基于RFID与WSN融合技术的煤矿安全监控系统的研究与设计

摘要

本文针对我国煤矿安全中存在的主要问题，将无线传感器节点和RFID阅读器相融合应刚到煤矿安全中。RFID技术在识别每个移动目标的身份信息的同时能够及时、准确掌握井下各个区域人员的动态位置，无线传感器节点主要负责实时监测井下的环境信息并作为传输介质将这些信息和RFID采集的人员位置信息传递到井上监控系统，使管理人员能够随时掌握井下的环境信息和人员的具体位置，对事故的发生起到积极有效的预防作用。
　　 井下人员的跟踪定位是煤矿安全监控系统的核心，但是大多数与硬件无关的井下定位算法都是基于阅读器定位的，这种算法的缺点是由于存在盲区而造成定位的空白时间段问题。本文根据RFID与WSN融合的特点对基于阅读器拓扑结构的定位算法提出了改进，对原来基于阅读器拓扑结构定位算法中的定位向量进行了扩展，将时间分量T改为Ts和Te，然后通过对定位向量进行处理后得到每个固定时间段内矿工所在的区域。最后定位算法再根据矿工的最大移动速度进一步确定矿工空白时间段内所处的区域。改进后的算法在不增加硬件成本的基础上解决了矿工定位的空白时间段问题。在数据处理方面，论文针对RFID与WSN在工作过程中会产生大量数据的特点构建了基于复杂事件处理的RFID-WSN数据处理模型，在该模型中将RFID数据和传感器数据都看成是原子事件，然后使用Esper引擎中的EPL语言匹配出具有实际意义的复杂事件。以矿工的移动和井下的环境异常两个事件为例给出了复杂事件的匹配过程，并通过仿真验证了该模型相对于数据处理模型的优势。最后本文在定位算法和复杂事件处理的基础提出了基于RFID与WSN融合的煤矿安全监控系统的架构思想与设计路线，并详细描述各个模块的功能与设计实现。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外煤矿安全监控的现状

1．2．1 国外煤矿安全监控的现状

1．2．2 国内煤矿安全监控的现状

1．3 RFID技术简介

1．3．1 RFID技术的定义

1．3．2 RFID技术的工作原理

1．3．3 RFID技术的发展及应用

1．4 WSN技术简介

1．4．1 WSN技术的定义及特点

1．4．2 WSN技术的应用现状

1．5 ZigBee协议

1．5．1 ZigBee协议层

1．5．2 ZigBee的网络设备

1．5．3 ZigBee网络的拓扑结构

1．6 本论文的主要工作以及章节安排

1．6．1 论文的主要工作

1．6．2 论文的创新点

1．6．3 论文的章节安排

1．7 本章小结

第二章 RFID与WSN的集成方式研究

2．1 RFID与WSN技术融合的优势

2．2 RFID与WSN的集成方式

2．3 RFID与WSN融合的研究现状

2．4 RFID与WSN融合的应用实例

2．5 本章小结

第三章 基于阅读器拓扑结构的定位算法及改进

3．1 阅读器拓扑结构算法

3．1．1 阅读器拓扑算法的基本原理

3．1．2 定位向量

3．1．3 对定位向量的处理

3．2 改进后的算法

3．2．1 区域拓扑结构图

3．2．2 定位向量的改进

3．2．3 改进后算法的实现

3．3 异常情况的处理

3．3．1 节点的漏读问题

3．3．2 标签被多个阅读器读取

3．4 本章小结

第四章 基于复杂事件的RFID-WSN数据处理模型

4．1 复杂事件处理

4．1．1 事件相关定义

4．1．2 事件处理引擎Esper

4．2 基于复杂事件处理的RFID-WSN数据处理模型的设计

4．2．1 原子事件的定义

4．2．2 事件预处理层

4．2．3 事件检测层

4．3 实验分析

4．4 本章小结

第五章 煤矿安全监控系统分析与总体设计

5．1 系统概述

5．2 系统结构设计

5．2．1 系统总体结构设计

5．2．2 系统的网络体系架构

5．2．3 基于ZigBee协议的无线传感器网络的建立

5．3 系统设备硬件结构

5．3．1 RFID频率的选择

5．3．2 智能节点的结构

5．4 软件模块设计

5．4．1 系统目标功能

5．4．2 井上监控系统的软件设计

5．4．3 数据库设计

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

个人简历