基于WSN的线性环境目标定位系统的研究

针对现有的无线传感器网络目标定位算法较难适用于近似线性环境的煤矿巷道,提出了一种基于线性环境的目标定位算法的无线传感器网络目标定位系统。该目标定位算法需要很少的无线传感器节点即可对目标的位置进行定位,该算法具有定位误差小、计算复杂度低的特点,应用在煤矿巷道人员定位跟踪系统中具有无可比拟的优越性。     

基于压缩感知的矿井无线传感器网络目标定位

针对无线传感器网络定位技术在煤矿井下目标定位存在定位精度低、参考节点多、节点功耗大等问题,提出一种基于压缩感知算法的矿井无线传感器网络目标定位方法。该方法根据矿井目标定位需求和无线传感器网络特点设计了离线阶段和在线监测阶段的目标定位方案。离线阶段构建稀疏矩阵指纹库,在线监测阶段构建观测矩阵和测量值向量,并结合指纹库重构目标节点位置信号,实现矿井目标精确定位。通过仿真实验将压缩感知算法定位与两种传统算法定位进行比较,结果表明,本文算法定位精度较高,可控制在0.8 m以内,满足定位需求。     

煤矿井下人员定位无线传感器网络路由算法的研究

分析了煤矿井下人员定位无线传感器网络固定节点特定拓扑结构,提出了一种基于路由表的地理位置路由算法GRBT。该算法采用一种基于网络梯度和位置信息的策略构建路由表,既简化了数据传输过程,又建立了最优数据传输路径。仿真结果表明,该算法下的网络具有较低的数据传输延迟和较好的鲁棒性和可扩展性,能够满足煤矿井下人员定位无线传感器网络实时传输信息的应用需求。     

煤矿井下线型无线传感器网络节点定位算法

针对煤矿井下线型无线传感器网络节点定位精度较低的问题,提出了基于RSSI(接收信号强度指示)的对角差分修正定位算法。该算法在对线型无线传感器网络节点定位的横向和纵向误差进行分析的基础上,首先利用差分原理对测量距离进行修正,并使用极大似然估计法进行初步定位;然后应用信标节点构建煤矿井下巷道模型,在该模型下对移动节点进行横向修正。仿真结果表明,该算法较传统的极大似然估计算法具有较高的定位精度和稳定性,适用于煤矿井下线型无线传感器网络节点定位。     

基于神经网络的井下无线传感器网络节点定位技术研究

无线传感器网络在井下的应用提高了煤矿生产自动化和安全性。由于井下的空间、环境等条件的限制,为了能进一步提高对井下人员和设备的准确定位,即对无线传感器网络中节点的准确定位。现提出在CC2430上采用实现简单的RSSI定位方法,并结合神经网络优化的节点定位算法。通过MATLAB实验仿真结果表明,此方法提高了井下无线传感器网络节点定位的精度。     

井下无线传感器网络定位DV-Hop改进算法

针对煤矿井下环境复杂,传统DV-Hop节点定位算法无法满足无线传感器网络定位需求的问题,设计了一种改进的DV-Hop算法,引入分级节点和扩展信标节点,采用分级定位,通过已定位的未知节点作为信标节点参与定位运算,利用三角定理和1跳距离对未知节点与信标节点之间的跳段距离进行修正。仿真结果表明:改进算法有效提高了节点的定位精度,能够满足井下传感器节点的定位需要。     

基于WSN的矿井事故搜索探测多机器人系统

为解决煤矿井下事故中环境探测、人员搜索定位、远程通信等问题,建立了一种基于无线传感器网络的子母式多机器人系统,设计了子、母2种机器人构型并具体分析了其越障性能,提出了以子机器人为节点的链状冗余传感器网络结构,建立了一种基于FPGA软核的多传感器接口模块.初步实验证实,这种以移动机器人为节点,采用无线传感器网络技术将多机器人协调控制而实现的矿井搜索探测多机器人系统,能够在井下复杂地形中运动并配置多机器人节点,搭建无线多跳通讯网络,实现井下信息获取和多机器人控制.     

