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。     

井下巷道TOA和TDOA联合估计的UWB定位算法

设计了一种基于TOA和TDOA联合估计的UWB定位算法。分析了UWB信号在巷道环境下的传播机制、TOA与TDOA定位模型,对于井下采用TOA三边定位法的测量误差使3个圆不能相交于1点的情况,提出将相交区域的质心作为估计坐标,结合TDOA的参数与Taylor算法,将TOA的估计坐标作为Taylor算法的初始值,对定位结果求精。仿真实验表明,定位算法具有精度高、计算量小等优点,具有良好的应用推广价值。     

井下人员定位算法研究

在前人研究的基础上分析了矿井下的特殊环境,并结合RFID的井下人员的定位算法,提出了一种新的井下人员定位算法即两点定位算法。通过实验验证出此算法所具有的优势。减小了定位误差,降低了使用成本以及使得定位算法简单化。     

基于改进加权混合滤波的矿井RSSI定位方法

针对煤矿井下人员定位算法普遍存在定位精度较低、受环境干扰大、设备成本高等问题,提出了一种基于改进加权混合滤波的矿井RSSI(Received Signal Strength Indication)定位算法。首先对固定点离线采集的信号进行高斯滤波,去除各位置点接收到的小概率、大干扰信号值,引入最大值加权处理得到各位置对应的信号值;其次设计了引入等价权函数的改进卡尔曼滤波器对各位置点计算所得信号值进行平滑处理,抑制环境中噪声因素引起的误差;最后利用最小二乘法计算该环境下路径损耗指数n和环境参量X_σ,建立符合煤矿井下特殊环境的无线信号传输模型。矿井工作人员携带信号接收装置进入巷道,利用该信号传输模型求出矿井人员到信号节点的距离,进而确定人员的位置。仿真结果表明,所提方法有效减小了RSSI测距定位误差,为将RSSI测距定位技术更好地应用于煤矿井下人员定位奠定了理论基础。     

基于WiFi和计时误差抑制的TOA煤矿井下目标定位方法

针对现有煤矿井下目标定位方法精度不能满足应急救援、井下人员作业管理以及煤矿物联网建设对精确定位的需要,提出基于TOA（Time of Arrival）的煤矿井下目标精确定位方法。针对TOA方法用于目标定位受设备计时误差影响较大,井下巷道呈一维条状分布,无法采用地面常用的二维、三维抑制误差算法,提出基于计时误差抑制的TOA煤矿井下目标定位方法,建立双路WiFi（Wireless Fidelity）信道+单路光纤信道的一维定位方法和信号收发计时方式,在此基础上提出计时误差抑制算法。测试结果证明计时误差抑制算法在采用此定位方法基础上,有效地抑制了设备计时误差造成的测距误差,实测误差不影响定位精度,验证了此方法的定位性能。     

一种基于非视距鉴别加权拟合的矿井超宽带定位方法

为减小因非视距带来的定位误差,提出一种基于非视距鉴别加权拟合的矿井超宽带定位方法,该方法首先进行非视距鉴别,鉴别的原理是比较视距情况下距离测量值的概率密度函数与非视距情况下概率密度函数的接近程度,并将两者的接近程度用于确定非视距加权因子,加权因子反映了非视距和视距参考结点在位置估计中所占的比重,然后提出一种新的加权因子最小二乘法定位方法,通过模拟仿真试验对提出的方法进行验证,实验结果表明该方法可以达到较高的定位精度。     

一种改进的煤矿井下人员定位算法

针对井下环境定位精度较低和易受干扰问题,提出一种改进的基于煤矿井下超宽带技术的人员定位算法。传统超宽带定位中使用到达时间测距算法时,非视距传播过程会导致测距误差大、鲁棒性差,通过扩展卡尔曼滤波算法,提高定位系统的精度。实验结果表明,扩展卡尔曼滤波方法可以有效地提高超宽带定位系统在视距和非视距条件下的定位精度,减少系统偶然误差,满足煤矿人员定位要求。     

基于SVM分类的煤矿井下人员指纹定位算法

为了减少煤矿井下环境对人员定位系统的影响,提出一种基于SVM分类的煤矿井下人员指纹定位算法,该算法由指纹数据库、井下巷道指纹数据采集和井下位置匹配等环节组成。该算法利用SVM分类方法建立指纹数据库,采用奇异值去除方法消除指纹动态影响,通过实时采样信号与指纹数据库进行映射的方法找出最佳匹配位置。通过随机采集50个指纹样点数据作为位置信息,进行多终端用户位置信息测量,并取5个终端用户的测量数据进行分析。定位试验表明,该算法定位误差小于1.5 m,相比传统的基于RSSI定位算法有更高的定位精度。     

一种改进的神经元网络及学习算法

本文提出一种改进的神经网络结构,它由线性网络和多层前向网络两部分组成。线性网络部分的参数采用递推最小二乘法辨识,多层前向网络的权值和阈值采用ＢＰ算法学习。由于线性网络的引入及递推最小二乘法的使用,大大提高了网络的学习速度。此外,该网络结构也为基于神经网络模型控制器的设计的简化提供了条件。     

煤矿井下基于RSSI的多维标度定位算法

针对煤矿井下环境复杂多变,受限无线信道容易受到非视距、多径衰落及人为因素的影响,导致指纹匹配技术定位算法误差较大,提出了一种基于RSSI的多维标度定位算法。该算法根据井下巷道信号传播模型测距构建相异性矩阵,利用多维标度法计算节点相对坐标,通过平面四参数模型转换为移动节点的绝对坐标,引入粒子群算法优化节点位置坐标,实现对井下移动目标的实时定位。对比试验表明,优化后的节点定位精度有了明显的提高,满足低成本定位系统的需求。     

基于无线局域网的矿山井下定位技术研究

矿山井下的无线人员和机车定位对于提高矿山的生产效率,增强矿山安全生产水平具有重要的意义.在无线局域网(WLAN)系统架构下,基于接入点(AP)接收信号强度信息(RSSI),利用经验和估值相结合的算法实现了矿山井下的无线定位.通过试验证明,该方法可实现定位精度在9 m以内,充分满足了矿山井下无线定位需求,克服了当前无线射频识别(RFID)技术仅能实现井下巡检功能的不足.     

