基于无线传感器网络的化工生产区人员定位系统软件设计

摘要

近年来，随着化工行业的迅速发展，安全管理经验不足、安全监控设备不完善等因素带来的隐患，导致化工企业安全生产事故进入多发期，严重地威胁着化工生产区现场工作人员的人身安全和化工企业的生产安全。建立用于化工生产区人员实时定位跟踪与管理的系统，对于灾难发生时的事故救援与日常生产中的安全管理非常重要。
　　现有的人员定位系统多数是基于RFID和ZigBee技术研制和开发的，定位精度偏低，仅能实现粗略定位与考勤管理功能，难以满足化工生产区大范围区域精确定位的要求。通过对多种定位技术的分析可知，基于CSS技术通信测距能够取得很好的测距精度。为了提高人员定位系统的定位精度，论文以高危生产区域的高精度人员定位为研究背景，基于线性调频扩频(CSS)技术设计了一套新型的化工生产区人员定位系统。该系统在日常生产中可以提供考勤管理的功能，事故发生时可以提供事故现场人员的位置信息，对事故及时的处理起到重要的作用。
　　论文对化工生产区人员定位系统总体方案进行了分析，提出了系统的总体结构框架。使用三层C/S软件结构对人员定位系统监控软件进行整体结构和功能设计。同时，对人员定位系统考勤管理、报警管理等功能模块进行了软件设计与实现。论文选择基于CSS技术通信的传感器节点作为无线传感器网络节点，通过以太网将前端无线数据传输到上位机。服务器定位引擎对接收到的前端网络无线采集的数据进行分析处理，获得现场工作人员的位置信息。结合数据库中存储的化工生产区布局信息以及参考节点和基站节点的位置坐标信息，通过对现场工作人员的位置信息的二次加工，实现了现场工作人员位置信息实时图形化显示。
　　论文提出将化工生产区划分为四种不同类型的区域，采用不同的方法分别进行定位计算。将小容量区域作为典型的基本定位单元，进行了定位算法的详细设计与实现。分别采用最新出现的对称双向双路(SDS-TWR)测距算法以及极大似然估计算法实现距离测量和定位计算。对于大容量区域的定位，采用典型定位单元的细胞组合式扩展方式实现。在基本定位单元内对定位系统进行了软硬件联调，定位测试结果表明，论文提出的人员定位系统具有较高的定位精度和一定的实用性，定位软件功能满足需要。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文主要内容及组织结构

第二章 无线传感器网络定位技术与算法研究

2.1室内定位技术研究

2.2无线传感器网络定位算法分类

2.3基于测距(Range-based)的定位方法分析

2.4 典型定位系统

第三章 人员定位系统需求分析与方案设计

3.1定位系统设计分析

3.2定位系统方案设计

3.3客户端软件总体设计

第四章 无线定位系统软件设计与实现

4.1无线定位系统介绍

4.2无线通信模块软件设计

4.3汇聚节点软件设计

4.4距离测量模块软件设计与实现

第五章 人员定位系统监控软件设计

5.1系统数据库设计

5.2定位引擎算法的设计与实现

5.3客户端软件各功能模块设计与实现

5.4系统测试

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目