[发明专利]一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统及定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统及定位方法，具体应用于矿井监控与通信领域。

背景技术

《国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》(安监总煤装[2010]146号)要求建设完善煤矿井下人员定位系统。发挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用。“应优先选择技术先进、性能稳定、定位精度高的产品，确保准确掌握井下人员动态分布情况和采掘工作面人员数量”。

基于信号到达强度测距的RSS(Received Signal Strength)和基于信号到达时间测距的TOA(Time of Arrival)技术作为基本的精确定位技术，分别利用RSS和TOA的测量值计算出信号的传播距离，应当作为煤矿井下人员定位技术的研究热点和发展方向。

然而煤矿井下环境空间狭小、距离短、有风门、机车等阻挡体、巷道倾斜、巷道表面粗糙等，传输损耗大，会引起电磁波信号的传输过程中的不固定、不可预知的损耗，在人员定位读卡器与人员定位识别卡距离较大时，会出现很大的测距误差。

另一方面，应用TOA技术进行人员定位，受计时器精度的影响，在人员定位识别卡与人员定位读卡器距离较近时，由于信号在该距离上的传播时间小于计时器的时间分辨率，会出现无法实现TOA检测的情况。

根据煤矿井下巷道的实际环境，需要针对巷道内RSS方法和TOA方法各自的特点，结合无线信号的传播特性、误差产生的原理，建立合适的系统和定位方法，实现煤矿井下人员精确定位。

发明内容

本发明提供了一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统及定位方法，采用定向天线、将RSS方法和TOA方法相结合，在RSS方法精确度高但TOA方法可能出现无法检测情况的检测区域采用RSS方法检测出人员定位读卡器和识别卡的距离信息，其他区域采用精确度高的TOA方法检测出人员定位读卡器和识别卡的距离信息、生成并输出包括煤矿井下工作人员身份信息在内的定位信息，实现煤矿井下人员精确定位。

以下对本发明加以论述。

一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统，其特征在于，包括以下模块：

监控模块，用于定位信息的接收、显示、管理、调度，包括监控主机、上位机软件；

传输模块，用于各模块之间信息的传输、处理，包括本质安全型交换机、本质安全型矿用以太网、本质安全型总线；

定位模块，用于煤矿井下人员定位，采用定向天线、利用RSS方法和TOA方法检测、生成并输出包括煤矿井下工作人员身份信息在内的定位信息。

一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统，其特征在于，所述定位模块进一步包括本质安全型人员定位读卡器和本质安全型人员定位识别卡，采用定向天线、利用RSS方法和TOA方法进行煤矿井下人员定位；

所述本质安全型人员定位读卡器，设置于煤矿井下巷道中，作为人员定位检测的锚节点，检测人员及本质安全型人员定位识别卡所在位置、生成并输出包括煤矿井下工作人员身份信息在内的定位信息；进一步包括电源、信号收发器、定向天线、计时器、运算处理器、存储器、本质安全型防爆装置；所述定向天线，对巷道远端即远离井口方向进行信号覆盖；

所述本质安全型人员定位识别卡由煤矿井下工作人员携带，作为人员定位检测的目标节点，存储有所属人员的身份信息；进一步包括电源、信号收发器、全向天线、计时器、运算处理器、存储器、本质安全型防爆装置；

所述本质安全型人员定位读卡器和本质安全型人员定位识别卡的信号收发器，均具有信号发射、接收功率识别和记录功能，所述计时器具有计时和时间记录功能，与所述信号收发器进行信号收发时刻、时间的计量和记录。

一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统，其特征在于，所述定位模块采用定向天线、利用RSS方法和TOA方法进行煤矿井下人员定位，进一步包括以下步骤：

步骤一：所述本质安全型识别卡按照一定的时间间隔T发送送检信号，T单位为秒-s，送检信号中含有卡内存储的煤矿井下工作人员身份信息和信号发射功率值W₁，单位为毫瓦--mw；

步骤二：所述本质安全型人员定位读卡器接收到送检信号，检测送检信号到达功率W₂，单位为毫瓦-mw；