浅谈煤矿井下人员定位系统的研究

本文从近些年煤炭安全事故的现状入手,阐述了井下人员定位系统的必要性,并分析了井下人员定位系统的组成和特性以及安装使用,对煤矿企业掌握人员定位以及安全预防有积极作用。     

地下矿山生产计划3D可视化编制技术

针对地下矿山生产的基本特征及矿山对编制生产计划方面的要求,对3D可视化环境下的计划编制系统结构及关键技术进行了研究,在此基础上提出了多目标自动优化技术解决方案以及用户自定义统计报表生成技术,从而解决了计划编制的瓶颈问题.通过工程实例验证了本系统的可行性及其优越的性能.     

基于UWB的矿井巷道精准三维定位系统设计

针对矿井巷道空间分布不规则,设备繁杂、布局随意,作业环境恶劣,非视距现象普遍等因素导致人员和设备定位精度低的问题,设计基于UWB的高精度三维定位系统。首先采用卡尔曼算法对TDOA测量值进行非视距滤波,然后利用Chan算法融合多基站数据计算目标位置。通过搭建实验平台对标签位置进行测量和计算,实验结果表明,该系统对恶劣环境下矿井巷道中固定和移动的目标都有较高的定位精度。     

基于三维可视化与Zigbee技术的真三维煤矿人员定位

针对现阶段煤矿人员定位系统定位不精确、成本高、不能实现真三维人员定位等问题,提出并实现了一种基于三维可视化与Zigbee无线传感器网络技术的真三维人员煤矿人员定位系统。从系统的设计与优化角度出发,较全面的分析了三维模型的创建与导出、真三维定位算法设计、微弱信号检测等关键性问题,构建了真三维人员煤矿人员定位系统,通过定位系统在安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室模拟巷道中的测试数据显示:在测试环境下,平均定位误差仅为0.76 m,较好的满足了煤矿工作环境下从业人员的定位需求。同时,较传统人员定位系统相比,真三维煤矿人员定位系统在定位性能、成本、操作性和视觉感官等方面具有较大的优势。     

异步测时矿井人员精确定位方法

现有矿井人员定位方法定位误差大,难以满足煤矿事故救援、运输和机电事故防治等需求。为提高矿井人员定位精度,提出了异步测时矿井人员精确定位方法:在井下巷道中间隔一定距离安装定位分站,保证相邻分站可相互无线通信,定位卡可与两个邻近分站同时进行通信。任一定位发起分站向通信范围内的定位卡和相邻分站发送测距信号,相邻分站收到测距信号后也向定位卡发送测距信号,定位卡分别向定位发起分站和相邻分站回复应答信号。定位发起分站收到定位卡回复的应答信号后,计算收发测距信号时间。相邻分站收到定位卡回复的应答信号后,计算收发测距信号时间,并将其发送给定位发起分站。定位发起分站根据本分站和相邻分站收发测距信号时间、本分站与相邻分站间距和信号传输速度,计算出定位卡距本分站和相邻分站距离。异步测时法测距仅与分站收发测距信号时间有关,与信号强度无关,定位精度不受信号发送功率、接收灵敏度和信号传输衰减影响。异步测时法与定位卡时钟无关,大大降低了定位卡复杂度和成本,同时也不需要定位分站之间同步,降低了定位分站复杂度和成本。仿真实验表明,在时钟频率偏移相同等实验条件下,TWR和SDS-TWR等其他矿井人员精确定位方法的定位误差是异步测时法定位误差2倍以上。     

基于无线传感器网络的井下容错性定位方法

本研究针对煤矿井下环境建立了以无线传感器网络为基础的监测定位系统。该系统以保证定位功能的实现为基本要求,在高容灾度的结构上配合使用合理的容错机制;提出了使用PIR或PIT内点测试法确定人员与定位区域的相对位置;在测距阶段对路径损耗模型参数的更新采用简单有效的计算方法;在传统三边定位算法的基础上,提出基于RSSI测距的加权三边定位方法。试验仿真表明,该方法有效提高了人员定位精度,同时具有较好的容错性。     

基于RFID井下定位技术的研究

介绍了射频识别技术的主要特点和工作原理,并以此为基础从软硬件两方面进行了矿井跟踪定位系统的设计,使其能自动识别和定位井下人员的位置,实现井下管理信息化、可视化,同时提高煤矿开采生产管理和作业安全水平.     

虚拟矿山中巷道的三维建模研究

井下巷道的三维建模是构建煤矿虚拟环境的核心问题.论文在分析煤矿井下巷道数据类型的基础上,将巷道分为巷道体、巷道弧和巷道节点三种基本元素,建立了相互间的拓扑关系并利用c++语言对数据结构模型进行了描述,提出基于巷道中线的断面建模法,介绍了建模的具体流程,并以实例说明.