无线传感器网络体系结构和网内信息融合的算法研究

无线和有线相结合的煤矿安全监测系统已被提出并在煤矿监测系统使用,其中无线监控系统中无线传感器网络由大量冗余的传感器节点组成.本文提出建立无线传感器网络信息融合层,并介绍了在无线传感器网络网内的信息融合算法.利用无线传感器网络网内信息融合技术来降低网络的冗余数据,减少通信,提高网络生命周期,提高系统的效率,大大改善煤矿的安全水平.     

基于RFID和ZigBee技术的矿井机车定位系统设计

针对煤矿井下运输的生产环境,设计了一种RFID技术和ZigBee技术相结合的煤矿井下机车精确定位系统。系统采用射频识别数字标签卡将井下地理位置数字化,再经过机车上携带的定位终端准确地获取机车位置信息,通过无线传感网络将数据传输至地面管理控制模块,通过解析将机车信息显示和存储。     

煤矿环境下无线传感器定位技术的算法研究

根据无线传感器网络定位技术的研究,不同的网络环境必须采用适合的定位技术才能达到较好的定位效果。本文通过设置两种不同的煤矿环境(即煤矿通道环境和煤矿井下环境),从不同方面对四种基于非测距算法的定位性能进行仿真分析,得出了重要结论:质心算法最适合应用于狭长的通道仿真环境,而DV-Hop最适于未知节点密度高,信标节点少的井下密集型环境。     

基于无线传感网络的井下区域定位算法

煤矿坑道工作环境恶劣,安全隐患众多。事故发生时,为及时确定工作人员的位置信息,保证人员的生命财产安全,采用无线传感网络技术,分析比较现有成熟的定位方法,针对坑道复杂的环境,以RSSI测距的多元回归模型为基础,利用信标节点的距离差分信息,对信标节点确定的目标节点距离信息修正,并结合三边定位算法,提出一种煤矿区域差分定位算法。实验证明该算法无需较多的信标节点就能保证很高的定位精度,以该算法为核心的定位系统能够适用于坑道环境。     

基于粒子群优化算法的WSN节点定位方法研究

为提高无线传感器网络的节点定位精度,将惯性权重的粒子群优化算法应用到无线传感器网络节点定位中。定位方法以未知节点与其邻近锚节点之间的估计距离和测量距离的均方误差为适应度函数,采用基于惯性权重的粒子群优化算法对适应度函数进行优化,从而得到最优解,实现节点有效定位。仿真实验结果表明,与传统的最小二乘定位算法相比,基于惯性权重的粒子群优化算法的定位精度更高,稳定性更好,具有较好的定位效果。     

基于Zigbee技术的煤矿井下GIS辅助定位算法

针对无线传感器网络井下定位与跟踪系统中移动节点在参考节点数目小于3的情况下无法定位的问题,提出了基于Zigbee技术的井下GIS辅助定位算法,依据Zigbee网络的测量数据通过对GIS中图层、图元的操作来完成移动节点在信标节点不足情况下的定位跟踪和无信标节点情况下的区域估计.实验结果表明,该定位算法平均纵向定位误差小于2.5 m,横向误差小于1/2巷道宽度,在3～8 m宽的巷道内点位误差为2.5～5.0 m,跟踪延迟少于1 s,具有较好的定位与跟踪性能,有效地扩大了井下定位网络的覆盖范围.     

