高危生产区域人员定位算法设计与系统实现

摘要

随着物联网技术兴起，基于无线传感器网络和无线局域网等面向区域的无线定位技术得到了不断发展。论文提出了在高危生产区域建立无线传感器网络，开发人员定位系统，以此实现实时跟踪现场工作人员，从而加强工作人员的安全管理的一种方案和实现手段。
　　首先分析了高危生产区域人员定位系统的需求，并进行方案设计。然后，通过对常见定位算法及滤波算法特点的分析，设计与实现了定位引擎，并通过实验测试，验证定位引擎中定位算法的有效性。最后在上述基础上，设计并实现定位系统服务器，并对定位系统功能进行测试。具体内容如下：
　　1)定位系统框架结构设计。首先通过对国内外现有无线技术进行分析与介绍，了解了CSS无线技术定位精度高，抗NLOS强，且对其它无线通信系统干扰小等特点，符合系统要求。然后，在采用CSS无线技术基础上，通过分析几种测距方式的特点，得出TDOA只需基站节点进行时间同步的优点且便于硬件实现，有利于将目标节点功耗降低、体积减少及成本降低。同时，论文根据定位系统的框架结构，设计了定位数据库主要表格字段信息。
　　2)定位算法设计。对于集成定位算法的定位引擎进行设计，先深入剖析常见的TDOA定位算法，如Chan、Taylor及Kalman等方法并实现，然后针对TDOA算法定位精度主要受到NLOS干扰的问题，提出一种基于Taylor与Kalman的协同定位方法并实现。同时，定位引擎还实现了基于Kalman滤波的测量值平滑方法、基于加权移动平均法的定位结果平滑方法。
　　3)定位引擎实现。在上述工作的基础上，论文实现了集成各种算法的定位引擎，并利用Nanotron公司生产的nanoLOC Development Kit3.0开发套件进行室内室外定位实验，测试定位引擎的定位性能，结果表明论文提出的基于Taylor与 Kalman的协同定位方法能有效抑制NLOS，提高定位精度。而且，基于Kalman的测量值数据平滑方法能有效降低测量值误差，增强系统鲁棒性，对提高高危生产区域定位系统的定位精度具有一定意义。
　　4)系统实现。根据系统设计方案，设计了包括数据服务器与界面客户端的系统服务器并加以实现。最后，结合定位引擎程序，利用nanoLOC Development Kit3.0定位设备测试定位系统的实时定位功能，结果表明系统运行稳定，对高危生产区域人员跟踪定位具有一定价值。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容及结构

第二章 无线传感网络定位系统概述

2.1 无线定位技术介绍

2.2测距数学模型简介

2.3 TDOA基本定位算法

2.4 定位方法性能评价

第三章 人员定位系统需求分析与方案设计

3.1 定位系统需求分析

3.2 人员定位系统方案设计

3.3 定位系统系统数据库设计

第四章 定位引擎设计与实现

4.1 定位引擎算法设计

4.2 定位引擎软件实现

4.3 定位引擎算法测试

第五章 定位系统服务器设计与实现

5.1 数据服务器及信息格式设计

5.2 界面管理客户端设计

5.3 定位系统测试

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录