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1、西安科技大学硕士学位论文基于RFID的井下人员定位系统的软件设计与实现姓名：石楠申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：王安义论文题目：基于 RFID 的井下人员定位系统的软件设计与实现专业：信号与信息处理研 究 生：石楠（签名）指导老师：王安义（签名）摘要目前我国的煤炭生产行业仍处于矿难事故多发、事故隐患大的状况，尤其是当发生煤矿事故时，井下与井上信息沟通不畅，并且井下人员定位技术可靠性不高、定位不精确，以致救护队员不能准确、实时、有效地掌握并确定受灾人员的精确位置，在一定程度上影响了救援抢险任务的进行，同时也造成了抢险效率低，搜救困难大等问题。近年来，随着射频识别技术的不断发展，为
2、井下人员定位技术的发展提供了强有力的技术支持。由于煤矿井下环境的特殊性和复杂性，煤矿井下普遍存在入井人员管理困难的问题，井上管理人员难以及时掌握井下人员的分布及作业情况。因此本文旨在研究基于射频识别技术(RFID)的井下人员定位系统的软件系统，目的是为及时、有效、准确掌握入井人员的进出井情况以及人员在井下活动情况提供依据，如果发生煤矿事故也能起到有利的帮助。本文从井下人员定位系统的实际需求出发，对定位系统的软件设计需求进行了分析，并对实现井下人员定位系统的软件系统的关键技术-Wi-Fi 无线短距离通信技术和RFID 读卡器的防冲突问题进行了分析研究，对防冲突算法进行了仿真实验，说明了本文采用的
3、这种由中央计算机集中控制解决读卡器冲突问题的算法的有效性。本文的重点在于完成了定位系统的软件系统，通过对定位系统总体设计的阐述，在总体设计的基础上设计了定位系统的软件结构和软件系统的功能。通过利用软件开发工具对各个功能模块的设计研究，实现了对煤矿井下人员的实时定位，以及对井下人员的考勤，历史轨迹查询等功能。关 键 词：射频识别；Wi-Fi；人员定位；防冲突算法研究类型：应用研究SubjectSubjectSubjectSubject：SoftwareSoftwareSoftwareSoftware DesignDesignDesignDesign andandandand Implementa
4、tionImplementationImplementationImplementation of of of of PersonnelPersonnelPersonnelPersonnelPositionPositionPositionPosition SystemSystemSystemSystem inininin UndergroundUndergroundUndergroundUnderground MineMineMineMine BasedBasedBasedBased onononon RFIDRFIDRFIDRFIDSpecialtySpecialtySpecialtySpe
5、cialty ：SignalSignalSignalSignal andandandand InformationInformationInformationInformation ProcessingProcessingProcessingProcessingNameNameNameName：ShiShiShiShi NanNanNanNan（SignatureSignatureSignatureSignature）InstructorInstructorInstructorInstructor：WangWangWangWang AnyiAnyiAnyiAnyi（SignatureSigna
6、tureSignatureSignature）ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTThe mine profession of our country currently is still in the condition of the muchcoalaccident and the big accident potential,particularly when there was a mine accident,therewerethebadcommunicationbetweengroundandunderground,lowreliabilityandin
7、accuratepositioning of the technique for personnel position system in underground mine,sothat the ambulance crews could not grasp and make sure the accurate position of disastervictims in accurately,realtime and effectively,to some extent that affectsa rescue activity,simultaneously also caused the
8、questions of low efficiency and more difficult in rescue and soon.In recent years,with the develepment of RFID,it provides the powerful technical supportfor the develepment of personnel position system in underground mine.Becausetheenvironmentofundergroundmineisspecialandcomplexity,theunderground mi
9、ne has the difficult problem of managing workmen,management people couldnot grasp the distribution and work situation of workmen.Therefore this paper is for thepurpose of researching the software system of personnel position system in underground minebased on RFID,it could provide basis for grasping
10、 the situation of workmen are in or out themine and activity situation,if it takes place a coal accident that also can provide a useful help.Starting from the actual demands of personnel positions system of the paper,the designrequirement of software system is analyzed firstly,and the key techniques
11、 of realizing thepersonnelpositionsysteminundergroundmine-Wi-Fiwirelessshortdistancecommunication and anti-collision problem of RFID reader is researched,and it carries on thesimulationexperimentofanti-collisionalgorithm,the experimentresultexplainstheeffectiveness of centralized conctrol and solve
12、the algorithm of readerscollision problem bycomputer.The focus of this paper lay in the software of position system which hascompletes,through to elaborated the total design of position system,designe the softwarestructure of the position system and the function of the software system based on the t
13、otaldesign.Using the software development tool to design and research every function modules,ithas realized the functions of personnels real-time locating,checking attendance,checkinghistorical path of people in underground mine and so on.KeyKeyKeyKey wordswordswordswords : : : :RFIDWi-Fipersonner p
14、ositionanti-collision algorithmThesisThesisThesisThesis: : : :Application Research1 绪论11 绪论1.1 课题的研究背景煤矿是国民经济中的一项基础产业， 我国 80%以上的工业原料和 95%以上的能源来源于矿产。我国是世界上产煤最多的国家之一，也是世界上发生矿难最多的地区之一。因井下作业远离地面，地形复杂，环境恶劣，人员设备分散，许多事故例如瓦斯、煤尘爆炸、火灾、透水等等，对矿工生命构成威胁。近年来，我国安全事故与自然灾害发生频繁，煤矿高瓦斯矿井在数量上的不断增加，煤矿事故发生频繁，尤其是一些重特大事故，给国家
15、财产和人民生命安全造成了巨大的损失，煤矿安全状况令人担忧。经过多年的努力，煤矿安全生产状况目前总体趋于稳定好转，但现实情况仍然不容乐观。因此，灾难状况下，对煤矿井下救援工作的要求是有序、实时、准确，这些都要求救援指挥和措施必需依靠强有力的井下人员定位系统的支持。现阶段，国内煤矿井下人员定位技术存在的问题是：首先，由于煤矿井下环境的特殊性、复杂性，再加上目前所研究的定位技术的局限性，使得人员定位距离的精确度达不到理想值。其次，在事故发生前，由于井下的具体环境条件，造成了现有安全生产监测系统存在很多缺陷，使得煤矿安全生产监控中心在事故发生前，不能随时掌握井下不同位置的各种安全生产的要素(包括瓦斯浓
16、度，风速风压，人员作业分布情况等)，因而难以采取积极有效的预防措施。在事故发生后，由于不能掌握事故发生当时井下工作人员的具体分布位置，以及事故发生的原因，因而无法制定出及时有效的抢救措施，并进行有效的现场抢救指挥。在矿工下井的工作过程中，地面监控指挥部门迫切需要对井下移动目标，特别是对工作人员的精确位置得到确定；确定煤矿人员的精确位置，能够对井下人员进行有效地组织管理，特别对发生灾难性的事故以后，通过获取井下人员的精确定位信息，使救护人员可以正确地到达受困人员所在的灾难现场来实施救援工作。但是，矿难发生后，救援任务是十分艰巨的，由于煤矿井下条件与环境的特殊性、复杂性，以及矿井下救援通讯技术及装备的落后，致使抢险救援过程中，地面与井下通信不畅，信息沟通不及时，以致救护队员不能准确、实时，有效地掌握并确定受灾人员的精确位置，在一定程度上影响了救援抢险任务的进行，同时也造成了抢险效率低，搜救困难大等问题。目前，国内煤矿井下人员的定位技术，国内外目前仍然是一个空白领域，由于国内煤矿安全生产所面临的严峻形势，如何建立一个适合中国国情的煤矿安全生产
