一種礦井精確定位方法及系統的製作方法
2023-06-03 21:34:51 1
專利名稱：一種礦井精確定位方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及礦井設備，尤其是涉及一種礦井精確定位方法及系統。
背景技術：
礦井開採作為安全事故頻發的重工業，對安全監督管理系統的要求很高。礦井人員的位置監測在礦井生產管理、安全決策、搶險救災等方面具有舉足輕重的作用。目前國內投入使用的礦井位置監測系統一般僅支持對井下人員與設備所處區域範圍的查詢與統計，區域定位覆蓋半徑為15 300 m不等。由於無法提供準確實時的位置信息，一旦礦井發生緊急事故災害，現有區域定位系統將無法為搶險救援提供有效的信息支持。而井下高精度定位系統提供的信息將在判定遇險人員位置、擬定搶險線路、保證救災安全等方面發揮關鍵作用，最大限度地挽回人員生命安全和國家財產損失。但是現有的礦井定位系統均存在定位精度不高的缺陷。
發明內容
本發明為了解決現有技術礦井定位系統均存在定位精度不高的缺陷的技術問題，提供了一種礦井精確定位方法及系統。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為設計一種礦井精確定位方法，包括下列步驟
設置若干定位基站和若干與所述定位基站採用ZigBee技術進行通信的定位卡；
設定定位基站中的一個為定位主站，並測量定位主站與定位卡之間的距離；
設定位於定位主站固定一側的另一個定位基站為定位輔站，並測量定位輔站與定位卡之間的距離；
定位輔站將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站，定位主站根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。所述礦井精確定位方法還包括定位主站將定位卡的位置通過有線傳給井上伺服器，井上伺服器精確顯示每張定位卡的位置分布圖。所述定位主站與定位卡之間的距離是通過測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得；所述定位輔站與定位卡之間的距離是通過測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得。所述礦井精確定位方法還包括
所述定位卡休眠幾秒鐘喚醒一次，測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，偵聽定位主站是否發撤離信息；
井上伺服器向定位主站發送撤離信息，再由定位主站通過無線轉發到定位卡；
定位卡接收到定位主站的撤離信息後報警提示緊急情況出現。
所述礦井精確定位方法還包括
定位卡向定位主站發送求救信號； 定位主站根據定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，判斷是否需要判斷方向，如果需要，再測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，判斷出定位卡的方向，獲取定位卡的位置；
定位主站上報定位卡的求救信號和位置至井上伺服器。本發明還公開了一種礦井精確定位系統，所述礦井精確定位系統包括
定位主站、位於定位主站固定一側定位輔站和與所述定位主站及定位輔站採用ZigBee技術進行通信的定位卡；其中
所述定位輔站測量定位輔站與定位卡之間的距離，並將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站；所述定位主站測量定位主站與定位卡之間的距離，並根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。所述礦井精確定位系統還包括一與所述定位主站有線連接的井上伺服器，所述井上伺服器接收所述定位主站傳來的定位卡的位置，並精確顯示每張定位卡的位置分布圖。所述定位主站與定位卡之間的距離是通過測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得；所述定位輔站與定位卡之間的距離是通過測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得。所述定位卡還包括一向定位主站發送求救信號的求救報警模塊。。本發明通過定位主站和定位輔站,來精確測定定位卡的位置,而且定位主站與定位卡之間以及定位輔站與定位卡之間均採用ZigBee技術進行通信,使得定位精度非常高，同時又具有低功耗，高可靠，高覆蓋範圍的優點。
下面結合實施例和附圖對本發明進行詳細說明，其中
圖I是本發明礦井精確定位方法的流程 圖2是本發明礦井精確定位方法的定位卡的方向判斷示意圖一；
圖3是本發明礦井精確定位方法的定位卡的方向判斷示意圖二 圖4是本發明礦井精確定位系統的原理圖。
具體實施例方式本發明用於解決基於接收場強的RSS ( received signal strength)定位方法定位精度不高，環境影響大等問題。本發明基於對稱雙向到達時間測距，每五秒鐘進行一次雙向測距數據採集，並通過基站將數據信息實時計算出來。同時通過結合定位輔站到定位卡之間的距離，來判斷定位卡的方向。無線傳輸方面採用Zigbee協議，通過井下礦用基站和定位卡之間進行測距和報警求救信息的傳輸，並最終通過礦用基站之間的有線網絡上報到井上伺服器的人機互動界面。在精確定位的同時，還可實現地面監控中心對井下人員管理，井下人員向監控中心求救等輔助功能。
