基于超宽带技术的电厂人员定位系统的研究

这是一篇关于室内定位,超宽带,DW1000芯片,到达时间差,定位算法的论文, 主要内容为随着物联网技术的发展,电厂的智能化也逐步成为建设重点。由于电厂厂区建筑较为复杂,人员和设备数量繁多,使得工作人员的危险性增高,因此做好电厂工作人员的安全就成了电厂不容忽视的重点问题。在众多的室内定位技术中,超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术是目前室内定位技术中最稳定也是最前沿的,它具有高效的传输速率、较低的发射功率、强抗多径能力、低辐射等特点,广泛应用于智能工厂、智能物流等领域,为工厂提供精确的定位方案。本论文以实习单位的电厂人员定位系统项目为背景,设计了一套基于超宽带技术的电厂室内人员的定位系统。论文主要研究工作如下:(1)提出了改进的Chan-Taylor混合加权算法。通过比较超宽带定位技术中的四种不同的定位方法的优劣势,选择基于信号到达时间差的TDOA估计法作为定位方法;着重对最常用的定位算法Fang、Chan和泰勒级数展开法进行分析,把时间复杂度相对较小的Chan算法,和对非视距、多径具有抑制效应的Taylor算法相结合,给出了经过改进的Chan-Tayl or混合加权算法。然后使用MATLAB进行仿真建模,从模型中可以看出改进的Chan-Taylor混合加权算法和传统的Chan、Taylor等算法相比,定位精度更高。(2)在理论分析的基础上设计并实现了一套基于超宽带技术的电厂工作人员室内定位系统。电厂工作人员室内定位系统包括硬件和软件两大部分。硬件部分包括主控模块、UWB定位模块、电源模块、通信模块和运动传感器模块。选择性能强大的STM32F407VGT6芯片作为主控芯片;选用DW1000作为定位芯片来收发UWB信号;电源模块给其他模块进行供电;通信模块通过以太网进行定位数据的传输;运动传感器采用LIS2DH12芯片,通过检测三轴加速度情况来判断标签是否移动,从而控制UWB定位模块的工作模式来降低标签的功耗。软件部分包括定位引擎、定位基站和定位标签。定位引擎是通过脉冲无线电超宽带(Impulse Radio Ultra Wide,IR-UWB)技术进行位置的计算,接收定位基站和定位标签传输的信号,解析收到的信号并通过相关的定位算法计算出定位标签所在的位置。(3)在硬件和软件设计完成后,搭建系统测试平台,验证了系统硬件的基本功能和性能,成功地实现了地图管理、人员管理、轨迹分析、电子围栏划分、智能巡检以及实时位置显示等功能。结果表明,电厂定位系统的测距效果良好,定位误差在30cm以内,满足电厂室内人员的定位需求,可以广泛应用于实际的电厂环境。本文的创新点在于针对电厂人员定位提出了改进的Chan-Taylor混合加权算法,提高了定位精度。硬件设计部分,在定位标签中增加运动传感器模块,降低标签的功耗,延长标签的待机时间。软件架构设计出功能强大的位置定位引擎,可通过计算得出精准的位置信息。最后,通过基本功能测试、服务功能测试以及现场定位系统测试,在不同层级验证了电厂人员定位系统的实用性。

