為確保煤礦企業(yè)安全高效生產(chǎn),滿足目前煤礦井下對(duì)定位精度及實(shí)時(shí)性的要求,從測(cè)距技術(shù)及定位算法兩方面給出一種井下人員定位方案。該方案采用超寬帶（UWB）非對(duì)稱雙邊雙程測(cè)距（ADS-TWR）技術(shù),最大程度地降低節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步誤差及時(shí)鐘漂移影響,并且結(jié)合粒子群算法、Taylor迭代算法二者對(duì)目標(biāo)位置方程進(jìn)行坐標(biāo)解析,進(jìn)一步提升定位精度。經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,可達(dá)到cm級(jí)的定位精度,滿足井下精確定位要求。 

【文章來源】：煤礦機(jī)械. 2020,41(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

ADS-TWR測(cè)距原理

結(jié)合粒子群算法、Taylor迭代算法二者優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建PT算法，先利用粒子群算法為Taylor迭代算法提供初始值，再利用Taylor迭代算法不斷的對(duì)初始值進(jìn)行修正，直到所得坐標(biāo)滿足設(shè)定的閾值，具體流程如圖2所示。根據(jù)上述算法流程，利用教學(xué)樓長廊模擬井下巷道環(huán)境來評(píng)判本文算法的優(yōu)劣。長廊長60 m、寬2 m、高3 m，以長廊走向建立直角坐標(biāo)系，定位分站位于（0,0）、（20,2）、（40,0）、（60,2）處，在長廊每間隔10 m設(shè)置定位標(biāo)簽，標(biāo)簽與分站間的距離為10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m。定位標(biāo)簽依次向4個(gè)定位分站發(fā)起測(cè)距，取多次測(cè)距的平均值構(gòu)建定位方程組，利用PT算法進(jìn)行求解，選擇多次求解的平均誤差作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。為了對(duì)比突出本文算法的優(yōu)勢(shì)，在相同模擬環(huán)境下，另用直接法、最小二乘法、Taylor迭代法求解定位方程組，其結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)上述算法流程，利用教學(xué)樓長廊模擬井下巷道環(huán)境來評(píng)判本文算法的優(yōu)劣。長廊長60 m、寬2 m、高3 m，以長廊走向建立直角坐標(biāo)系，定位分站位于（0,0）、（20,2）、（40,0）、（60,2）處，在長廊每間隔10 m設(shè)置定位標(biāo)簽，標(biāo)簽與分站間的距離為10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m。定位標(biāo)簽依次向4個(gè)定位分站發(fā)起測(cè)距，取多次測(cè)距的平均值構(gòu)建定位方程組，利用PT算法進(jìn)行求解，選擇多次求解的平均誤差作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。為了對(duì)比突出本文算法的優(yōu)勢(shì)，在相同模擬環(huán)境下，另用直接法、最小二乘法、Taylor迭代法求解定位方程組，其結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，無論哪種定位算法，其定位誤差都會(huì)隨著測(cè)量距離的增加而增大。對(duì)于同一定位標(biāo)簽，直接法與最小二乘法的定位誤差相對(duì)較大，Taylor迭代法與PT算法的定位誤差相對(duì)較小。由于PT算法中引入了粒子群算法，增加了全局搜索能力，給Taylor迭代法提供了較為精確的初始值，使得PT算法的定位誤差進(jìn)一步減小，定位精度有所提高。并且，定位誤差控制在cm級(jí)，符合井下人員定位精確的要求。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于UWB的增強(qiáng)非對(duì)稱雙邊雙向測(cè)距算法研究[J]. 王春琦,馮大權(quán),何春龍,陳常婷.  南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(01)
[2]一種動(dòng)態(tài)調(diào)整慣性權(quán)重的粒子群優(yōu)化算法[J]. 董紅斌,李冬錦,張小平.  計(jì)算機(jī)科學(xué). 2018(02)
[3]煤礦井下人員定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 汝彥冬,劉鑫,孫振翔,張文祥,趙志信,郭繼坤.  煤礦機(jī)械. 2016(10)
[4]一種改進(jìn)的粒子群優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法[J]. 張先超,劉興長.  計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程. 2016(05)
[5]SDS—TWR技術(shù)在煤礦人員定位系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 常琳.  工礦自動(dòng)化. 2015(10)
[6]基于Taylor展開的UWB井下定位算法研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 謝芝玉,劉雄飛,胡志坤.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2017(02)
[7]基于粒子群優(yōu)化算法的WSN節(jié)點(diǎn)定位方法研究[J]. 林雯,張烈平,王守峰.  煤礦機(jī)械. 2013(05)

碩士論文
[1]基于TOA方案的超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)研究[D]. 許佩佩.東南大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3225735