[发明专利]一种煤矿井下人员定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于无线通信定位技术领域，更具体地，涉及一种煤矿井下人员定位方法及装置。

背景技术

随着煤炭行业的不断发展，煤炭企业对生产管理和生产安全的需求也日益提升，其中对煤矿井下人员的有效定位，不但利于提升管理质量，更是对安全生产以及事故救援的可靠保障。由于井下无法接受GPS信号，不能采用GPS系统解决人员定位问题，目前通常采用RFID定位或Zigbee定位来实现井下人员的定位。这两种定位方式均属无线信号定位，需要预先在矿井内的通道口和其他关键点安放定位传感器，人员携带定位标签进入井下，当进入到定位传感器的感应区域时，启动相应的处理方式判断人员所处的位置。

具体而言，RFID定位技术的定位传感器为射频读卡器，定位标签为射频卡，当人员经过射频读卡器的读取范围时，射频读卡器对射频卡进行读取，记录卡内信息完成人员行踪记录。RFID定位技术的算法简单，但存在以下缺点：其定位精度与射频读卡器的安置密度成正比，提高精度的成本较高；射频卡的读取速度有限，多人同时经过射频读卡器时，会出现漏检情况；此外，射频读卡器的读取范围有限，射频卡的方向与射频读卡器的天线放置需要满足一定的匹配关系，灵活性低。

Zigbee定位技术的定位传感器和定位标签均为Zigbee节点，利用Zigbee网络的自组网功能，人员佩带的标签节点自动加入井下预先安放的Zigbee参考节点所组成的网络中。标签节点测量到不同参考节点的信号强度，换算成距离，并根据特定算法计算出自身的位置。然而，由于井下环境复杂，干扰源众多，信号强度的波动很大，信号强度与距离的对应准确率低，造成最终定位效果的不稳定。因此，在相关领域中亟需更为完善、便于操控的定位方式，以便在煤矿井下这种复杂环境中实现对其人员的精确定位。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种煤矿井下人员定位方法及装置，其中基于惯性导航技术，能够在煤矿井下环境中提供高精度和高可靠性的人员定位；此外通过对定位对象执行步姿判断并执行零速修正处理，能够显著减少惯性导航采样过程中的噪声，降低误差，充分发挥Zigbee网络在煤矿井下环境中的良好应用。

按照本发明的一个方面，提供了一种用于对煤矿井下人员执行自动化定位的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）对作为定位对象的井下人员实时检测当前的三轴加速度和三轴角速度以及当前所处地点的磁场强度；

（b）周期性采集上述检测数据，然后利用这些检测数据计算得出定位对象在各个采集周期内包括运动速度及相对位置在内的定位信息；

（c）将步骤（b）计算得出的定位信息经由Zigbee无线传输网络发送至地面监控系统予以存储和实时显示，由此完成对煤矿井下人员的定位过程。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，当开始采集所述检测数据之后，首先对其执行去噪处理，然后通过互补滤波方式计算得出所述定位信息：

（a1）利用检测数据中的当前三轴加速度，推算得出定位对象当前的俯仰角和横滚角；

（a2）利用检测数据中的当前三轴角速度，再次推算得出定位对象当前的俯仰角和横滚角，然后结合步骤（a1）所得出的俯仰角和横滚角执行修正，由此获得俯仰角修正值和横滚角修正值；

（a3）利用检测数据中的当前所处地点磁场强度与所述俯仰角修正值和横滚角修正值进行数据融合，计算出定位对象当前的偏航角；然后结合当前三轴角速度数据执行修正，由此获得偏航角修正值；

（a4）再次利用检测数据中的当前三轴加速度，并结合通过步骤（a2）和（a3）所获得的俯仰角、横滚角和偏航角三者修正值，计算得出定位对象包括运动速度及相对位置在内的初始定位信息；

（a5）重复执行上述步骤（a1）～（a4），并结合上一周期的定位信息来计算当前周期的定位信息，由此获得定位对象在各个采集周期内的定位信息。

作为进一步优选地，对于上述计算定位信息的过程，基于定位对象的步姿判断来执行下列优化处理：

当利用检测数据中的当前三轴加速度推算得出定位对象的当前俯仰角之后，首先按照此俯仰角将定位对象的步行周期划分为加速-减速-零速三个阶段，然后通过步骤（a2）～（a4）分别计算得出对应的定位信息，其中对于划分为加速或减速阶段的，保留其对应的定位信息不变；而对于划分为零速阶段的，将其对应的运动速度执行归零处理，其相对位置信息保持不变。