井下WSN固定節(jié)點覆蓋及定位算法研究.pdf

1、我國礦山資源豐富，但生產(chǎn)事故時有發(fā)生，直接導致了難以估計的經(jīng)濟損失和井下開采人員傷亡。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有成本低廉、功耗小、可信度高、節(jié)點簡單易安裝等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測巷道環(huán)境變化。礦井WSN的覆蓋、連通性是需要解決的基本問題，高效的節(jié)點部署是保證WSN覆蓋、連通性的前提，性能優(yōu)越的固定節(jié)點部署模式能夠更好的覆蓋監(jiān)測區(qū)域，從而獲取到更加精確監(jiān)測數(shù)據(jù)，也為節(jié)點精確定位提供可靠的保障。井下WSN節(jié)點精確定位可及時獲取事件發(fā)生的地理信息，

2、為礦井安全開采和災(zāi)后人員營救提供可靠保障，但目前的算法精度不是很高，有必要研究和設(shè)計出適合礦井巷道空間WSN的精確算法。
　　本文為解決井下WSN的節(jié)點最佳部署位置和精確定位問題，開展以下三個方面的研究：
　?。?）針對井下巷道三維 WSN節(jié)點最優(yōu)部署問題進行研究，在充分調(diào)查礦井幾何構(gòu)建方式后，抽象出巷道穹頂形模型，分析出穹頂形巷道WSN節(jié)點多種可靠的無縫覆蓋放置方式，并研究了網(wǎng)絡(luò)的連通覆蓋性，求出了不同部署方式下巷道三維空

3、間滿足k-覆蓋(k=1,2)時截面的最大水平間距以及達到k-連通(k=2,3)時傳感器節(jié)點通信半徑大小、感應(yīng)半徑大小、礦井巷道空間尺寸之間的函數(shù)關(guān)系。通過仿真實驗驗證和比較了所提出的幾種節(jié)點放置方式的網(wǎng)絡(luò)性能，給出了最優(yōu)的節(jié)點放置方式，有效提高了井下巷道空間節(jié)點的部署效率。
　?。?）針對 WSN井下巷道空間災(zāi)害監(jiān)測信息系統(tǒng)，提出一種采用礦井三維建模WSN多重覆蓋算法和RSSI的加權(quán)質(zhì)心定位算法。根據(jù)礦井巷道的幾何結(jié)構(gòu)，將礦井建模

4、成規(guī)則的拱形模型，建立起一種巷道固定節(jié)點無縫覆蓋部署模型，并且推導出滿足多重覆蓋目的時節(jié)點在巷道中放置的最大水平距離。在此基礎(chǔ)上，提出了一種利用節(jié)點RSSI值求出加權(quán)系數(shù)對質(zhì)心坐標進行加權(quán)處理的方法。實驗結(jié)果表明改進的質(zhì)心算法有效地減少了誤差，并且過程簡單，適用于礦井環(huán)境。
　　（3）為了減少經(jīng)典DV-Hop算法計算未知節(jié)點位置時產(chǎn)生的較大誤差，提出了一種基于節(jié)點RSSI值與臨界RSSI比例跳數(shù)修正和跳距重估的DV-Hop算法。通