煤礦井下人員定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著煤炭市場的持續(xù)高漲，世界的煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻，大多數(shù)煤礦采用的是井下挖掘方法。由于煤礦下易發(fā)生瓦斯泄露、透水、坍塌和煤塵爆炸等事故，井上施救人員難以實(shí)時地掌握井下作業(yè)人員的分布，更無法進(jìn)行精確的人員定位和制定切實(shí)有效的救災(zāi)救援方案，大大降低了搶險(xiǎn)救災(zāi)的效率。因此煤礦井下人員定位系統(tǒng)對煤礦下面災(zāi)害的預(yù)警、制定搶救和逃生路線、搜索礦難人員具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　目前應(yīng)用煤礦井下的人員定位系統(tǒng)，主要經(jīng)歷了考勤系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、區(qū)域

2、定位系統(tǒng)、精確定位系統(tǒng)。從早期的區(qū)域性定位逐步到如今的精確性定位，對定位的精度要求越來越高，信息通信量也越來越多。解決定位精度不高和無線通信的信息碰撞成為了系統(tǒng)中兩類關(guān)鍵性問題。
　　論文對常用的測距技術(shù)進(jìn)行分析，考慮井下潮濕、風(fēng)塵濃厚，機(jī)械障礙物多、路況彎曲狹長等特點(diǎn)，研究了適合井下環(huán)境的測距手段—TOF（time of flight，飛行時間）。并且以此為前提分析傳統(tǒng)的定位算法，采用改進(jìn)型的Bounding-Box算法計(jì)算出位

3、置信息。該算法避免了浮點(diǎn)運(yùn)算，計(jì)算量小，保證了系統(tǒng)的實(shí)時性。
　　論文研究了傳統(tǒng)的防碰撞算法，分析CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突避免）算法、ALOHA、樹搜索算法等在精確定位系統(tǒng)中的可行性。提出了一種 CSMA/CA和動態(tài)時隙分配相結(jié)合的防碰撞算法。算法利用 CSMA/CA算法完成未知節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)的注冊，為測距奠

4、定基礎(chǔ)。在定位階段，通過動態(tài)時隙分配算法完成多個未知節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)的測距。減少因信息的碰撞帶來的漏卡問題，使無序的測距過程以有序的方式進(jìn)行。仿真結(jié)果分析表明算法的有效性，對時隙的利用率高。
　　論文搭建了基于ZigBee JN5148的PRO協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精確定位系統(tǒng)，驗(yàn)證了定位算法和防碰撞算法的有效性。并且設(shè)計(jì)了以CAN總線為基礎(chǔ)應(yīng)用層通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)分站與讀卡器之間信息的通訊。經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)定位、防碰撞、與分站通