置;结合人员定位算法,采用WiFi基站进行分中段定位,实现了人员定位系统功能;建立了基于三维可视化平台的集成管理与分析软件系统,实现监控显示、定位、报警提示、轨迹跟踪、考勤管理等功能。
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