基于多源传感的煤矿瓦斯监测预警机制研究与实现

这是一篇关于煤矿瓦斯预警,麻雀搜索算法,BP神经网络,定位算法的论文, 主要内容为煤炭在我国的一次能源生产消费中占有主体地位,是我国国民经济发展的重要支撑,煤炭的安全生产一直是人们关注的话题。近年来,随着经济和计算机技术的飞速发展,在信息化的背景下,煤矿信息化、自动化生产也被各国和各企业重视起来。煤矿安全事故中,煤矿瓦斯造成的煤矿事故占比一直居高不下,虽然我国煤矿生产安全事故百万吨死亡率变化趋势近几年有所下降,但相比欧美发达国家还是有一定的差距。因此,精准的煤矿瓦斯预警机制是煤矿安全生产的基础和前提。本文基于多源传感采集的数据,对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)进行改进,并与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相融合,实现煤矿瓦斯安全预警,提出了基于BP神经网络自适应定位算法,提高定位算法精度,具体研究工作和成果如下:(1)针对麻雀搜索算法在初始化种群时出现的分布不均匀和搜索过程中易陷入局部最优的问题,本文通过引入伯努利映射和反向学习解决初始化种群不均匀问题,引入柯西变异跳出局部最优解,通过单纯形法得到全局最优解,得到改进算法BCMSSA,并建立BCMSSA-SVM煤矿瓦斯安全预警模型。本文通过七组对比实验检验了改进后的麻雀搜索算法的性能,相对其他智能优化算法和改进算法,BCMSSA拥有更好的收敛性能和寻优能力;设计四组实验验证了 BCMSSA-SVM煤矿瓦斯安全预警模型的有效性。(2)针对特殊环境下的人员定位不准问题,提出了基于BP神经网络自适应定位算法。该算法首先对多源数据进行预处理,在传统的定位算法的基础上进行改进,初步提高定位精度,其次将环境对信号的影响考虑到特殊场景下的定位技术中,通过BP神经网络,以环境参数作为输入条件,得到环境自适应路径损失系数,进一步提高定位算法的精度。通过六组对照实验,验证了基于BP神经网络自适应定位算法的性能,有效的提高了定位的精度。(3)本文以BCMSSA-SVM模型和BP神经网络自适应定位算法为基础,设计开发了基于B/S架构的煤矿瓦斯监测预警系统。煤矿瓦斯监测预警系统主要应用Spring Boot和Vue技术实现软件开发,使用MQTT传输协议实现数据的通信,煤矿瓦斯监测预警系统满足瓦斯安全预警和人员定位需求。

煤矿井下定位救援系统的设计与实现

这是一篇关于定位算法,RSSI算法,煤矿井下定位的论文, 主要内容为当前我国经济发展迅猛,人们生活水平与生活质量不断提高,社会发展对于煤炭资源的需求日益增加,从而极大的推动了煤炭行业的发展。众所周知,煤炭开采工作通常位于地表以下,大量对人体有害的气体,比如一氧化碳、瓦斯等充斥在巷道中,另外,由于煤矿井下地理环境的影响容易造成坍塌。煤矿井下作业因为高温、高压环境容易造成易燃易爆炸气体发生爆炸,因此,具有非常大的危险性。所以,一旦发生事故,高效救援工作至关重要。现代煤矿企业基本都会基于定位技术定位煤矿进行人员,目的是当井下事故发生时,能够使煤矿进行救援效率提高。基于分析比较当前定位算法,对基于RSSI测距算法与三边定位法进行应用,同时修正了系统的定位数据,使定位的精度提高,确保能够准确定位矿工;基于GIS技术对煤矿井下巷道电子地图进行绘制,实现煤矿井下信息有机结合电子地图,从而实现实时在巷道电子地图中实时的显示井下人员的空间位置;最后,基于Lab View软件平台,对煤矿井下人员定位与管理软件进行开发,使管理煤矿井下人员的信息、设备信息、回放人员轨迹、实时跟踪人员等得到实现。本文的主要内容包括:第一部分,绪论。主要介绍系统开发的背景与意义,对研究方法与研究目的进行概述,阐述研究内容;第二部分,全面阐述Big Zee技术与协议结构;从节点定位算法的方法、基于测距定位算法的测距定位原理以及基于测距定位算法未知节点定位对煤矿井下节点定位算法进行分析,为后文研究提供依据;第三部分,煤矿井下人员定位算法分析研究。主要对人员定位算法测距模型、RSSI测量数据处理、基于三边定位改进人员定位算法进行研究;第四部分,煤矿井下定位系统的整体设计。首先构建ZigBee网格,选择合适定位方法;第五部分,基于ZigBee的获取井下信息的方法研究。介绍信息获取的方法,对ZigBee技术进行介绍,对硬件模块配置进行分析。第六部分,系统设计与测试。对系统进行实现并且对数据进行测试。最后,对本文进行总结,并对下一步的工作进行展望。本系统一方面能够跟踪定位矿工,另一方面,为调度室对煤矿井下情况的了解提供保证,确保管理人员对矿工位置信息能够掌握,为调度分配井下人员提供方便,使发生灾难时能够实现双向通信与救助,同时具有记录井下人数、温度信息、湿度信息、历史信息等功能。

