[发明专利]一种井下定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿井安全监控领域，特别是涉及一种基于无线通信的井下定位系统及方法。 

背景技术

多年以来，矿井的井下工作环境恶劣，存在地质环境复杂、各种有害气体及不明水体逸出情况，导致各种矿井的恶性事故不断发生，严重威胁着井下工作人员的安全。 

为了保证矿井下人员的安全，随着科学技术的进步，人们开始在矿井下布设多种人员探测系统以及监控系统，以便能够确定矿井下的工作人员的确切位置，能够大大加快救援的进度，使得有可能营救出更多的人员，把损失降到最低的限度。 

但是，现有的矿井的工作人员流动性很大，工作环境很复杂，一旦矿井下的意外事故发生，井下工作人员的确切数量、每个人所处的具体位置都很难确定，仍然给营救工作带来极大的困难，导致救援进展缓慢，并常常会延误营救的最佳时机，造成严重的后果。 

为克服这一问题，中国专利申请01122258.1公开了一种井下人员智能定位安全管理系统，它由员工电子识别卡、巷道询问接收装置和管理调度中心构成。该员工电子识别卡写入了员工的电子编号，由矿灯电瓶供电，当其收到巷道询问接收装置的询问信号后，应答发射被写入的信号，巷道询问接收装置收到应答信号后传送给管理调度中心，以记录下这一信号和发生时间。其通过多点定位接收可以对井下人员进行跟踪定位，有利于调度指挥、安全监督、人员统计，特别是事故发生后的救援。 

但是，由于矿井下面环境复杂，难以采用无线信号强度来计算通信距离，只能认为接收到员工所携带的电子识别卡的应答信号的询问装置所在的位置就是该员工所在的位置，而一般井下无线通信距离为几十米的数量级，如果相应的巷道里询问装置的距离也是几十米的数量级，则定位系统的定位精度也只是几十米的数量级，定位精度不够高。而如果靠增加询问装置的密度来提高定位精度，将一方面增加定位系统的成本，另一方面，询问装置需要有线网络接入和有线供电，井下有线网络资源以及供电能力有限，也难以为密集的询问装置提供网络和能源。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下定位系统及方法。其采用三层无线网络的方式，来克服井下环境对无线信号的干扰，实现低成本、高精度的定位。 

为实现本发明目的而提供的一种井下定位系统，包括地面控制台，多个网关，数据传输线，总线，以及根据矿井的结构及工作环境，布设配置的多个接收节点、多个无线信标和多个移动节点，其中： 

所述地面控制台记录每个接收节点和无线信标位置，并从网关接收井下发送上来的定位信息，处理定位信息； 

网关负责数据在不同网络间转换； 

所述接收节点收集移动节点定位信息；所述每个接收节点分配一个独有的数字编号，用无线的方式接收移动节点发送的定位数据，再将该数据解析后附加上接收节点自身的数字编号并打成数据包，再把数据包通过总线转发给网关； 

所述每个无线信标分配一个独有的数字编号，每隔一段时间向周围广播一次它的数字编号； 

所述每个移动节点分配有一个独有的数字编号，接收无线信标发送的数字编号，并记录接收到的无线信标的数字编号以及无线信标的信号强度，移动节点，每隔一段时间把它的数字编号以及它这段时间内接收到的无线信标的数字编号以及信号强度按照预设格式发送给接收节点。 

所述地面控制台包括一控制模块，用于将移动节点通过网关传输上来的定位数据解码后储存到数据库中，同时配合数据库中存储的各个接收节点和无线信标的位置信息，计算出移动节点的位置。 

所述网关中，井上的网关接收数据传输线传送上来的数据，并把数据发送给地面控制台；井下的网关接收总线传送上来的数据，并把数据通过数据传输 线发送到地面上的网关。 

所述总线为CAN总线，或者局域网总线，或者RS-485总线；所述数据传输线为光纤，或者同轴线，或者网络线。 

所述的井下定位系统，还包括在接收节点或者移动节点上添加的传感器，用于测量相应的传感数据，并采用和定位数据相同的传输方式，将数据传送到地面控制台。 

所述接收节点包括第一处理器，无线接收器，第一编号存储器，CAN总线模块及电源接口； 

所述无线信标包括第二处理器，第二编号存储器，无线发射器，以及电池； 

所述移动节点包括第三处理器，第三编号存储器，无线收发器，以及电池。 

为实现本发明目的还提供一种井下定位方法，包括下列步骤： 

步骤A，根据矿井的结构及工作环境，布设配置接收节点，无线信标，以及移动节点；