计算机学院开题报告

从成本、功耗、定位精度等方面综合考虑，选择Zigbee技术
研究现状与发展趋势（2）

定位算法分为：基于测距算法、无需测距算法。
无需测距的主要代表算法有质心算法、APIT 算法 、 DVHop 和 MDS-MAP定位算法等。 基于测距的定位算法大致有四种:基于时间到达(TOA), 基于时间差(TDOA) ,基于到达角度(AOA) 和基于接收 信号强度指示(RSSI)。
提高RSSI值的测量精度

利用聚类分析消除突发干扰

利用最小二乘估计滤波算法消除随机干扰。
精确人员定位算法改进

利用加权的方法选择合适参考节点

结合三边定位与三角质心算法定位
Zigbee无线定位系统的设计

Zigbee无线网络的构建：
Zigbee网关、参考节点、移动节点（人员终端） 设备 电源模块、Zigbee 射频芯片CC2530主板、LCD 和通信接口的底板、嵌入式终端设备
基于Zigbee网络的煤矿井下 人员精确定位技术研究
导 师：潘理虎 姓 名：张定国
研究背景

我国是世界上最大的煤炭生产国，煤炭资源丰富，同 时我国也是世界上最大的矿难大国。

我国煤矿绝大多数是井工矿井，地质条件复杂，灾害
类型多，分布面广。

由于井下作业环境的特殊性，地面上的通信技术无法 直接应用于井下。
谢谢，请批评指正！

解决方法： 首先在优化井下巷道网络布局的基础上，进行整体环境 区域分割和环境参数拟合；其次利用聚类分析消除突发 干扰，利用最小二乘估计滤波算法消除随机干扰；最后 通过改进的三角质心算法将通信距离转化为精确的位置 坐标，最终达到井下人员精确定位的目的。
预期的研究成果


优化井下巷道网络布局的基础上验证改进的算 法。 设计Zigbee定位系统1个。 发表论文1-2篇。

Zigbee 定位系统结构
创新点

提高RSSI的测量值 将整体环境区域分割和环境参数拟合与利用聚类分 析消除突发干扰，利用最小二乘估计滤波算法消除随机 干扰结合，提高RSSI的测量值。

定位算法改进
将加权选取参考节点和改进的三角质心算法结合
研究的重点与难点

研究的难点： 根据具体的井下巷道结构，对煤矿巷道进行物理建 模，并在整体环境中求得区域分割的分割临界值和环 境参数。

和基于到达角度的测距方法相比,RSSI测距方法原理简单,且除无线发射接
收节点之外无需增加其他辅助硬件,成本低廉。
研究内容

井下巷道网络布局的优化 提高RSSI值的测量精度 精确人员定位算法改进 设计并实现Zigbee定位系统
井下巷道网络布局的优化
根据井下巷道结构，对煤矿巷道进行物理 建模，将井下巷道网络抽象成由节点和巷道线连 接成的网状拓扑结构。在此基础上，将井下的整 体区域划分成若干个子区域。


定位算法比较

TOA要对无线电信号的传播时间进行测量,由于井下环境的狭小,短距离内 所测量的时间即使有微小的误差,也会使基于时间到达的测距方法产生较 大误差。

TDOA除了基于时间到达的缺点之外,还要考虑到超声波信号的视距传播
特性,这就将定位节点与参考节点限制于彼此可见的范围内,不太适合于井
下定位应用。

常用的定位技术：红外线室内定位技术、超声波定位技 术、蓝牙技术、射频识别技术、超宽带技术
(UWB) 、 Wi-Fi技术、ZigBee技术。

国外：采用红外、UWB技术。但是UWB技术的定位系统
造价非常高。

国内：采用RFID、Zigbee技术，而基于WIFI、UWB技术
的定位系统是日后的发展趋势。

研究的重点： 研究长距离通信和障碍物、整体环境的环境参数、 突发干扰、随机干扰对RSSI数据精度的影响及三角 质心算法本身的局限性，针对这些问题做相应的算法
改进。
技术问题及解决方法

可能出现的问题： 如何在低成本硬件基础上实现大范围定位的同时尽可能 地减小测量误差，提高定位精度，增强定位算法对井下 环境的适应能力是当前定位技术面临的主要困难。

行业规范不统一、定位算法精度不够影响了井ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定位
技术的快速普及和广泛应用。
研究目的及意义

煤矿井下生产安全的保障：
规章管理制度+安全监控设备+精确定位技术

针对煤矿井下的复杂环境，研究基于Zigbee网 络的井下人员定位技术，对于灾难预警、保障
井下人员的安全、灾后救援都具有十分重要的
意义。
研究现状与发展趋势