煤矿井下定位救援系统的设计与实现

这是一篇关于定位算法,RSSI算法,煤矿井下定位的论文, 主要内容为当前我国经济发展迅猛,人们生活水平与生活质量不断提高,社会发展对于煤炭资源的需求日益增加,从而极大的推动了煤炭行业的发展。众所周知,煤炭开采工作通常位于地表以下,大量对人体有害的气体,比如一氧化碳、瓦斯等充斥在巷道中,另外,由于煤矿井下地理环境的影响容易造成坍塌。煤矿井下作业因为高温、高压环境容易造成易燃易爆炸气体发生爆炸,因此,具有非常大的危险性。所以,一旦发生事故,高效救援工作至关重要。现代煤矿企业基本都会基于定位技术定位煤矿进行人员,目的是当井下事故发生时,能够使煤矿进行救援效率提高。基于分析比较当前定位算法,对基于RSSI测距算法与三边定位法进行应用,同时修正了系统的定位数据,使定位的精度提高,确保能够准确定位矿工;基于GIS技术对煤矿井下巷道电子地图进行绘制,实现煤矿井下信息有机结合电子地图,从而实现实时在巷道电子地图中实时的显示井下人员的空间位置;最后,基于Lab View软件平台,对煤矿井下人员定位与管理软件进行开发,使管理煤矿井下人员的信息、设备信息、回放人员轨迹、实时跟踪人员等得到实现。本文的主要内容包括:第一部分,绪论。主要介绍系统开发的背景与意义,对研究方法与研究目的进行概述,阐述研究内容;第二部分,全面阐述Big Zee技术与协议结构;从节点定位算法的方法、基于测距定位算法的测距定位原理以及基于测距定位算法未知节点定位对煤矿井下节点定位算法进行分析,为后文研究提供依据;第三部分,煤矿井下人员定位算法分析研究。主要对人员定位算法测距模型、RSSI测量数据处理、基于三边定位改进人员定位算法进行研究;第四部分,煤矿井下定位系统的整体设计。首先构建ZigBee网格,选择合适定位方法;第五部分,基于ZigBee的获取井下信息的方法研究。介绍信息获取的方法,对ZigBee技术进行介绍,对硬件模块配置进行分析。第六部分,系统设计与测试。对系统进行实现并且对数据进行测试。最后,对本文进行总结,并对下一步的工作进行展望。本系统一方面能够跟踪定位矿工,另一方面,为调度室对煤矿井下情况的了解提供保证,确保管理人员对矿工位置信息能够掌握,为调度分配井下人员提供方便,使发生灾难时能够实现双向通信与救助,同时具有记录井下人数、温度信息、湿度信息、历史信息等功能。

