通信技术
数字技本开与或用
基于ZigBee的矿并定位系统设计及精度分析
王楠王错王小波
(长安大学陕西西安710064)
摘要：为了解决矿并人员定住不精确的问题,提出了一种基于ZigBee的矿定位系统的应用方案。该系统采用基于RSSI的加权质心定住算法确定并下人员精确位置，并通过实验研究了ZigBe定住精度的影响因素，建立了最佳系统参数预测模型。实验研究表明,该预测模型给出的系统参数可显著提高系统的定住精度
关键词：矿井定位系统ZigBeeRSSI定位算法定位精度
中图分类号：TN92
文献标识码:A
文章编号1007-9416(2014)06-0062-01
Abstract:In order to solve the mine personnel location imprecise problem, proposes an application scheme of mine poxitioning system based on ZigBee uses the weighted centroid localization algorithm based on RSSI to determine the precise location of underground personnel, and to study the fictors affecting? the?accuracy of ZigBee by experiment, establishes the optimal parameter prediction model. Experimental research shows that, the prediction model can significantly improve the positioning accuracy of the system.
Key Words:Mine positioning system ZigBee RSSI kocation algorithm Positioning accuracy
1引言
采矿安全一直是关注度很高的问题，目前煤矿上采用的无线通信技术大多为RFID，但该技术无法实现井下人员的精确定位。 ZigBee技术逐渐被引入该领域，但目前还没有对影响ZigBee定位精度的各个参数设置进行系统测试和分析。
鉴于ZigBee的特点，本文提出利用ZigBee技术进行数据传输，并对定位精度进行分析和优化，实现定位监测系统高精度定位。本系统可用于矿井、监狱、办公楼、隧道等场所的安全定位和监测。
2系统构成
2.1定位技术与算法研究
目前，很多企业陆续推出各种无线通信技术用来实现定位。通过对比，可以看出ZigBee技术功耗低、时延短，可靠性高，定位精确高等特点，因此本文采用ZgBee定位技术实现矿并精确定位
目前定位算法分为三大类：基于测距的定位算法、无需测距的定位算法和基于RSSI的加权质心定位算法。基于测距的定位算法成本高且对网络节点的性能要求高，无需测距的定位算法缺点是定位误差较大，精度低。基于RSSI的加权质心定位算法的提出是将RSSI 测量方法与质心算法相结合，定位精度较高，
本文采用于慧霞提出的基于RSSI的加权质心定位算法。根据
表1网络稳定性测试实验
变量：X(间距为5米等配变化)，共15组网络模型
x/m 575
Y/m 5(路宽)
L/m 120300
A/dBm
40（典型值"）
n
13(典型值"）
表2参考节点拓扑形态对定位精度的影响
变量：参考节点拓扑形态(矩形和平行四边形),X(间距为5米等距变化)，Y(间距为1米等距变化),共48组网络模型。
x/m 530
Y/m 25
L/m 20120
A/dBm 40(典型值")
n
13典型值"）
表3A、n参数对定位精度的影响
变量：X(间距为5米等距变化),Y(间距为1米等距变化),A(间距为5dBm 等距变化)nLinxex(间距为5等距变化)共24组网络模型，每组网络模型对应35组参数设置
X/m 530
Y/m 125
L/m 20120
A/dBm 3050
n_inkdex 031
其方法，分别对各种组合的定位节点坐标进行计算，总共得到四个估计点。最后取四个估计点组成的多边形的质心为定位节点的位置坐标。这种方法使得RSSI值大的参考节点能够充分利用到ZigBee节点定位中，避免了一些次要数据的干扰。
2.2系统硬件构成
ZigBee矿井定位系统硬件部分由计算机、协调器、参考节点，定位节点组成，在监测区域放置若干个CC2430模块作为参考节点，呈矩形分布；若干个CC2431模块作为定位节点，具有将参考节点坐标信息汇总并根据定位算法计算出自身定位信息的功能，一个具有特殊功能的CC2430作为协调器，是参考节点和定位节点的控制中心。
3定位精度影响因素研究
定位精度是ZigBee矿井定位系统的重要考察标准，由RSSI测距模型知，RSSI值的主要影响固素包括参考节点闻距离、参考节点拓扑形态以及A、n参数值。
3.1参考节点间距对网络稳定性的影响
本节实验参数设置、模型搭建和数据处理如表1所示，定位节点放置在定位区域边界，协调器放置在另一边界。重复采集数据10次，计算每组网络模型对应的平均数据收集量
从实验结果可看出，当两参考节点间距超过30米时，收到的定位信息有丢失现象。因此，本文定位实验将相邻两参考节点横向间距取5-30米
3.2参考节点拓扑形态对定位精度的影响
本节实验参数设置、模型搭建和数据处理如表2所示，参考节点按照矩形结构和平行四边形结构分别摆放，定位节点均勾分布五个位置。不同位置各采集30组定位坐标，计算其定位误差，并对这两组定位误差分别求平均值、标准差，方差。
从实验结果可以看出矩形结构下的定位精度和定位数据的稳定性都较平行四边形结构高。因此本文接下来采用矩形结构进行定位信息采集。
3.3A、n参数值对定位精度的影响
本节实验参数设置、模型搭建和数据处理如表3所示，参考节点按照矩形结构摆放，定位节点放置误差稳定区域，每组参数设置采集30组定位坐标，计算其定位误差
从实验结果看，A，值对定位精度的影响很大，A值对定位精度
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作者简介：王构(1988一),女，河南商丘人,硕士研究生，长安大学工程机械学院,主要研究方向：无线传感器网络、移动通信技术。