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“基于无线传感网络的核电站人员定位系统设计”阶段性研究报告 金师兴 李永强 刘思綦 一、项目名称 基于无线传感网络的核电站人员定位系统设计 二、项目综述 无线传感网络（Wireless Sensor Network）技术得到迅猛飞速的发展，特别是其中的室内定位技术，人们对其的研究也日渐迫切。相较于室外定位技术，人们对室内定位技术提出了更高的精度要求。然而由于室内环境的复杂性，室内定位技术并不如人意。近年来，伴随着低成本、低功耗Zigbee技术的发展，基于Zigbee技术的无线传感网络得到了广泛的关注和应用。本项目以核电站作为研究应用场景，根据核电站生产作业的特殊性，采用基于Zigbee的无线传感器网络技术实现核电站人员定位，完成对核电站人员分布实时监控，在出现紧急情况的时候能够快速展开救援。通过基于Zigbee的无线传感网络将人员位置参数实时地传输到核电站救援系统，进行实时监测，并在危险情况下及时报警并通知作业人员；事故发生后，辅助快速制定救援方案，减少人员伤亡。 本项目研究了Zigbee技术在室内定位中的应用。首先在无线传感器网络定位技术国内外研究现状的基础上，分析无线传感器网络体系结构的特点，研究学习了Zigbee通信协议的基本内容。 其次，基于实验大量实测数据，探讨当今主流的几种无线传感器网络定位算法及其性能评价标准和分类方法。包括定位误差范围，以及RSSI(Received Signal Strength Indication)测距和影响RSSI的因素。提出了相应的改进方案，较为有效地提高了系统定位精度和抗干扰能力。 最后，本项目在三个平台（PC、因特网、ARM嵌入式）分别开发设计了针对核电站的无线传感器网络定位系统，并运用于实践，得出了实验结论，并分析和解决了目前存在的问题，提出了下一步的工作展望。 三、课题的提出 3.1 课题来源与背景 而在传感器网络中，位置信息对于传感器网络而言则是非常重要的。同时Zigbee 技术作为一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等特点的双向无线通信技术，可以嵌入到各种设备中，其PHY层和MAC层协议为IEEE 802．15．4协议标准。Zigbee技术的出现为室内定位提供了一个新的方法，使得室内定位技术得到快速地发展。本项目正是基于这种技术的基础上。 3.2 课题研究内容与意义 3.2.1 研究内容 本项目深入研究无线传感器网络定位相关理论和ZigBee协议，掌握了其开发流程。研究的主要内容就是根据应用环境的特点，对定位算法做了进一步改进，提高无线传感器网络定位算法的精度并用在PC、WEB、ARM9三个平台设计实现相关的定位系统。 3.2.2本项目的创新之处 (1)有效降低RSSI收集过程中偶然性误差。传统的基于均值模型优化RSSI算法，只是简单将采集的大量数据进行均值平均，无法去除偶然性误差，但这些误差有时严重影响定位精度。本项目通过结合实际测量对比各类算法的优缺点，选出最符合实际使用的算法并稍加改进，有效降低了偶然性误差，提高了定位精度。 (2)设计实现了多平台定位技术，在多个平台实现了定位传感信息显示系统，特别是网页和嵌入式应用程序，前者可以远程监控，后者可以在较低功耗的情况下运作一个较长的时间周期。 (3)可扩展性较强。在无线传感器中，定位信息只是其中一个方面，如果我们需要采集其他信息，在本项目中我们利用相应的传感器采集包括温湿度在内的传感信息，扩展了系统的功能，实现更大化的监控。 3.2.3 研究意义 无线传感器网络作为一种新的技术，与其他网络例如Internet网络有较大的不同，它可以采集、获取和处理现场信息。而要利用传感器节点的感知信息，就必须确定节点所处的位置。在无线传感器网络大部分的应用场合中，监测所收集到的最重要的信息就是该事件的位置，如在森林火灾监测中，我们除了知道温湿度等环境信息外，必须知道该温度发生变化的具体位置，才能确定火灾发生的具体位置，从而指示逃生通道等指挥救援和火灾扑灭。 本项目主要考虑在核电站中的应用，考虑到核电站的特殊性，我们对员工的位置信息进行实时监控，对员工的行为进行管理，同时一旦发生灾害我们可以通过确定位置信息实施救援。 节点定位技术是无线传感器网络进一步发展和大规模应用的基础。因此，要实现无线传感器网络的多种应用，定位技术作为最关键的技术，对其研究具有重要的意义。 四、项目已完成工作介绍 4.1室内定位算法分析 本项目在对比了多种定位算法后采用了质心加权定位算法，该算法的中心思想是未知节点以所有在其通信范围内的锚节点的几何质心作为自己的估计位置。优点是计算量较小，也可以得到较小的定位结果误差，属于较为常用的一类定位算法。 对于n个固定锚节点，待定位节点到各节点的距离分别。首先，只