請參見圖I。本發明礦井精確定位方法，包括下列步驟
第一步、設置若干定位基站和若干與所述定位基站採用ZigBee技術進行通信的定位卡。ZigBee是一種新興的近距離、低複雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術，它是一種介於無線標記技術和藍牙之間的技術，主要用於近距離無線連接。因此，採用Zigbee技術作為礦井人員的無線定位及上傳數據方案，具有高精度，低功耗，高可靠，高覆蓋範圍的特點。本發明真是利用定位主站與定位卡之間以及定位輔站與定位卡之間均採用ZigBee技術進行通信，使得定位精度非常高，同時又具有低功耗，高可靠，高覆蓋範圍的優點。第二步、設定定位基站中的一個為定位主站，並測量定位主站與定位卡之間的距離。通過測量井下定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間tl (TOF,Time OfFlight),再根據電磁波在空氣中傳播的速度c,通過計算傳播延遲時間tl乘以電磁波在空氣中傳播的速度c即可得出定位主站與定位卡之間的距離。第三步、設定位於定位主站固定一側的另一個定位基站為定位輔站，並測量定位輔站與定位卡之間的距離。通過測量井下定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間t2 (TOF,Time OfFlight),再根據電磁波在空氣中傳播的速度c,通過計算傳播延遲時間t2乘以電磁波在空氣中傳播的速度c即可得出定位輔站與定位卡之間的距離。第四步、定位輔站將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站，定位主站根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。請一併參見圖2和圖3。具體的判斷如下
定義SC為定位卡到定位主站的距離；LC為定位卡到定位輔站的距離。如果SC > LC,則定位卡與定位輔站位於定位主站的同一側,如果SC < LC,則定位卡與定位輔站位於定位主站的不同側。同時規定|SC| < 15米時,認為定位卡在定位輔站附近，不用判斷方向，有效避免出現SC與LC非常接近時出現方向誤判的情況。第五步、定位主站將定位卡的位置通過有線傳給井上伺服器，井上伺服器精確顯示每張定位卡的位置分布圖。井上伺服器的顯示為事故的預防和搶救提供了直觀便利的信息。本發明還具有求救報警功能，井上伺服器的後臺監控程序可以通過有線向定位主站發撤離信號，再由定位主站通過無線轉發到定位卡，定位卡也可以向定位主站發求救信號，再由定位主站上報到井上伺服器的後臺監控程序。礦用定位卡是周期性休眠設備。其中
井上伺服器發撤離信號的具體方法為
1、所述定位卡休眠幾秒鐘喚醒一次，測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，偵聽定位主站是否發撤離信息；在本具體實施例中，可每隔5秒鐘喚醒一次；
2、井上伺服器向定位主站發送撤離信息，再由定位主站通過無線轉發到定位卡；
3、定位卡接收到定位主站的撤離信息後報警提示緊急情況出現。
定位卡發求救信號的具體方法為
1、定位卡向定位主站發送求救信號；
2、定位主站根據定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，判斷是否需要判斷方向，如果需要，再測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，判斷出定位卡的方向，獲取定位卡的位置；
3、定位主站上報定位卡的求救信號和位置至井上伺服器。請參見圖4。本發明一種礦井精確定位系統包括井上伺服器、定位主站、位於定位主站固定一側定位輔站和與所述定位主站及定位輔站採用ZigBee技術進行通信的定位卡。定位主站和定位輔站均為礦井下的一個基站。其中
定位主站和定位卡之間可相互做T0F，即可相互測量井下定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間。定位基站和定位卡之間也可相互做T0F，即可相互測量井下定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間。所述定位輔站測量定位輔站與定位卡之間的距離，並將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站；所述定位主站測量定位主站與定位卡之間的距離，並根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。所述定位主站與定位卡之間的距離是通過測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得；所述定位輔站與定位卡之間的距離是通過測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得。井上伺服器與所述定位主站有線連接，所述井上伺服器接收所述定位主站傳來的定位卡的位置，並精確顯示每張定位卡的位置分布圖。 所述定位卡還包括一向定位主站發送求救信號的求救報警模塊。啟動定位卡上的求救報警模塊後，定位卡向定位主站發送求救信號，並通過定位主站向井上伺服器求救。井上伺服器也可以通過定位主站向定位卡發撤離信息
