基于Zigbee井下人员定位系统构建与开发

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随着国家越来越重视金属矿山的安全生产工作以及现代管理金属矿石的需求,井下人员定位和金属矿山安全监测系统越来越体现出其重要性,它们在金属矿安全生产方面具有举足轻重的作用。目前国内外所提出的大部分定位系统中,存在很多的缺点,比如定位不精确,设备功耗大,网络组织性能差,这些都会影响到最后矿井人员的救援,造成不必要的人员损失。因此,研究一项井下矿工定位监控软件系统的课题是非常重要的,具有一定的社会价值。本文以Zigbee无线传感器网络技术为基础。针对以往定位系统的缺点进行需求分析,分析包括井下环境的定位特点、井下人员的定位功能和性能需求。在需求分析的基础上,深入研究常用定位技术,最终选择RSSI定位技术来实现定位过程。以需求分析和RSSI定位算法为依据,为矿井定位系统设计模型,模型包括井上与井下两部分,井下是硬件设备网络环境的搭建,井上是管理人员上位机的原型定位软件系统;在设计定位系统模型的过程中,还对模型的定位过程做了深入的研究,分析了主动定位过程与被动定位过程,为硬件网络环境的搭建打下了坚实的理论基础。对Zigbee硬件设备研究并熟悉后,在实验室进行网络环境的搭建,为了验证设备能够正常运行,还做了定位测试实验。为了满足定位具有一定的精确度,对参考节点的部署做了相关研究,最终部署合适数量的参考节点以及适当的参考节点间距来使得定位更加精确。建立具有一定精确度的Zigbee无线网络环境后,在此基础上进行二次开发,设计主要功能模块,其中人员定位和轨迹回放是软件的核心功能,为井下人员定位开发一套有效的定位原型系统。通过对课题的深入研究,本文得到的研究成果有:在分析井下环境的基础上,对人员定位的功能和性能做了进一步完善;所设计的系统模型,适用于目前国内大部分的中小型矿井;深入研究了成都无线龙公司的Zigbee定位设备,并做了参考节点与定位精确度相关性的测试;软件系统实现了人员定位与轨迹回放,在实际中对救援工作有着极大的帮助。
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