危险场所动目标定位方法与跟踪技术研究

摘要

许多工业场所都具有很多的危险区域，且由于环境限制，存在对人员监控信息不明的情况，往往为灾后救援带来问题。目前我国现有的监控系统自动化程度和信息化程度还偏低，且多侧重于环境数据监控。因此，采用先进科技学技术对包括人员、移动设备在内的动目标进行监测己势在必行。随着计算机技术、自动化技术和通信技术的迅速发展，实现动目标定位追踪的技术已经成熟。鉴于此，论文提出基于无线射频定位技术的动目标定位追踪系统，并对此进行了设计与实现。 论文首先介绍了动目标定位的关键意义与国内外研究现状，给出了主要工作安排。 论文分析了目前常见定位技术的原理与特点，射频技术由于其良好的抗干扰性得到了广泛应用，区域定位方法虽然定位精度较低，但相比其他方法实现简单，误差小，因此在工业场所应用广泛。本文分析了区域定位方法可能出现的漏检问题与常用解决算法，并针对轨迹分析给出了采用聚类分析的新思路。 论文以煤矿井下为具体研究对象，设计了一种实现井下动目标定位追踪的系统。整个系统采用无线数据采集，有线传输的方式。井下人员、设备配置信标器，通过发送无线信号把自身的信标器编号发送出去。井下沿巷道设置基站，通过接收无线信号来收集人员信息数据。井下各个基站收集到的数据通过485总线传至485/以太网网关，地面主机运用TCP/IP协议连接网关，采集数据，并完成对数据的分析、处理和存储。地面主机和井下各分站、基站采用485总线、以太网连接构成一个完整的具有一定冗余性的系统。C/S模式的软件监控系统可以有效对数据分析处理，提高企业管理能力、为灾后救援提供可靠参考信息。 对动目标定位与追踪的研究将有助于实施工业场所的全面监测，实现目标实时监测和轨迹预测，为企业管理、灾害救援提供一个全面的集传感器数据自动采集、设备终端控制、环境数据分析、动目标信息分析、监控中心辅助决策为一体的高度自动化、信息化的工业现场监控系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的提出与研究意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要工作

1.3.1本文主要研究内容

1.3.2章节安排

1.4小结

2动目标定位跟踪技术研究

2.1常用定位技术分析

2.2定位技术中的常用方法研究

2.3区域定位法中的无线通讯研究

2.3.1无线数字通信工作原理

2.3.2无线数字多址通信技术

2.3.3常用防碰撞算法

2.4动目标定位跟踪方法研究

2.4.1区域定位方法的局限与硬件解决方法

2.4.2基于轨迹分析与预测的定位跟踪方法研究

2.5小结

3矿用井下动目标定位跟踪系统方案设计

3.1总体设计思想

3.2系统方案设计

3.2.1井下无线方案选择

3.2.2井下有线方案选择

3.2.3系统总体方案设计

3.3系统组成与功能

3.3.1系统硬件构成

3.3.2系统软件构成

3.4小结

4系统硬件设计

4.1数据传输分站设计

4.1.1 485总线模块设计

4.1.2频率开关状态采集模块设计

4.1.3辅助MCU板设计

4.1.4主板设计

4.2动目标定位基站设计

4.2.1基站底板设计

4.2.2无线收发模块设计

4.3信标器设计

4.4 485/以太网网关设计

4.5 小结

5系统通讯协议与软件方案设计

5.1 485总线通讯协议设计

5.1.1常用总线协议Mod Bus简介

5.1.2煤矿井下485总线通信协议研究

5.2板间总线通讯协议设计

5.2.1 I2C总线简介

5.2.2 I2C工作原理

5.3无线收发模块软件介绍

5.4分站程序设计

5.5基站程序设计

5.6系统软件设计

5.6.1采集软件设计

5.6.2数据库设计

5.6.3监控软件结构

5.7仿真程序设计

5.8 小结

6试验研究

6.1硬件系统实验室试验研究

6.2软件系统实验室试验研究

6.3系统仿真试验研究

6.4 小结

7结论与展望

7.1论文总结

7.2技术展望

致 谢

参考文献

附录