煤矿救援通信系统是现代煤矿企业实现应急救援必不可少的一部分,且煤矿环境是一种特殊的受限环境。改善煤矿安全保障技术,实现高效安全生产是煤矿工业的长远目标。但是,煤矿井下地形复杂,环境恶劣,事故的随意性使煤矿事故时常发生,带来严重的经济、生命和财产损失。无线传感器网络具有自组织,低功耗,快速部署,抗破坏性强的特点,为煤矿应急通信和救援系统的应用提供了重要的优势,可以极大地响应煤矿的特殊环境。无线传感器网络技术在煤矿中的应用,对建立和完善煤矿应急通信系统具有重要意义,对煤矿灾难发生后及时指导有效的抢险工作和减少损失具有重要意义。论文旨在研究基于无线传感器网络的煤矿应急救援通信系统的研究。通过分析无线传感器网络在煤矿事故发生过程中网络环境的变化及节点之间的通信情况,构建适合煤矿应急救援环境的节点定位算法并将其拓展到三维环境,并在此基础上实现人员的定位与逃生引导路径开发方法。论文具体研究内容包括:首先,分析了在煤矿环境中,由于存在各种杂物和障碍物,会导致直射路径被遮挡的现象。研究基于数据驱动的障碍物检测方法,通过采集大量RSS样本的数据集,并提取数据集的特征进行分析,使用假设检验分类算法检测链路之间是否存在障碍。然后,构建了一种反映距离与接收信号强度之间关系的混合信道模型,该模型结合了地下复杂的通信特性,包括分析射线波导模型,阴影效应,隧道尺寸以及障碍物的穿透效应。构建的混合信道模型可以完成节点间距离测量,并在此基础上得到非障碍节点间的距离估计。最后,提出了一种可信的锚节点选择算法,解决了煤矿灾难后条件下高精度节点的定位问题,并将此应用升级到三维环境。因此,根据节点的位置和障碍物,通过使用改进的最小生成树算法来搜索合理引导路径。最终,分别在二维煤矿环境和三维煤矿环境通过仿真验证了所提可信锚节点选择方法的可信性,与其他算法在相同环境进行定位精度对比验证算法优势,最后确定引导路径有效性和可扩展性方面的性能。