煤矿井下定位救援系统的设计与实现

这是一篇关于定位算法,RSSI算法,煤矿井下定位的论文, 主要内容为当前我国经济发展迅猛,人们生活水平与生活质量不断提高,社会发展对于煤炭资源的需求日益增加,从而极大的推动了煤炭行业的发展。众所周知,煤炭开采工作通常位于地表以下,大量对人体有害的气体,比如一氧化碳、瓦斯等充斥在巷道中,另外,由于煤矿井下地理环境的影响容易造成坍塌。煤矿井下作业因为高温、高压环境容易造成易燃易爆炸气体发生爆炸,因此,具有非常大的危险性。所以,一旦发生事故,高效救援工作至关重要。现代煤矿企业基本都会基于定位技术定位煤矿进行人员,目的是当井下事故发生时,能够使煤矿进行救援效率提高。基于分析比较当前定位算法,对基于RSSI测距算法与三边定位法进行应用,同时修正了系统的定位数据,使定位的精度提高,确保能够准确定位矿工;基于GIS技术对煤矿井下巷道电子地图进行绘制,实现煤矿井下信息有机结合电子地图,从而实现实时在巷道电子地图中实时的显示井下人员的空间位置;最后,基于Lab View软件平台,对煤矿井下人员定位与管理软件进行开发,使管理煤矿井下人员的信息、设备信息、回放人员轨迹、实时跟踪人员等得到实现。本文的主要内容包括:第一部分,绪论。主要介绍系统开发的背景与意义,对研究方法与研究目的进行概述,阐述研究内容;第二部分,全面阐述Big Zee技术与协议结构;从节点定位算法的方法、基于测距定位算法的测距定位原理以及基于测距定位算法未知节点定位对煤矿井下节点定位算法进行分析,为后文研究提供依据;第三部分,煤矿井下人员定位算法分析研究。主要对人员定位算法测距模型、RSSI测量数据处理、基于三边定位改进人员定位算法进行研究;第四部分,煤矿井下定位系统的整体设计。首先构建ZigBee网格,选择合适定位方法;第五部分,基于ZigBee的获取井下信息的方法研究。介绍信息获取的方法,对ZigBee技术进行介绍,对硬件模块配置进行分析。第六部分,系统设计与测试。对系统进行实现并且对数据进行测试。最后,对本文进行总结,并对下一步的工作进行展望。本系统一方面能够跟踪定位矿工,另一方面,为调度室对煤矿井下情况的了解提供保证,确保管理人员对矿工位置信息能够掌握,为调度分配井下人员提供方便,使发生灾难时能够实现双向通信与救助,同时具有记录井下人数、温度信息、湿度信息、历史信息等功能。

基于多源传感的煤矿瓦斯监测预警机制研究与实现

这是一篇关于煤矿瓦斯预警,麻雀搜索算法,BP神经网络,定位算法的论文, 主要内容为煤炭在我国的一次能源生产消费中占有主体地位,是我国国民经济发展的重要支撑,煤炭的安全生产一直是人们关注的话题。近年来,随着经济和计算机技术的飞速发展,在信息化的背景下,煤矿信息化、自动化生产也被各国和各企业重视起来。煤矿安全事故中,煤矿瓦斯造成的煤矿事故占比一直居高不下,虽然我国煤矿生产安全事故百万吨死亡率变化趋势近几年有所下降,但相比欧美发达国家还是有一定的差距。因此,精准的煤矿瓦斯预警机制是煤矿安全生产的基础和前提。本文基于多源传感采集的数据,对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)进行改进,并与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相融合,实现煤矿瓦斯安全预警,提出了基于BP神经网络自适应定位算法,提高定位算法精度,具体研究工作和成果如下:(1)针对麻雀搜索算法在初始化种群时出现的分布不均匀和搜索过程中易陷入局部最优的问题,本文通过引入伯努利映射和反向学习解决初始化种群不均匀问题,引入柯西变异跳出局部最优解,通过单纯形法得到全局最优解,得到改进算法BCMSSA,并建立BCMSSA-SVM煤矿瓦斯安全预警模型。本文通过七组对比实验检验了改进后的麻雀搜索算法的性能,相对其他智能优化算法和改进算法,BCMSSA拥有更好的收敛性能和寻优能力;设计四组实验验证了 BCMSSA-SVM煤矿瓦斯安全预警模型的有效性。(2)针对特殊环境下的人员定位不准问题,提出了基于BP神经网络自适应定位算法。该算法首先对多源数据进行预处理,在传统的定位算法的基础上进行改进,初步提高定位精度,其次将环境对信号的影响考虑到特殊场景下的定位技术中,通过BP神经网络,以环境参数作为输入条件,得到环境自适应路径损失系数,进一步提高定位算法的精度。通过六组对照实验,验证了基于BP神经网络自适应定位算法的性能,有效的提高了定位的精度。(3)本文以BCMSSA-SVM模型和BP神经网络自适应定位算法为基础,设计开发了基于B/S架构的煤矿瓦斯监测预警系统。煤矿瓦斯监测预警系统主要应用Spring Boot和Vue技术实现软件开发,使用MQTT传输协议实现数据的通信,煤矿瓦斯监测预警系统满足瓦斯安全预警和人员定位需求。

