基于WSN的金屬礦井礦車定位及安全監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、我國金屬礦資源豐富，礦車是礦山生產(chǎn)的一種重要紐帶運輸裝備，主要用于運輸、提升或裝載礦石、材料與人員，然而礦難事故卻時常發(fā)生。針對現(xiàn)有井下礦車監(jiān)測系統(tǒng)的布線困難、信息化和可視化水平低等問題，研究并設(shè)計了一種基于WSN的地下礦車定位及安全監(jiān)測系統(tǒng)，實時、合理、高效的調(diào)度礦車，從而有效提高了金屬礦井安全生產(chǎn)水平與救災(zāi)效率。文章重點介紹了系統(tǒng)總體方案、節(jié)點軟硬件設(shè)計、系統(tǒng)定位與跟蹤算法的選擇及優(yōu)化、ZigBee組網(wǎng)路由協(xié)議及算法的改進、上位機管

2、理系統(tǒng)的開發(fā)及實驗驗證。
　?。?）首先分析了金屬礦井地下礦車監(jiān)管現(xiàn)狀、不足和未來安全監(jiān)測要求，結(jié)合調(diào)研，對井下環(huán)境，電磁波在井下傳輸特性與損耗，以及節(jié)點方向?qū)π盘杺鬏數(shù)挠绊懛治雠c研究后，提出了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計以及三類節(jié)點的部署方式。
　?。?）選擇了ZigBee網(wǎng)狀拓撲組網(wǎng)方案，并提出了改進路由算法AODV-RD來形成自恢復(fù)能力的多跳MESH路由線路，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸提供最優(yōu)路線。
　?。?）在基于CC2530

3、核心芯片上進行匯聚節(jié)點、固定參考節(jié)點、礦車車載移動未知節(jié)點的硬件電路設(shè)計。在分析了這三類節(jié)點的主要工作流程后，利用IAREW8051軟件實現(xiàn)了三類節(jié)點的組網(wǎng)軟件開發(fā)。
　　（4）針對選取的RSSI定位算法和PF跟蹤算法實現(xiàn)礦車的定位跟蹤并進行仿真，通過參數(shù)優(yōu)化及二次線性擬合推導(dǎo)出信號傳輸?shù)臏y距模型，并提出加權(quán)質(zhì)心算法使平均定位誤差降低了74.94％，PF跟蹤算法相比于EKF與UKF算法的跟蹤誤差最小。
　?。?）本系統(tǒng)還應(yīng)用

4、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對礦車的速度進行預(yù)測預(yù)警，其預(yù)測值的均方誤差為0.04695明顯小于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的0.11796，預(yù)測精度較好，能夠很好的符合系統(tǒng)設(shè)計的要求。
　　文章采用PC機、CC2530節(jié)點與智能小車搭建了一個簡易的系統(tǒng)進行實驗，通過基于LabVIEW和C＃語言開發(fā)的上位機系統(tǒng)對定位與跟蹤效果比較和分析，驗證了系統(tǒng)在井下應(yīng)用的合理性與可行性。系統(tǒng)成本低、穩(wěn)定性與可靠性好、功耗低、魯棒性強，彌補了現(xiàn)有金屬礦井監(jiān)測系統(tǒng)的不足，具有