ZigBee和GIS技术的井下人员定位系统的应用

论文摘要

当前由于矿井所处的恶劣环境,矿井生产安全一直是人们十分关注的问题。我国煤炭的开采主要是井下开采,常常会发生瓦斯爆炸,透水等事故,使国家在遭受巨大经济损失的同时对井下工作人员的生命安全造成威胁。尽管国家重视煤炭的安全生产,但仍然有很多不确定的因素导致事故的发生。如果能够全天候24小时对煤矿下井人员进行实时自动跟踪定位,及时准确掌握井下人员的分布及作业情况,事故发生时,可以立即从监控计算机上调阅查询事故现场的人员分布情况,确定人员可靠的位置信息,制定合理的撤退抢救路线,对井下被困人员进行及时救助并大大降低事故影响,减少经济损失。本文设计并实现了对矿井工作人员的跟踪定位；保证地面调度室随时了解井下的工作情况,使管理人员随时掌握矿工的位置、工作状态等信息,并对井下人员进行调度和分配,提高工作效率；该系统加强井上下人员之间的相互联系,保障灾变情况下的双向通讯联系和救护。使用该系统还可以生成监视工作区域内的人数、工作区间、历史记录和实时记录的统计报表,从而实现了煤矿企业的高效、安全管理。本文分析了国内外井下人员定位系统的研究现状与发展前景,介绍了ZigBee技术的特点并与其它无线通讯技术进行了比较,得出ZigBee技术优势,并将其应用于井下定位系统。本文构建了以ZigBee无线传输网络为基础的井下人员定位系统。系统以射频芯片CC2420与MCU C8051F340为核心构成标识卡和读卡器,实现信息的无线传输。选择基于RSSI测距和三边测量的定位算法,并用差分修正算法对系统定位数据进行修正,提高定位精度。该系统还利用GIS技术,将人员监测数据与井下空间数据相结合,进行综合分析与管理,实现井下人员的实时显示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 论文研究目的和主要内容
• 第二章 井下人员定位系统
• 2.1 ZigBee技术
• 2.1.1 现有无线通讯技术
• 2.1.2 ZigBee技术特点
• 2.1.3 ZigBee协议
• 2.1.4 ZigBee应用
• 2.2 GIS技术
• 2.2.1 GIS技术特点
• 2.2.2 GIS应用领域
• 2.2.3 GIS组成
• 2.2.4 MGIS技术
• 2.3 系统原理及组成
• 2.3.1 定位原理
• 2.3.2 井下射频定位
• 2.3.3 地面检测部分
• 2.4 系统实现功能
• 第三章 定位方法及防冲突算法
• 3.1 定位方法
• 3.1.1 常用定位算法
• 3.1.2 RSSI定位算法
• 3.1.3 三边测距法
• 3.1.4 差分修正
• 3.2 防冲突算法
• 3.2.1 冲突解决方法
• 3.2.2 组团协议原则
• 3.3 本章小结
• 第四章 硬件设计
• 4.1 总体结构设计
• 4.2 主控电路设计
• 4.2.1 微控制器芯片选择
• 4.2.2 CIP-51微控制器核
• 4.2.3 串行总线控制器
• 4.2.4 系统应用电路
• 4.3 射频模块设计
• 4.3.1 CC2420简介
• 4.3.2 CC2420应用电路设计
• 4.3.3 CC2420与微处理器接口电路设计
• 4.3.4 RSSI能量检测应用
• 4.4 通信电路设计
• 4.4.1 USB总线系统简介
• 4.4.2 USB接口设计
• 4.4.3 串行通信电路设计
• 4.5 身份标识设计
• 4.6 天线选择
• 4.7 电源模块
• 4.8 本章小结
• 第五章 定位软件设计
• 5.1 软件总体设计
• 5.2 定位算法软件
• 5.3 通讯传输系统
• 5.3.1 通讯总体软件设计
• 5.3.2 数据传输软件
• 5.3.3 C8051F340软件
• 5.3.4 CC2420软件
• 5.3.5 USB通信软件
• 5.4 本章小结
• 第六章 GIS显示
• 6.1 GIS软件
• 6.1.1 ArcGIS软件
• 6.1.2 MapObject控件
• 6.2 GIS数据库
• 6.2.1 空间数据
• 6.2.2 属性数据
• 6.2.3 数据库建立
• 6.3 GIS绘图及显示
• 6.3.1 GIS制图
• 6.3.2 GIS定位
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文主要工作
• 7.2 对今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录