基于遗传算法和CC2430的井下人员定位系统研究

为了进一步提高井下人员的定位精度和实际应用效果,提出了基于遗传算法和CC2430的井下人员定位系统,将遗传算法应用于三边测量算法中,通过优化三遍测量算法的误差函数获得更精确的未知节点位置,实验中则采用集成定位引擎的CC2430射频芯片,并在实际环境下进行测验。结果表明,该算法具有更高的定位精度。     

无线传感器网络技术在江河水位监测中的应用

基于ZigBee无线通信协议的无线传感器网络技术,研究江河水位监测系统解决方案,将无线传感器网络技术、数字化水位传感器和单片机控制技术相结合,利用改进的DV-hop算法对传感器节点定位,并结合节点处水位的变化情况,来实现对江河安全实时监控。     

基于改进虚拟势场的煤矿井下WMSN覆盖增强算法

针对煤矿井下无线多媒体传感器网络（Wireless Multimedia Sensor Network,WMSN）覆盖问题,提出了一种基于改进虚拟势场的覆盖增强算法。在分析方向可调感知模型、煤矿巷道带状结构特点及照度特点的基础上,提出了煤矿井下WMSN“有效覆盖”问题。针对有效覆盖问题,引入虚拟目标引力提升重点区域有效覆盖效果。针对传统虚拟势场算法可能出现因局部极小导致覆盖增强效果下降的问题,在分析方向可调感知模型感知区域相交特性的基础上,改进了斥力函数,引入了相邻节点的共同覆盖率引导节点调整感知方向,从而实现区域的有效覆盖。仿真实验表明：对比已有的区域覆盖增强算法,采用所提出的基于改进虚拟势场的覆盖增强算法可有效消除感知重叠区和盲区,实现了井下巷道的高效区域覆盖。     

多源传感器融合的矿井瓦斯释放源定位方法

针对煤矿井下采空区漏风现象导致瓦斯释放源难以定位或者定位不准问题,提出一种基于多源传感器融合的矿井瓦斯释放源定位算法。首先通过分析综放工作面采空区瓦斯分布规律,建立矿井采空区传感器观测模型与瓦斯释放源扩散模型,然后采用混合卡尔曼粒子滤波算法对采空区瓦斯释放源参数进行估计,并依据迭代运算得到估计参数的坐标位置,最后通过无线传感器目标源感知节点与簇头节点的数据融合,实现瓦斯释放源的精确定位。结果表明:与其他算法相比,混合卡尔曼粒子滤波算法在定位精度上具有明显的优势。该方法能有效解决因漏风现象导致的瓦斯释放源定位困难的问题,进而为采空区瓦斯突出预警及瓦斯抽采提供参考依据。     

电力设备状态监测数据融合算法分析

为了防止电力系统发生故障,需要大量的传感器来监测电力设备的工作状态。使用线路电缆传输监测数据通常会对传统的线路监测系统造成安装、检查、维护的不便。Leach-E是目前最流行的基于自适应簇的路由算法之一。提出了一种基于Leach-E、WSNs的电力设备监测系统的新设计,其算法充分考虑了无线传感器网络的大能耗,并结合无线传感器网络的优点,将Leach-E架构应用到WSNs,新的设计可以提高在实践中监测电力设备系统健康状况的灵活性、实时性和可靠性。     

基于物联网的井下瓦斯检测系统设计

针对传统的井下有线瓦斯检测系统中存在的线路繁琐、瓦斯检测节点位置固定、难以维护等问题,设计了一个低能耗、低成本、高鲁棒性的物联网瓦斯检测系统,解决了传统瓦斯检测方式的不足。该系统应用于井下瓦斯检测系统,实现对瓦斯浓度的检测、井下人员的实时信息采集和定位等功能。仿真实验表明,基于物联网的井下瓦斯检测系统具有更高的鲁棒性。     

矿难中井下救援通信系统设计与实现

针对矿难救援通信系统的设计需求,设计了基于无线传感器网络的应急通信系统应用框架,提出了以数据为中心的分层次路由算法策略和无线传感节点调度策略,应用这些策略,既提高了无线传感网络的效率和数据传输的可靠性,同时也极大地延长了无线传感网络的生命期。