[01148863]基于无线传感器网络的矿山井下定位系统的开发研究

我省是非煤矿业资源大省,矿业开发在我省经济建设中处于支柱地位。拥有金川集团公司、酒钢集团、白银公司等国内外知名的特大型矿业开发企业,但矿井环境恶劣,错综复杂。矿井安全一直是人们十分关注的话题。能够对井下人员和车辆等移动目标进行所存在的通信监控技术不足,采用了基于RSSI定位算法的无线传感器网络定位系统。并对RSSI测距环境参数进行了最小二乘法的修正,可以大大提高定位精度,采用该方法可以有效的对矿井环境中的人员、车辆进行定位,预防井下事故的发生。鉴于此,本项目（2）针对RSSI测距技术误差,提出一种基于最小二乘法的RSSI测距环境参数的修正方案。该方法使用最小二乘法拟合方法对环境参数进行修正,以消除各种干扰对测量数据的影响,以提高RSSI测距的精度,为高精度定位打下基础。实验和仿真结果表明,采用环境参数修正方案后,可以明显提高测距的精度。在定位阶段中,通过分析现有的RSSI定位法,提出基于SSDOA测距差值法的定位思想,构建双曲线方程组,并用Chan算法求解未知节点的坐标。通MATLAB建立测距差值定位算法的仿真模型,分析测距精度对定位精度影响,并与经典RSSI定位算法的定位性能相对比,得出该定位算法有较好的定位性能。 在此基础上,进行无线传感器网络监控软件的人机界面、软件设计,搭建无线传感器网络平台。并在矿山井下,进行相关的无线定位模拟实验,做出相关分析。 本研究综合运用计算机、微电子、网络、通信、传感器和采矿关学科的理论,采用理论演绎、模型构建、仿真、实验室实验和现场实验等相结合的方法。通过理论演绎。我们将在前期研究成果的基础上,得出适合井下作业的定位算法,以及根据企业要求对算法进行改进。再根据所构建的理论模型和相应定位算法选取一定数量的相关企业进行试验,对无线传感器网络定位算法在井下应用的实施效果进行综合评价。最后,我们将根据实证研究结果,无线传感器网络定位和在井下的适用性、理论和推广价值及尚需完善的地方做出进一步探讨。 本项目基本按照研究计划执行,并取得了预期的成果。自2013年度完成了矿山地质考察,资料收集,检测点的选择等工作后,在金川公司龙首矿连续进行了影响RSSI的参数因子的检测,检测内容包括气压、温度、湿度等气候因子。考虑到RSSI受障碍物的影响较大,为了获得较好的RSSI实验数据,本项目还在空旷环境下设置了无线传感器网络的实验平台,验证了RSSI对障碍物的敏感性,为RSSI参数的矫正奠定了理论基础。同时,利用最小二乘法对RSSI测距进行了参数矫正,并借助Zigbee无线定位系统和定位节点CC2431芯片实现无线传感器网络监控软件的人机界面设计、软件设计和无线传感器网络的实验平台搭建。此外,为了更好的预测矿山的地质灾害情况,本项目还在白龙江流域进行了地质考察,并借助遥感图像对白龙江流域的地质灾害进行了危险性评价,其结果充分揭示了泥石流及滑坡是矿山主要的地质灾害,鉴于此,本项目还利用无线传感器网络设计了对矿山地质灾害的检测系统。本年度除了继续对矿山定位系统精度修正之外,主要进行了室内实验及数据分析工作,并已经完成对已有研究成果的论文撰写和发表。截至目前为止,共发表研究论文10篇（第一标注10篇）,其中国内中文核心3篇,编著完成教材6部,完成毕业设计论文20余篇,申报专利1项,目前在社会公示阶段,还有2篇已完成的研究论文已投往国内知名刊物,已接受。