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基于WiFi技术的井下人员定位系统研究

作　者: 张鹤丹
导　师: 卢才武
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 信息管理与信息系统
关键词: WiFi 煤矿人员定位
分类号: TD79
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

基于WiFi技术的井下人员定位系统，是以WiFi通信技术为定位技术和传输媒介，以井下定位管理系统为监测管理平台的矿井集成管理应用系统。通过规划井下网络，部署井下定位系统硬件，开发井下定位管理系统，从而实现井下人员和设备定位数据的获取、管理及应用。本研究对前人关于井下定位系统的研究做了深入的分析和总结；对已应用于矿井的定位系统做了详细的调查和评估；对井下定位系统所涉及到的技术理论与应用做了全面的学习和探究，继而提出了井下人员定位系统设计方案和矿井应用实例。论文完成的研究工作主要包括以下几方面：(1)在对中国煤炭资源丰富性、开采工作高危险性、井下人员定位系统功能不足性、WiFi无线网络先进性分析研究的基础上，提出基于WiFi技术的井下人员定位系统。(2)详细探讨WiFi技术特点，并在与RFID、Zigbee、UWB三种井下无线定位技术对比的基础上，肯定了利用WiFi技术实现井下人员定位系统的优势。(3)在分析常用的基于测距和非基于测距的定位算法的基础上，本文提出了一种基于RSSI的改进Eudidean精确定位算法和一种简单的井下快速定位算法，并结合两种定位算法给出井下定位策略。(4)在进行全面实验和调研的基础上，按照矿井特点和工程理论，对基于WiFi技术的井下人员定位系统进行了总体设计、网络部署和功能设计。(5)在多次实验总结和研究的前提下，完成定位数据采集与传输、解析与处理，完善定位流程。并通过实验环境仿真，完成定位系统运行和定位策略测试。(6)结合矿井生产管理需求，基于Ekahau定位系统，对本文研究的井下人员定位管理系统进行开发设计，提出了四个各自独立且相互调用的子系统。(7)在相关理论研究和实验基础上，通过分析锦界煤矿矿井开采特点和煤矿生产管理需求，完成了该煤矿井下定位系统的网络规划、硬件选取和定位管理系统设计。随着无线定位技术技术、无线网络、计算机、自动化和智能系统的飞跃发展，基于无线技术的井下人员定位系统的定位精度、稳定性以及可靠性将逐步提高。系统功能也逐渐强大。基于WiFi技术的井下人员定位系统有着传统井下定位系统无法比拟的优势，具有多技术集成的应用价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 课题研究目的及意义  11
  1.3 室内定位系统国内外研究现状  11-15
    1.3.1 室内定位系统国外研究现状  11-14
    1.3.2 室内定位系统国内研究现状  14-15
  1.4 课题研究内容  15-16
  1.5 论文结构安排  16-18
2 井下定位系统相关技术  18-36
  2.1 WiFi 无线通信技术  18-27
    2.1.1 WiFi 概述  18-19
    2.1.2 WiFi 协议构架  19-20
    2.1.3 WiFi 网络拓扑  20-22
    2.1.4 WiFi 无线通信技术定位原理  22-23
    2.1.5 WiFi 技术与其他室内无线定位技术对比分析  23-27
  2.2 Ekahau 实时定位系统  27-29
    2.2.1 Ekahau 实时定位系统控制器  28
    2.2.2 Ekahau Site Survey  28-29
    2.2.3 Ekahau T301 激活器  29
  2.3 常用的室内定位算法  29-36
    2.3.1 基于测距的定位算法  29-31
    2.3.2 非基于测距的定位算法  31-34
    2.3.3 定位算法比较  34-36
3 井下人员定位算法研究  36-44
  3.1 基于 RSSI 的改进 Eudidean 精确定位算法  36-40
    3.1.1 RSSI 的三边测距定位  36-38
    3.1.2 Eudidean 算法的改进  38
    3.1.3 误差修正  38-39
    3.1.4 算法实验及结果分析  39-40
  3.2 井下快速定位算法  40-41
    3.2.1 井下快速定位算法模型  40-41
    3.2.2 算法实验及结果分析  41
  3.3 井下定位策略  41-44
4 井下人员定位系统研究  44-82
  4.1 井下定位系统需求  44-46
    4.1.1 井下定位系统需求分析  44
    4.1.2 井下定位系统功能需求  44-45
    4.1.3 井下定位系统性能需求  45-46
  4.2 井下人员定位系统总体设计  46-51
    4.2.1 井下人员定位系统物理结构  46-48
    4.2.2 井下人员定位系统功能结构  48
    4.2.3 井下无线网络设计  48-50
    4.2.4 井下定位系统开发架构  50-51
  4.3 井下定位数据采集与获取  51-58
    4.3.1 节点特点与功能  51-52
    4.3.2 井下定位系统数据采集与传输  52-55
    4.3.3 井下定位系统数据解析与处理  55-58
  4.4 实验环境下定位系统运行及算法测试  58-64
    4.4.1 测试环境搭建  58-60
    4.4.2 测试方案  60-63
    4.4.3 测试结果及分析  63-64
  4.5 基于 Ekahau 的井下人员定位管理系统设计  64-82
    4.5.1 井下人员定位管理系统开发环境  65-66
    4.5.2 人员管理子系统  66-71
    4.5.3 跟踪定位子系统  71-74
    4.5.4 预警救援子系统  74-78
    4.5.5 生产计划子系统  78-82
5 井下定位系统在锦界煤矿中的应用  82-96
  5.1 锦界煤矿概况  82-83
  5.2 锦界煤矿井下 WiFi 网络设计  83-87
    5.2.1 井下主干网络部署  83-84
    5.2.2 井下 WiFi 网络规划  84-86
    5.2.3 井下 WiFi 网络配置  86-87
  5.3 锦界煤矿井下定位系统主要硬件选取  87-93
    5.3.1 网络搭建硬件选取  87-89
    5.3.2 监控中心服务器硬件选取  89-90
    5.3.3 定位终端硬件选取  90-93
  5.4 井下定位管理系统在锦界煤矿上的应用  93-96
    5.4.1 井下定位管理系统登录与煤矿信息  93-94
    5.4.2 井下定位管理系统定位查询和历史记录  94-95
    5.4.3 井下定位管理系统预警和安全教育  95-96
6 总结与展望  96-100
  6.1 总结  96-97
  6.2 展望  97-100
致谢  100-102
参考文献  102-108
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  108

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