基于蓝牙传感器网络的煤矿安全系统定位技术研究

摘要

煤矿井下工作环境复杂且恶劣，矿井巷道又是特殊的受限空间，容易引发安全事故，因此如何加强煤矿安全管理、提高生产效率、加强安全防范，对于保障井卜作业人员生命和国家财产十分重要。井下作业人员的位置信息对于煤矿安全系统至关重要，准确及时地了解事故发生位置，能够有效及时地预防事故发生和减少事故损失。因此，节点定位的研究具有非常重要的意义。
　　 论文首先在查阅大量相关科技文献的基础上，对现有定位技术的相关知识进行了归纳和总结；整体介绍了煤矿安全监控系统的设计方案、整体结构和功能实现，介绍了系统的网络构架，并说明了已实现的定位功能方案和界面显示。针对现有工作提出了进一步研究的必要性，本论文的主要贡献如下：
　　 (1)针对常见井下定位技术的定位方法进行了归纳和总结，重点讨论了这些方法存在的问题，并通过仿真分析验证了这些方法存在的问题；根据本项目的定位要求分析了定位方法的限制，重点介绍了定位环境、通信网络对定位的影响。
　　 (2)将经验模型和加权质心算法相结合，设计了一种基于经验模型的两点定位法。首先针对井下特殊环境，对测量的RSSI值进行了修正，以及对矿井下的信号衰减模型进行了线性回归分析，并根据信号衰减模型的误差得出了修正权值。最后，该定位方法利用加权质心算法计算得出未知节点估计坐标值。在仿真分析中验证了该定位算法的可行性，得出了该算法在矿井环境下的适应性。对未加修正权值和加了修正权值的不同改进算法进行仿真分析，验证了后者定位精度优于前者。
　　 (3)以加权质心算法得出的未知节点位置作为迭代求精的初始值，设计了一种基于迭代求精的多点定位法。该算法主要针对在工作密集区多个信标节点参与定位的情况。对信标节点的设置进行了Cramer-Rao下界分析，得出了信标节点的最佳定位坐标。仿真实验表明改进方案能有效降低定位误差，提高了算法在复杂环境下的适应性。