文档介绍：学校代号 10530 学号 201011011526
分类号 TP274 密级
硕士学位论文
基于 RFID 技术的矿井人员定位系统
研究与实现
学位申请人王仁兴
指导教师王根平教授
学院名称信息工程学院
学科专业电力电子与电力传动
研究方向无线射频技术
二〇一三年六月
Research and Implementation of Mine Personnel
Positioning System Based on RFID
Candidate Ren xing Wang
Supervisor Prof. Wang Geng-ping
College Institute of Information Engineering
Program Power Electronics and Power Drive
Specialization Wireless Radio Frequency Technology
University XiangTan University
Date June, 2013
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日
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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
摘要
随着经济高速发展,能源需求持续剧增。由于矿井作业环境特殊复杂,矿难
事故频繁发生,导致其安全生产备受关注。针对井下人员设备管理难,矿难事故
发生时,由于缺乏井下被困人员的可靠信息,救援效率不理想,设计一个矿井人
员定位系统,及时掌握井下作业人员的活动情况,方便对井下人员、设备进行合
理调度,为灾后人员搜救工作提供有力依据,具有一定的现实意义。
本文在校企合作项目“矿井人员定位系统”实际工程研究的基础上,从应用
角度出发,针对矿井安全需要,设计一套基于有源 RFID 技术的人员定位系统解
决方案,主要研究工作如下:
(1) 从系统目标、功能和体系结构方面进行总体设计,提出了矿井人员定位
系统的解决方案:在井下巷道中合理部署阅读器、参考标识卡,使其覆盖整个矿
区,携带标识卡的作业人员或移动设备处于识别区域时,阅读器获取标识卡信息
和信号强度值,并加上本身地址编号,通过 CAN 总线上传至井上定位管理软件,
定位管理软件综合阅读器位置、信号强度值、参考标识卡的信号强度值,通过定
位算法计算出标识卡位置,保存到数据库并更新实时画面。
(2) 深入研究基于 RFID 技术的无线定位方法,对常用定位算法进行了分析
比较,并重点分析了基于 RSSI 的 LANDMARC 算法,针对实际应用定位时出现
的不足,采用平均 RSSI 值和方位修正值自校正的方法对其进行改进,通过仿真
实验,证明了改进算法具有更高的定位精度。
(3) 针对定位系统中多个标识卡间存在无线数据碰撞问题,对 RFID 标识卡
防碰撞算法进行了研究,通过分析常用防碰撞算法,对动态帧时隙 ALOHA 算法
进行了优化,采用 hash 函数分配时隙和分段控制 Q 值的方法动态调整帧长度,
通过实验验证了优化后的算法具有更高识别效率,改进算法对软硬件要求低,实
现简单,具有较高的实用价值。
(4) 研究有源 RFID 设计理论,制作了阅读器、标识卡,根据矿井定位具体
需求,对整个系统分别从后台数据库与定位管理客户端方面进行了详细设计,实
现了井下人员实时定位、报表查询、报警处理、人员考勤管理等功能模块。
通过实际应用验证,本文设计的改进型基于 RFID 技术的人员定位系统灵活
可靠、成本低廉,能有效实现井下人员定位跟踪管理,具有较高的实用性与经济
效益。
关键字: RFID,LANDMARC 算法,ALOHA 算法,实时定位系统,矿井安全
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