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《重庆大学》 2012年
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RSSI定位算法在滑坡监测系统的应用研究

李文田  
【摘要】:滑坡灾害是一种危害程度极大的地质灾害,借助各种技术方法实现滑坡监测和预警,是预防滑坡灾害的关键手段。目前滑坡监测系统普遍存在工程造价高、自动化程度低、施工不便等问题。作为无线传感器网络核心技术之一的节点自定位技术,是一种简单有效获取的获取目标地理坐标的技术方法,应用于地表位移监测具有取代昂贵的现场滑坡传感器、量级幅度降低滑坡监测系统成本的良好前景。 本文主要对基于RSSI测距技术的无线传感器网络自定位算法展开研究,利用网络节点的位移变化取代各种现场滑坡传感器获取滑坡地表位移信息,并研究设计了一种现场无需一次监测仪表的山体滑坡地表位移监测系统。主要研究工作如下: ①分析了无线传感器网络的技术特点和关键技术,并详细对比分析了目前用于无线传感器网络的几个主流通信技术,选定ZigBee作为滑坡监测现场WSN;对多种定位技术的分析比较表明,基于测距的RSSI定位技术定位思想简单,对硬件要求低,但存在无线信号易受环境影响,定位误差大的缺点; ②针对RSSI定位技术的上述缺陷,提出了基于RSSI测距理论模型的改进定位算法。改进RSSI定位算法引入加权调整因子,以定位节点单跳范围内锚节点间相互协作方式获取环境参数,动态更新路径损耗模型,并借助该模型实时计算WSN节点间通信距离,最终达到准确计算定位节点坐标的目的; ③完成了新型滑坡监测定位系统的整体方案设计,即滑坡现场利用无线传感器网络定位技术取代各种地灾传感器获取滑坡地表位移信息,通过GPRS实现数据无线远程传输,最终达到低成本的滑坡状况远程自动监测目的。阐述了系统硬件设计选型,主要包括MC13224节点的处理器芯片选择和GPRS芯片选择,给出了定位节点程序和上位机软件程序。 本文使用MATLAB对RSSI改进算法进行了模拟测试。结果表明,与使用固定路径模型的RSSI定位算法相比,改进算法可以动态捕捉外部环境的变化,及时改变路径损耗模型参数,能够显著降低环境变化对定位精度的影响,将传统RSSI固定路径损耗模型定位算法的米级平均误差降至分米级。基于RSSI改进算法的滑坡监测系统无需使用现场位移传感器、甚低成本的特点,其分米级误差适用于缓坡的滑坡远程自动监测及预警。
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