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原文传递基于无线传感网络的列车定位技术研究

论文题名：	基于无线传感网络的列车定位技术研究
关键词：	列车位置;GPS定位;无线传感网络;ZigBee技术;WSN定位算法;验证系统
摘要：	从1876年我国第一条铁路诞生至今，我国铁路线路一直不断增加，铁路牵引机车也跨越了从蒸汽机时代到内燃机时代再到电气化时代的演变，列车速度也跨越了六次大提速，为保证列车的安全高效运行，实现列车的连续定位至关重要。但目前使用的一些定位技术都存在这方面的局限性，不能实时更新列车的位置信息。　　随着无线通讯技术和电子器件技术的快速发展，使低成本、低功耗、多功能的无线传感器的开发和广泛运用成为可能，基于无线传感网络的研究和应用正在蓬勃发展之中。无线传感网络（Wireless Sensor Networks，WSN）能够实时地更新列车的位置信息，尤其是在森林、山区和隧道，只要节点布置合理都能很好地发挥作用。目前，无线传感器网络定位算法中，TDOA（到达时间差）和AOA（到达角）对硬件都有特殊的要求，TOA（到达时间）需要精确的时钟同步，RSSI（接收信号强度指示）定位算法对硬件没有额外的要求，主要利用无线电信号的强度来定位，因为传感器节点本身就具有无线通信能力，所以这是一种低功耗、廉价的基于测距的定位算法。而利用GPS定位原理来实现WSN定位也是一种可行的定位思路。本文采用了以下两种WSN定位算法：　　第一种：改进的RSSI的修正加权质心定位算法。传统的基于RSSI的修正加权质心定位算法在信标节点的选取上存在一定的不合理性，导致误差较大，论文对此进行了一定的改进，另外在后期的数据处理上也做了一定的改进。通过仿真对比分析，证明改进后的算法降低了定位误差，提高了定位精度。利用动态中行驶的列车各个车厢之间相对静止的特点，论文中对行驶中的列车的定位误差在理论上提出了矫正方案。　　第二种：基于GPS定位原理的WSN定位算法。在GPS的定位原理的基础之上，论文提出了基于GPS定位原理的WSN定位算法。把信标节点当作太空卫星，待定位的列车就是地面接收机。利用信号从信标节点到未知节点的传输时间作为估算两点距离的依据，对列车的位置进行初步的估算。为减小定位误差，文章对列车位置进行了建模分析，对计算结果中产生的噪声进行了滤除。最后，仿真证明，基于GPS的WSN定位算法的不仅是可行的，而且定位误差小于传统的RSSI修正加权质心定位算法和改进的RSSI修正加权质心定位算法，算法稳定性好。　　最后，为进一步验证算法的可行性和优越性，论文用汽车代替列车建立了一个小型验证系统。采用支持休眠模式的CC2530模块作为传感器节点来测试和分析动态下定位算法的定位误差。实验证明，在不同的运行速度下基于GPS定位原理的WSN定位算法稳定性较好，平均定位误差维持在3m左右。误差波动范围始终小于改进的RSSI修正加权质心定位算法的误差波动范围。
作者：	乔玉蓉
专业：	交通信息工程及控制
导师：	魏文军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文