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原文传递基于ZigBee技术的隧道沥青路面碾压轨迹实时定位及监控技术研究

论文题名：	基于ZigBee技术的隧道沥青路面碾压轨迹实时定位及监控技术研究
关键词：	公路隧道;沥青路面;碾压轨迹;实时定位;动态监测;紫蜂技术
摘要：	我国是世界上公路隧道规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、发展速度最快的国家。为了保证隧道施工中的路面施工质量，避免压实不足等问题产生，对压路机的碾压轨迹进行实时定位和监控研究就显得尤为重要。然而隧道环境大多是狭长空间，且地形复杂，这导致无线信号在隧道环境传输过程中会产生褪色效应；其次隧道大多分布于山地，无线信号微弱，因此在隧道环境中无法用传统的GPS定位系统进行准确定位。为了有效解决隧道内压路机碾压轨迹的实时定位和监控问题，本文依托云南省交通厅科技项目，开展了基于ZigBee技术的隧道沥青路面碾压轨迹实时定位及监控技术研究，主要结论如下：　　①基于对室内定位技术的研究，确定在隧道环境下采用抗干扰性强，数据传输可靠的ZigBee技术。其次基于ZigBee测距理论，推导得出了ZigBee测距模型公式，对ZigBee测距模型公式中的环境参数—A值和n值进行分析，用试验法确定其合理取值。确定了基于CC2530单片机的ZigBee定位系统，其次进行无线数据传输试验，验证了该ZigBee定位系统的可行性。结果表明：该定位系统可以稳定地传输来自移动节点的信息，适用于隧道定位系统中位置坐标的获取和发送。　　②分析了隧道内用于测距的RSSI信号在褪色效应及其他因素的干扰下，其信号强度值往往会发生波动，直接用该RSSI值进行测距会产生较大误差。提出用卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波方法对该RSSI值进行滤波处理，滤波试验结果表明：扩展卡尔曼滤波方法的滤波效果要优于卡尔曼滤波处理方法。提出了基于扩展卡尔曼滤波的最小二乘定位算法，并进行了隧道定位试验，结果表明：该定位算法的定位精度要高于最小二乘法的定位精度。　　③通过试验确定了ZigBee定位系统的最佳参考节点数目和最佳参考节点横纵间距，给出了最佳定位方案：即在参考节点数目为5个，参考节点横向间距为8.5m，纵向间距为10m时，将ZigBee节点矩形布置于隧道路面两侧进行定位试验，此时的定位效果最为理想。其次对定位结果进行分析，建立了邻域均值迭代法，通过用邻域均值迭代法对定位结果进行优化处理，结果表明：采用邻域均值迭代法处理后的横坐标定位误差减小了52.1%，纵坐标定位误差减小了40.0%。　　④运用MATLAB GUI模块，开发了用于隧道路面压路机碾压轨迹定位和显示的实时监控系统，该监控系统通过串口实时读取和显示来自CC2530单片机的定位数据。分析了串口数据并对该串口数据进行数据解析，编写相关回调函数代码，完成该监控系统的串口参数区、轨迹显示区、坐标数据保存区、压路机参数区等相关功能的开发。进行隧道环境监控试验，结果表明：该实时监控系统定位精度较高，可以稳定、连续地记录移动节点的定位数据并实时显示。
作者：	吴增彦
专业：	机械工程
导师：	曹源文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022