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随着煤炭市场的持续高涨,世界的煤矿安全生产形势严峻,大多数煤矿采用的是井下挖掘方法。由于煤矿下易发生瓦斯泄露、透水、坍塌和煤尘爆炸等事故,井上施救人员难以实时地掌握井下作业人员的分布,更无法进行精确的人员定位和制定切实有效的救灾救援方案,大大降低了抢险救灾的效率。因此煤矿井下人员定位系统对煤矿下面灾害的预警、制定抢救和逃生路线、搜索矿难人员具有重要的现实意义。 目前应用煤矿井下的人员定位系统,主要经历了考勤系统、门禁系统、区域定位系统、精确定位系统。从早期的区域性定位逐步到如今的精确性定位,对定位的精度要求越来越高,信息通信量也越来越多。解决定位精度不高和无线通信的信息碰撞成为了系统中两类关键性问题。 论文对常用的测距技术进行分析,考虑井下潮湿、风尘浓厚,机械障碍物多、路况弯曲狭长等特点,研究了适合井下环境的测距手段—TOF(time of flight,飞行时间)。并且以此为前提分析传统的定位算法,采用改进型的Bounding-Box算法计算出位置信息。该算法避免了浮点运算,计算量小,保证了系统的实时性。 论文研究了传统的防碰撞算法,分析CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,载波侦听多点接入/冲突避免)算法、ALOHA、树搜索算法等在精确定位系统中的可行性。提出了一种 CSMA/CA和动态时隙分配相结合的防碰撞算法。算法利用 CSMA/CA算法完成未知节点与参考节点的注册,为测距奠定基础。在定位阶段,通过动态时隙分配算法完成多个未知节点与参考节点的测距。减少因信息的碰撞带来的漏卡问题,使无序的测距过程以有序的方式进行。仿真结果分析表明算法的有效性,对时隙的利用率高。 论文搭建了基于ZigBee JN5148的PRO协议的无线传感器网络的精确定位系统,验证了定位算法和防碰撞算法的有效性。并且设计了以CAN总线为基础应用层通信协议,实现分站与读卡器之间信息的通讯。经过调试,系统能够实现定位、防碰撞、与分站通信功能,运行稳定、满足实时性要求,达到了预期目标。论文根据研究结果对井下人员精确定位系统进行总结,对其发展前景进行展望。