本發明採用Zigbee技術作為無線瓦斯數據上傳方案，具有低功耗，高可靠，高覆蓋範圍的特點。本發明採用了基於TOF (Time of Flight)的精確定位技術，在井上伺服器可以精確顯示每張定位卡的位置分布圖，為事故的預防和搶救提供了直觀便利的信息。另外本發明還採用了求救撤離報警的設計，定位卡可以通過定位主站向井上伺服器求救，井上伺服器也可以通過定位主站向定位卡發撤離信息。本發明通過定位主站和定位輔站,來精確測定定位卡的位置,而且定位主站與定位卡之間以及定位輔站與定位卡之間均採用ZigBee技術進行通信,使得定位精度非常高，同時又具有低功耗，高可靠，高覆蓋範圍的優點。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種礦井精確定位方法，其特徵在於包括下列步驟 設置若干定位基站和若干與所述定位基站採用ZigBee技術進行通信的定位卡； 設定定位基站中的一個為定位主站，並測量定位主站與定位卡之間的距離； 設定位於定位主站固定一側的另一個定位基站為定位輔站，並測量定位輔站與定位卡之間的距離； 定位輔站將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站，定位主站根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。
2.根據權利要求I所述的礦井精確定位方法，其特徵在於所述礦井精確定位方法還包括定位主站將定位卡的位置通過有線傳給井上伺服器，井上伺服器精確顯示每張定位卡的位置分布圖。
3.根據權利要求I所述的礦井精確定位方法，其特徵在於所述定位主站與定位卡之間的距離是通過測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得；所述定位輔站與定位卡之間的距離是通過測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得。
4.根據權利要求I所述的礦井精確定位方法，其特徵在於所述礦井精確定位方法還包括 所述定位卡休眠幾秒鐘喚醒一次，測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，偵聽定位主站是否發撤離信息； 井上伺服器向定位主站發送撤離信息，再由定位主站通過無線轉發到定位卡； 定位卡接收到定位主站的撤離信息後報警提示緊急情況出現。
5.根據權利要求I所述的礦井精確定位方法，其特徵在於所述礦井精確定位方法還包括 定位卡向定位主站發送求救信號； 定位主站根據定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，判斷是否需要判斷方向，如果需要，再測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，判斷出定位卡的方向，獲取定位卡的位置； 定位主站上報定位卡的求救信號和位置至井上伺服器。
6.—種礦井精確定位系統，其特徵在於所述礦井精確定位系統包括 定位主站、位於定位主站固定一側定位輔站和與所述定位主站及定位輔站採用ZigBee技術進行通信的定位卡；其中 所述定位輔站測量定位輔站與定位卡之間的距離，並將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站；所述定位主站測量定位主站與定位卡之間的距離，並根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。
7.根據權利要求6所述的礦井精確定位系統，其特徵在於所述礦井精確定位系統還包括一與所述定位主站有線連接的井上伺服器，所述井上伺服器接收所述定位主站傳來的定位卡的位置，並精確顯示每張定位卡的位置分布圖。
8.根據權利要求6所述的礦井精確定位系統，其特徵在於所述定位主站與定位卡之間的距離是通過測量定位主站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得；所述定位輔站與定位卡之間的距離是通過測量定位輔站到定位卡之間無線信號的傳播延遲時間，再乘以電磁波在空氣中傳播的速度計算獲得。
9.根據權利要求6所述的礦井精確定位系統，其特徵在於所述定位卡還包括一向定位主站發送求救信號的求救報警模塊
全文摘要
本發明公開了一種礦井精確定位方法，旨在提供一種定位精度高的井下人員定位方法，其包括下列步驟設置若干定位基站和若干與所述定位基站採用ZigBee技術進行通信的定位卡；設定定位基站中的一個為定位主站，並測量定位主站與定位卡之間的距離；設定位於定位主站固定一側的另一個定位基站為定位輔站，並測量定位輔站與定位卡之間的距離；定位輔站將定位輔站與定位卡之間的距離通過無線上報給定位主站，定位主站根據定位主站與定位卡之間的距離以及定位輔站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對定位卡的位置進行精確定位。本發明可用於礦井井下人員的定位。
文檔編號H04W4/02GK102625238SQ201210066499
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者崔榮濤, 文智力, 林建賓, 陳洵 申請人:深圳市翌日科技有限公司