煤矿井下定位救援系统的设计与实现

这是一篇关于定位算法,RSSI算法,煤矿井下定位的论文, 主要内容为当前我国经济发展迅猛,人们生活水平与生活质量不断提高,社会发展对于煤炭资源的需求日益增加,从而极大的推动了煤炭行业的发展。众所周知,煤炭开采工作通常位于地表以下,大量对人体有害的气体,比如一氧化碳、瓦斯等充斥在巷道中,另外,由于煤矿井下地理环境的影响容易造成坍塌。煤矿井下作业因为高温、高压环境容易造成易燃易爆炸气体发生爆炸,因此,具有非常大的危险性。所以,一旦发生事故,高效救援工作至关重要。现代煤矿企业基本都会基于定位技术定位煤矿进行人员,目的是当井下事故发生时,能够使煤矿进行救援效率提高。基于分析比较当前定位算法,对基于RSSI测距算法与三边定位法进行应用,同时修正了系统的定位数据,使定位的精度提高,确保能够准确定位矿工;基于GIS技术对煤矿井下巷道电子地图进行绘制,实现煤矿井下信息有机结合电子地图,从而实现实时在巷道电子地图中实时的显示井下人员的空间位置;最后,基于Lab View软件平台,对煤矿井下人员定位与管理软件进行开发,使管理煤矿井下人员的信息、设备信息、回放人员轨迹、实时跟踪人员等得到实现。本文的主要内容包括:第一部分,绪论。主要介绍系统开发的背景与意义,对研究方法与研究目的进行概述,阐述研究内容;第二部分,全面阐述Big Zee技术与协议结构;从节点定位算法的方法、基于测距定位算法的测距定位原理以及基于测距定位算法未知节点定位对煤矿井下节点定位算法进行分析,为后文研究提供依据;第三部分,煤矿井下人员定位算法分析研究。主要对人员定位算法测距模型、RSSI测量数据处理、基于三边定位改进人员定位算法进行研究;第四部分,煤矿井下定位系统的整体设计。首先构建ZigBee网格,选择合适定位方法;第五部分,基于ZigBee的获取井下信息的方法研究。介绍信息获取的方法,对ZigBee技术进行介绍,对硬件模块配置进行分析。第六部分,系统设计与测试。对系统进行实现并且对数据进行测试。最后,对本文进行总结,并对下一步的工作进行展望。本系统一方面能够跟踪定位矿工,另一方面,为调度室对煤矿井下情况的了解提供保证,确保管理人员对矿工位置信息能够掌握,为调度分配井下人员提供方便,使发生灾难时能够实现双向通信与救助,同时具有记录井下人数、温度信息、湿度信息、历史信息等功能。

