[发明专利]一种井下人员定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下安全监控领域，特别涉及一种基于无线传感器网络的井下人员定位系统和方法。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，但多年以来，煤矿井下的工作环境恶劣，地质环境复杂，一直存在着各种有害气体及不明水体逸出等灾难隐患，并且，我国的开采技术相对落后，井下生产人员素质较低，导致各种矿井的恶性事故不断发生，井下工作人员的生命安全受到严重威胁。随着科学技术的不断进步，人们在井下布设了多种探测系统和监控系统，以便获知井下工作人员的位置，方便在发生矿难时及时开展救援工作以及日常生产中的管理调度。

为实现井下人员的定位，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，它由电子识别卡、巷道询问接收装置和管理调度中心构成。井下工作人员佩戴电子识别卡，识别卡写入员工的电子编号，由矿灯电瓶供电，当识别卡收到巷道询问接收装置的询问信号后，应答发射井下工作人员的编号信号，巷道询问接收装置收到应达的信号传送给管理调度中心，管理调度中心记录该信号和发生的时间。通过多点定位接收可以对井下工作人员进行跟踪定位，有利于调度指挥、安全监督和人员的统计考勤，特别是可以在事故发生时为救援提供人员位置信息。

但是，该发明只能确定井下工作人员的位置在询问装置的接收范围内，而一般的井下无线通信距离都为几十米的数量级，所以该定位系统的定位精度也是几十米的数量级，定位精度很低。另一方面，如果想要提高精度就必须增大询问装置的布设密度，这样会增加定位系统的成本。

现有的井下定位系统大多是采用基于RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术的定位系统，所用的方法也和上述专利类似，都存在定位精度不够、精度受成本限制等问题。

发明内容：

针对现有技术的不足，特别是针对矿井定位技术定位精度不够、精度受成本限制的问题，本发明公开了一种结构简单的井下人员定位系统和一种精确度高，算法简单的定位方法。该系统及方法结合巷道空间的特点，利用有限的参考节点和简单的算法实现实时精确的目标定位，满足了矿井生产调度和灾后及时救援的需要。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

上述系统是一种基于无线传感器网络的井下人员定位系统，包括地面监控中心，传输基站，网关节点，光纤，总线，无线信标节点，训练节点和移动节点。在系统中涉及的井下设备全部是本质安全型设备。上述本发明的定位方法是一种基于模式匹配的人员定位方法。

所述的地面监控中心是一台计算机或者服务器，或者是多台计算机或服务器组成的计算机网络。地面监控中心存储定位模式数据，并从基站接收从井下发来的定位信息，处理定位信息。

所述的传输基站是大型的本质安全型交换机，负责汇聚网关节点通过总线发过来的信息，并通过光纤传输到地面监控中心。

所述的每个网关节点包括：处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源及总线模块。网关节点根据信标节点的布设方式和移动节点的信号覆盖半径布设在巷道壁上，负责接收移动节点发送的定位信息，并将其通过总线传送到传输基站。

所述的信标节点包括：处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源。信标节点在巷道内按区块布设，负责向移动节点发射定位信息，每个信标节点都分配一个所属区块编号和一个在本区块内独有的自身编号。

所述的每个训练节点包括：处理器、存储器、无线收发器、显示器、键盘、电源，键盘用于输入训练节点所在的位置坐标，所以训练节点已知自身位置坐标，训练节点与信标节点配合，生成训练定位模式数据存储在地面监控中心。

所述的每个移动节点包括：处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源，分配有一个独有的编号，与井下工作人员的身份对应。

所述的总线是CAN总线，或局域网总线，或RS-485总线，负责网关节点与传输基站之间的通信；所述的光纤负责传输基站与地面监控中心之间的通信。

所述的井下人员定位系统的网关节点、信标节点和移动节点上添加的传感器，用于测量周围的环境信息，并用与定位数据相同的传输方式，将数据传送到地面监控中心。