煤矿井下人员LARNDMARC定位算法改进的

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[摘 要] 针对我国煤炭行业生产安全管理现状,进行人员的精确定位,是解决煤矿安全问题的方法之一.根据目标跟踪对定位算法的要求,对LARNDMARC定位算法进行改进,该定位算法是一种用于煤矿井下人员跟踪的比较准确的定位解决方法之一.

[关 键 词 ] 人员定位; LARNDMARC定位算法; 算法改进; 矿井

[中图分类号] TD76 [文献标识码] A

1.引言

在我国煤炭安全事故煤矿事故频繁发生的原因是多方面的,但其中一个主要的原因是我国煤矿井下的安全技术总体水平偏低.特别是在一些突发事故中无法确定煤矿井下人员的准确位置不能及时的制定有效的营救方案,导致煤矿井下人员伤亡数不断攀升.所以,煤矿井下人员位置信息对煤矿安全监测非常重要,得不到井下作业人员的具体位置就会使监测活动受到很大的制约.如何采用一种比较好的定位算法对煤矿安全监测是非常重要,LARNDMARC定位算法进行目标定位,并测算下一个位置,让相邻的信标节点参与跟踪,找到事故发生的确切位置对无线传感器网络的有效使用起着关键作用.

2.关键技术

2.1 RFID技术

RFID (Radio Frequency Identification,无线射频识别)[1]是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境[2].RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点.RFID技术主要应用在电子物品监视、物流控制系统、定位系统、运动计时、及护照、汽车防盗、动物管理、商品防伪等领域[3].

RFID主要由电子标签、阅读器和射频天线组成[4].电子标签即射频卡,由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信.阅读器主要用于读取电子标签信息.天线主要在标签和阅读器间传递射频信号.可以通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机连接,进行数据交换.

2.2 RFID数据处理

RFID解读器的RS232接口与外部计算机连接,进行数据交换.计算机通过串口读取RFID解读器内的信息,计算机与RFID解读器通信流程如图1所示.

3.基于RFID技术的井下定位算法

LARNDMARC定位算法是一种经典的基于有源RFID的井下定位算法,设计的思想是采用额外的辅助参考标签,这些参考标签在该定位系统中作为参考点使用,通过参考点的信号强度值与待定位标签的信号强度值之间的比较,计算出待定位标签的坐标.由于阅读器获取到的相邻标签的RSSI也是相近的,所以LARNDMARC算法通过比较阅读器接收到的待定位标签与参考标签信号强度值的大小来求得离待定位标签距离最近的几个参考标签,然后根据这几个最邻近参考标签的坐标,并结合它们的权重,用经验公式计算出待定位标签的坐标.LARNDMARC方法具有较高的定位精度,可扩展性好,能处理比较复杂的环境,是一种实用的定位方法.[5]

4.2 算法的仿真与性能分析

仿真条件同LARNDMARC系统一样,比较LARNDMARC系统的最近邻居算法和改进的最近邻居算法可以发现,后者具有较好的定位精度.图3为两者累计误差的情况.

5.结论

本文在介绍了无线射频RFID技术的原理及其应用的基础上,着重讨论了越来越显现优势和受到人们青睐的RFID技术在井下定位中的应用.本文提出的对LARNDMARC井下定位系统的改进算法使得定位精度有了一个明显的提高.并在煤炭井下人员定位系统中得以应用.为以后煤炭井下人员定位管理提升起到了一定的促进作用,也为使用这个算法来确定定位精度更加具有实际意义.


[参考文献]

[1] 刘天华,杜 梅,幼 阳. 智能射频卡在校园一卡通系统中的应用[J]微计算机信息,2009,22(35):167-169.

[2] Viola P, Jones M.Rapid object detection using a boosted cascade of simple features[C]//Proc 2010 IEEE Computer Soc Computer Vi sion and Pattern Recognition,2010(1):_511-_518.

[3] 郎为民,雷承达,张 蕾. RFID技术安全性研究[J]微计算机信息,2006, 6-2: 269-271.

[4] S A Weis, S Sarma, R Rivest, et al. Security and Privacy Aspects of Low-cost Radio Frequency Identification Systems [C].The 1st Inter-national Conference on Security in Pervasive Computing, volume 2802 of Lecture (Votes in Computer Science,2011.201-212.

[5] 幼 瑜,范平志,射频识别技术及其在室内定位中的应用[J],计算机应用,2011,25(5):1205-1208.

[6] NILM, LIUYH, LAUYC, etal. LARNDMARC: Indoor locationsensing using active RFID[C] Proceedings of the First IEEE In-ternational Conference. Washingtion DC, IEEE Computer Society,2009:407-415.

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