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基于ZigBee技术的井下人员定位算法研究的中期报告
一、选题背景与意义
随着煤矿工业的不断发展，煤矿作业人员的安全问题越来越受到人们的关注。在井下作业中，作业人员往往处于复杂、危险、闭合的环境中，难以及时获得有效的救援和支援，因此，建立一套有效的井下人员定位系统以及预警系统迫在眉睫。
基于ZigBee技术的井下人员定位系统是一种新型的人员定位系统，它具有成本低、信道稳定等特点，能够有效地实现井下人员的准确定位。由于ZigBee技术是一种低功耗的无线通讯技术，因此在井下环境中使用越来越多。因此，研究基于ZigBee技术的井下人员定位算法，对于提高井下人员的安全性，防止安全事故的发生具有极大的现实意义。
二、主要研究内容及进展
本文基于ZigBee技术，针对井下复杂环境下人员定位的问题，研究了一种基于混合距离测量和粒子滤波算法的井下人员定位算法。
1.ZigBee网络的建立：本文采用了ZigBee网络来完成对井下人员的定位。在ZigBee网络中，需要设计合适的路由协议来保证数据的可靠传输。本文采用了Bee-Routing协议，该协议能够有效地减小数据包传输时延以及能耗。
2.基于混合距离测量的定位方法：本文采用基于混合距离测量的定位方法。在人员定位中，通常采用距离/信号强度来进行测量。然而，井下环境中通常存在多径传播、折射等情况，导致距离测量精度下降。因此，本文提出一种混合距离测量方法，通过融合多个距离测量数据来提高精度。具体地，本文采用了TOA（TimeofArrival）、TDOA（TimeDifferenceofArrival）和RSSI（ReceivedSignalStrengthIndicator）三种距离测量方式，通过加权融合方法来计算定位坐标。
3.基于粒子滤波的定位算法：本文采用粒子滤波算法，通过不断迭代，确定最佳的人员坐标位置。在定位过程中，考虑多位矿工同时定位的情况，采用了多粒子滤波算法，并结合最大后验概率准则对定位结果进行估计。
三、存在的问题及研究方向
1.粒子滤波算法的时间延迟问题：在井下环境中，数据传输时间较长，容易导致粒子滤波算法的时间延迟问题。需要进一步研究如何优化算法，缩短算法运行时间。
2.多径传播对混合距离测量的影响：井下环境中存在多径传播的情况，对距离测量精度有较大的影响。需要进一步研究如何在多径传播的环境中提高定位精度。
3.算法的实时性问题：井下环境安全问题具有紧迫性和实时性，因此需要研究如何提高算法的实时性，以及应急情况下的应对措施。
四、参考文献
[1]吕奇齐,胡跃飞.基于ZigBee的煤矿人员实时定位系统研究[J].北方工业大学学报,2013,37(05):65-68.
[2]安桥峰,王海龙,王传珂.ZigBee在煤矿人员定位中的应用研究[J].煤炭技术,2012(06):71-73.
[3]纪新宇,郝志荣.基于卡尔曼滤波与粒子滤波的无线定位算法[J].南京航空航天大学学报,2009(03):464-470.