基于无线传感器网络的矿井移动目标定位算法的设计-科学研究项目申请书

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1、基于无线传感器网络的矿井移动目标定位算法的设计项目负责人张楠所在单位机电工程学院2017.04—2018.1201020304项目的立项依据、研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题研究基础、拟采取的研究方案及可行性分析项目的特色与创新之处项目的分年度具体实施内容和预期成果01项目的立项依据、研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题020304研究基础、拟采取的研究方案及可行性分析项目的特色与创新之处项目的分年度具体实施内容和预期成果01本项目在经典的RSSI的测距模型研究的基础上，提出改进的RSSI误差补偿算法。我们知道传统RSSI定位算法

2、是通过已知节点对未知目标节点发出的电磁信号强度进行判断，以信号的衰减程度为依据，采用适当的信号传输模型，计算出目标节点相对于信标节点的位置或者坐标。本项目设计的改进型RSSI误差补偿算法，同时针对煤矿井下的特殊环境（煤矿井下巷道和开采区一般比较狭长），针对这一特殊环境，将二维定位环境转化为一维线性定位环境，并提出了相应的定位模型和比值定位算法，解决其受环境因素影响较大的缺点，简化定位算法模型，提高井下人员定位的精度。项目的研究内容、目标研究内容研究目标本项目设计的基于RSSI的井下人员精确定位算法和煤矿综合监控人员定位系统组成一个贯穿井上和井

3、下的通信网络，实现地面人员对井下各个区域人员活动及分布的全面掌控，方便为井下人员生产工作进行优化，提高生产效率。由于本算法定位精度较高，如遇井下突发安全事故，井上人员能够立即通过本系统查找出各人员的具体位置和状况，为制定救援方案提供及时、有效的数据，使人员伤亡和事故损失降到最低。01项目的研究内容、目标煤矿生产多为地下作业，空间狭窄，工作环境恶劣，时刻都有发生事故的可能。作为井下移动目标的主要对象——人员就在这样的环境中工作。因此，新型的煤矿井下综合监控人员精确定位系统，必须实现对煤矿入井人员的实时跟踪和精确定位，消除地面管理人员对井下作业人

4、员的视野盲区，随时清楚掌握每个井下作业人员的位置及活动轨迹。本项目的研究是在无线传感器网络的基础上设计的定位算法，主要是针对煤矿井下环境，为井上管理人员提供井下人员分布的精确位置信息，同时也可以用在其它的工业环境，具有较多的应用领域。因此，通过采用国内外先进的科学技术，进行人员精确定位算法的研究是非常必要的。目前国内对基于无线传感器网络的定位技术具有突破性的研究相对较少，国内所使用的煤矿井下人员定位系统主要是实现巷道的考勤功能或者仅仅实现粗略层面上的定位，完成井下人员位置的大致确定，很少能真正精确的实现人员定位跟踪。如今，国内对于煤矿井下人员

5、精确定位与跟踪技术的研究仍然是一个相对薄弱领域。研究意义研究现状分析01我们知道井下环境较为复杂，在采用RSSI技术进行定位时，待测地点的环境、温度、气压等因素有较大差异，测量距离和路径衰减之间没有一个固定的数学模型。通常采用的模型有基于各种测量数据的纯经验式模型，也有结合在物理参数测量及数据分析的基础上的半经验式模型。无论哪种模型，都无法很好的适应于实际的通信环境，将其准确的模拟出来。通过在模拟井下巷道中测试中得到以下结论，采用RSSI定位算法进行定位时，接收到的信号强度容易受定位环境因素的影响，信号波动比较大。于是，本项目中设计了基于RS

6、SI的误差补偿算法，根据对接收到的RSSI进行误差补偿，通过实际环境测得的数据来推算出特殊距离下的RSSI均值，利用这些值对系统的信号传播模型进行校正，更加精确得捕捉信号传播的衰减规律和特征，使得建立的传输模型和实际环境下的传播特征更加接近，从而有效地提高人员定位的精确程度。拟解决的问题拟解决的问题02研究基础、拟采取的研究方案及可行性分析02主要研究成果实用新型专利[1]张楠.煤矿综合监控系统的设计与实现[J].矿业研究与开发，2012，32（2）:88-93.[2]张楠.矿井移动目标并发接收时间片调度算法[J].煤矿安全，2012，43（

7、6）:90-92.[3]张楠.基于无线传感网络的液压系统数据测量方法研究[J].煤炭工程，2015，47（4）：105-107.[4]张楠.煤矿顶板锚固体失稳模式探测仪的研发与应用[J].中国煤炭，2016，42（9）:50-53.[5]张楠.基于温度补偿的光纤光栅井下锚杆受力动态检测技术[J].煤矿安全，2016，47（4）:146-149.[6]张楠.基于CAN总线的煤矿综合监控系统的设计与实现[J].大同大学学报，2012，4:58-61.[7]张楠.智能ETC系统中电子标签的防碰撞算法研究[J].大同大学学报，2011，1:80-83

8、.1.煤矿井下移动目标定位仪（独立完成）2.一种胶带输送机保护装置（独立完成）3.一种煤矿井下人员定位仪（独立完成）4.一种便携式瓦斯检测仪（独立完成）5.一种车载