[发明专利]一种基于无线WiFi与陀螺仪相结合的井下无线精确定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下无线精确定位技术领域，涉及一种基于无线WiFi与陀螺仪相结合的井下无线精确定位系统及方法。

背景技术

人员定位系统是井下安全避险六大系统的子系统，有助于煤矿复杂环境下作业人员的协同管理和调度，对煤炭安全生产意义重大；当矿难发生时，救援人员可根据井下人员定位信息，迅速了解井下人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率，最大限度地减少灾害损失。

目前，国内外专家已提出把诸如超声波、红外、蓝牙、WiFi、射频识别(RFID)、超宽带(UWB)、ZigBee、辅助GPS等无线通信技术应用到实际定位。其中，针对室内无线定位的特殊要求，出现了光跟踪技术、超声波定位技术、蓝牙技术、RFID技术等典型室内无线定位技术，其对应的定位精度可达几厘米。

与地面、室内情况不同，井下作业和井下环境具有特殊性。井下巷道生产作业地点分散、人员流动性大、工作环境恶劣；无线传输环境具有“有限空间、多介质、密集多径”等特点。当无线信号在弯曲巷道和采掘工作面环境中传输时，根据巷道尺寸、周围障碍物特点，信号传输特性具有多变性，若仍采用基于无线信号强度对移动目标进行定位，会引起较大的定位误差，从而导致定位不准确，这也是目前井下人员定位系统定位精度不高的主要原因。

目前，井下巷道内的电磁信号的传输模型及其对无线定位影响的研究至今还不完善，无法对无线定位精度的提升提供理论上的指导和支持。因此，常用的无线定位技术在面对矿井复杂工作环境情况下，要能够达到实时而准确的定位，还有很多关键技术问题需要解决。

针对煤矿井下特殊的工作环境，国内外所应用的RFID技术、ZigBee技术、WiFi技术等井下定位技术的不足之处主要体现为几个方面：

定位精度不准确，特别是在弯曲巷道、采掘工作面(时变)等场景，定位可靠性和有效性很差，存在严重的漏检、错检问题，而且难以解决；

现有使用的定位系统多数为区域定位，随着信息化矿井建设的推进，迫使区域定位技术向精确定位技术升级；

通信、人员定位子系统各成体系，没有统一的无线端技术方案、接入站点部署等网络平台，系统重复建设，致使资源浪费且效率低下，与工业信息化和矿山物联网发展方向相背离。

经查询中国知识产权网——中外专利数据库服务平台，查到无线定位技术相关研究的发明专利229项，实用新型专利108项，外观设计4项。但是，这些专利主要是针对地面环境的，其中与井下定位相关的专利有86项；而用于煤矿井下的高精度无线定位相关研究的则只有发明专利2项，实用新型专利2项，主要包括：

蓝牙井下无线定位系统(CN200710078442.8)；蓝牙井下无线定位基站(CN200720124162.1)；基于认知的井下无线定位方法(CN200810046191.X)；一种基于WiFi的煤矿井下无线定位系统(CN201320076493.8)，提供了一种基于WiFi的煤矿井下无线定位系统，其基本结构包括地面无线定位系统和井下无线定位系统，地面无线定位系统包括中心交换机、定位服务器、DHCP服务器和管理服务器，其中定位服务器、DHCP服务器和管理服务器均与中心交换机连接，井下无线定位系统包括矿用网络交换机、无线接入点和矿用本安WiFi电话，其中，矿用本安WiFi电话通过无线接入点与矿用网络交换机连接，矿用网络交换机通过井下工业以太网与地面无线定位系统连接；该专利没有明确井下定位精度问题及井下多种综合业务信息的传输问题。与以上已有的专利相比，本发明引入陀螺仪，采用陀螺仪与WiFi相结合的定位技术，能得到很高的定位精度；另外本发明中的一体化无线AP可直接通过光缆或者网线连接，形成一套有线路由，把移动终端传来的数据、语音、视频图像等信息通过各分站间形成的有线路由传到地面调度中心，进而实现井下多种综合业务信息的传输。

综上所述，无线定位技术的相关研究非常活跃，已有各类专利400多项。但是，这些专利主要是针对地面环境的，而针对煤矿井下环境的研究及成果则较少。而本专利着重解决井下人员及移动设备的高精度定位问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于无线WiFi与陀螺仪相结合的井下无线精确定位系统及方法，在针对矿井复杂的工程环境，研究开发无线WiFi技术与陀螺仪技术相结合的精确定位系统，适应一体化基站平台建设的趋势，为煤矿的信息化建设提供支持。其技术方案如下：