基于物联网技术的消防员定位系统研究

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1、＊－—？＇论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０６０２４龜後基錡技大學ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ４ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ基于物联网技术的消防员定位系统研究王静指导教师姓名：张开生教授学科名称：控制理论与控制工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：基于物联网技术的消防员定位系统研究学科门类：工学一级学科：控制科学与工

2、程培养单位：电气与信息工程学院硕士生：王静导师：张开生教授2018年5月ResearchontheLoctionSystemofFiremanBasedonInternetofThingsTechnologyAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJingWangSupervisor:Prof.KaiShengZha

3、ngMay2018基于物联网技术的消防员定位系统研究摘要在日常工作与生活中，由于人们防火意识淡薄，尤其在高层建筑中电气老化、明火管理不善、吸烟不慎等意外因素都会引起重大火灾。担任灭火救援工作的消防员将会处于非常危险的境地，在严峻的火场中其人身安全受到了极大的威胁。消防员一旦遇险，如果不能在很短的时间内对其施救，将会造成严重的伤亡后果，此时消防员的位置信息显得尤为重要。然而，灾难现场建筑环境复杂，噪音源多、烟雾浓度大、光线较弱，给消防员定位带来了极大的困难。针对这些问题，本文围绕基于物联网技术的消防员定位系统展开研究工作。系统将ZigBee无线通

4、信模块嵌入阅读器中构成智能阅读器，将其安装在具有防火效应的专用消防设备中，消防员头盔内装有电子标签，手腕佩戴采集体征信息的相关传感器。与目前应用较为广泛的定位系统相比，本系统的优势在于以RFID的识别功能采集消防员编号信息，用ZigBee网络传输数据，两者结合有效解决了RFID技术定位通信距离较短、无线传感器网络难以获得目标详细信息的问题。在算法设计中，采用高斯模型分布函数及单批传感器分批估计融合理论，对测得的RSSI数据进行融合优化，获得RSSI的最优值，然后采用改进的四边测距定位算法对目标节点进行定位，系统测试结果表明与传统的三边定位算法对

5、比，系统的定位精度得到较大地提高，可以满足消防员定位系统的需求。论文主要工作总结如下：（1）消防员定位系统总体方案设计。首先分析研究了物联网技术中的RFID技术和ZigBee无线通信技术等相关技术，并比较了几种常用的室内定位技术，决定将RFID技术与ZigBee技术进行融合实现消防员的识别及定位功能。经过研究RFID与ZigBee技术的工作原理以及各个系统的组成结构，结合RFID和ZigBee技术的优点，完成了以RFID技术对消防员进行身份识别与定位，ZigBee技术采集体征信息并作为信息传送载体的消防员定位系统的整体框架设计。（2）消防员定位

6、系统的芯片选型分析与相关电路设计。依据本系统的实质需求，系统中智能阅读器的射频芯片采用奥地利微电子公司生产的超高频RFID读写芯片AS3992以及嵌入阅读器中的ZigBee模块的CC2530芯片。根据系统对功能方面的要求，通过分析AS3992芯片和CC2530芯片的工作性能，选用功耗低的ARM9S3C2440芯片作为系统的主控芯片，并在此基I础上，完成了移动节点模块（电子标签及传感器）、路由器、协调器和底板电路模块的电路设计，最后测试了系统部分的工作性能。（3）消防员定位系统的软件方案构造和上位机定位监测系统的搭建。依据消防员定位的具体操作流程

7、，实现嵌入式Linux操作系统的移植，完成了智能阅读器、通信协议转换、定位功能模块、路由器、网关及移动节点的相关软件设计。采用Qt对上位机监测模块进行软件设计，实现消防员的实时定位、生命体征信息监测、个人信息存储以及查询等功能。（4）消防员定位系统中常规定位算法的研究。对常规定位算法进行分析及研究后，提出一种可以用于消防员定位的改进四边加权定位算法。本算法以四边加权算法为基础，利用高斯模型分布函数并采用单批传感器融合理论获取RSSI的最优值，结合梯度下降法修正目标节点的初始坐标值最后通过计算得出目标位置。利用MATLAB对算法进行仿真，结果表明

8、较于传统的三边定位，该算法的定位精度得到较大地提高。通过对数据分析与总结，证明该算法有效地弥补了三边算法中定位误差较大的缺陷，符合火场环境中对消防员定