基于手机信号的灾后信道参数提取与定位搜救方法研究

这是一篇关于灾后搜救,神经网络,手机信号,信道参数,定位算法的论文, 主要内容为各种灾害会对人们的生命安全造成威胁,如何能够在灾难发生后高效可靠地完成定位搜救是救援工作的重要内容。随着信息技术的高速发展,手机携带率及使用率逐年升高、移动通信基础设施趋于完善,基于手机信号的定位搜救技术引起越来越多的关注。然而,目前基于手机信号的定位搜救方法尚未成熟,灾后现场的复杂环境给精确的定位带来了困难和挑战。针对现阶段手机通信救援方案面临的难题,本文将基于神经网络的信道参数提取方法与基站定位算法相结合运用于灾后搜救方法的研究,并分别针对多基站与单基站定位算法进行分析。其具体的创新和工作如下:(1)针对非视距环境下反向传播神经网络对信道参数的提取的问题,提出GAPSO优化的神经网络信道参数提取方案,增加了非视距环境下信道参数的提取能力与稳定性。首先采用Qua Dri Ga仿真平台生成非视距状态下的信道传播场景,获取时延、方位角等表征信道特性的相关参数,输入到反向传播神经网络进行训练,并利用遗传算法与粒子群算法结合的GAPSO算法对原有的神经网络进行优化,以克服在训练过程中出现的易陷入局部最小值、估计精度不足等问题。信道参数的提取既能为灾后通信系统的恢复提供帮助,更对幸存者的位置精确解算有着重要作用。(2)针对非视距传播条件下的基站定位问题,提出改进的多基站与单基站定位算法,改善了灾后复杂环境下基站定位的精度。当灾害现场的原有基站未被完全毁坏,或手持便携基站数量充足时,可使用多基站定位方案进行定位搜救。首先,利用改进的残差加权算法进行待定位目标位置的初值估计;其次,在原泰勒算法的基础上融入待定位目标间的位置约束关系,进行多元泰勒级数展开以获得更精确的位置估计;最后,对两个阶段的定位结果进行残差加权,有效降低非视距误差的影响,得到更好的定位效果。而当灾害现场基站损坏严重或便携救援基站匮乏时,针对单基站定位算法,结合手持移动救援基站方便移动的特点,对反射体位置进行拟合,并使用虚拟基站进行目标位置求解,同时充分利用冗余信息进行几何约束下的加权位置解算,提高单基站的定位精度。(3)针对整体的定位搜救方案,初步设计了集管理、搜救、统计等于一体的定位搜救系统,解决实际灾后搜救过程中后方指挥人员与前线手持便携基站的搜救人员协同联动问题。通过对多个板块的设计,将现场的监控、信道参数的获取、多基站与单基站定位等算法和待搜救的幸存者的统计整合起来,使操作人员在后台就可以掌握具体所需的数据与救援的实时状态,以帮助完成对灾情及伤亡情况的整体评估。

煤矿井下定位救援系统的设计与实现

这是一篇关于定位算法,RSSI算法,煤矿井下定位的论文, 主要内容为当前我国经济发展迅猛,人们生活水平与生活质量不断提高,社会发展对于煤炭资源的需求日益增加,从而极大的推动了煤炭行业的发展。众所周知,煤炭开采工作通常位于地表以下,大量对人体有害的气体,比如一氧化碳、瓦斯等充斥在巷道中,另外,由于煤矿井下地理环境的影响容易造成坍塌。煤矿井下作业因为高温、高压环境容易造成易燃易爆炸气体发生爆炸,因此,具有非常大的危险性。所以,一旦发生事故,高效救援工作至关重要。现代煤矿企业基本都会基于定位技术定位煤矿进行人员,目的是当井下事故发生时,能够使煤矿进行救援效率提高。基于分析比较当前定位算法,对基于RSSI测距算法与三边定位法进行应用,同时修正了系统的定位数据,使定位的精度提高,确保能够准确定位矿工;基于GIS技术对煤矿井下巷道电子地图进行绘制,实现煤矿井下信息有机结合电子地图,从而实现实时在巷道电子地图中实时的显示井下人员的空间位置;最后,基于Lab View软件平台,对煤矿井下人员定位与管理软件进行开发,使管理煤矿井下人员的信息、设备信息、回放人员轨迹、实时跟踪人员等得到实现。本文的主要内容包括:第一部分,绪论。主要介绍系统开发的背景与意义,对研究方法与研究目的进行概述,阐述研究内容;第二部分,全面阐述Big Zee技术与协议结构;从节点定位算法的方法、基于测距定位算法的测距定位原理以及基于测距定位算法未知节点定位对煤矿井下节点定位算法进行分析,为后文研究提供依据;第三部分,煤矿井下人员定位算法分析研究。主要对人员定位算法测距模型、RSSI测量数据处理、基于三边定位改进人员定位算法进行研究;第四部分,煤矿井下定位系统的整体设计。首先构建ZigBee网格,选择合适定位方法;第五部分,基于ZigBee的获取井下信息的方法研究。介绍信息获取的方法,对ZigBee技术进行介绍,对硬件模块配置进行分析。第六部分,系统设计与测试。对系统进行实现并且对数据进行测试。最后,对本文进行总结,并对下一步的工作进行展望。本系统一方面能够跟踪定位矿工,另一方面,为调度室对煤矿井下情况的了解提供保证,确保管理人员对矿工位置信息能够掌握,为调度分配井下人员提供方便,使发生灾难时能够实现双向通信与救助,同时具有记录井下人数、温度信息、湿度信息、历史信息等功能。