煤矿井下无线安全监测与人员定位系统设计与实现

摘要

煤炭在我国的能源结构中具有基础性地位,在未来相当长的时间内都将是我国最为主要的能源。然而,我国是世界上煤矿事故多发国,这些事故造成了巨大的社会财产损失,并且对矿工的生命构成了严重的威胁。因此,利用先进的通信和信息处理技术设计出能够满足煤矿井下需求的安全监测系统已经成为了煤矿安全生产技术研究的重要方面。
　　为达到促进煤矿安全生产的目的,本文针对井下生产过程监测及安全评价预警问题,设计了基于无线传感器网络技术的煤矿井下无线安全监测与定位系统。首先,分析了无线传感器网络与信息融合技术基本原理及特点,构建了煤矿井下无线安全监测与定位系统的总体方案,分为井下无线传感器网络和信息监控中心两个部分。在分析了井下工作环境和数据采集特点的基础上,设计了基于Zigbee技术的无线网络节点;搭建了以CC2530为核心的硬件测试平台,编制了平台各个功能节点的相关软件;结合矿山已有的CAN总线通信网络,设计了连接ZigBee网络和CAN总线的通信网关。然后,针对矿井员工的定位需求,提出了一种基于RSSI的定位算法。该算法采用质心计算方法弥补三边测量法在坐标计算中的缺陷,仿真试验表明,该算法可以有效的对巷道中的人员进行定位。最后,建立了基于信息融合技术的矿山安全信息评价模型,并设计了基于B/S构架的井下监测系统软件。

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1绪论

1.1研究背景

1.2煤矿安全监测系统现状

1.3井下无线传感器网络

1.4本文的主要工作及文章结构

2监测系统整体设计及相关技术原理

2.1井下无线传感器网络通信协议

2.2多源信息融合技术

2.3安全监控系统总体方案

2.4本章小结

3无线传感器网络节点设计

3.1井下网络节点设计原则

3.2无线传感器网络节点硬件设计

3.3无线传感器网络节点软件设计

3.4本章小结

4井下无线定位技术

4.1无线传感器网络节点定位技术

4.2煤矿井下人员定位算法的比较

4.3基于RSSI的煤矿井下定位算法

4.4本章小结

5矿山井下监测评价系统

5.1多传感器自适应加权融合

5.2基于BP神经网络的矿山安全信息评价模型

5.3监测中心软件功能

5.5本章小结

6总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士期间研究成果