[发明专利]一种结合物联网深部精准开采井上下人员定位导航系统

权利要求书

1.一种结合物联网的深部精准开采井上下人员定位导航系统，其特征在于：深部井上下定位导航系统包括导航设备终端、位置服务基站、地面监控指挥系统、井下环境监控设备，所述导航终端设有可视化显示屏、微控制单元、微惯导模块、标签识别定位模块、GPS模块、多传感探测模块、电子地图导航模块、预警模块、通讯模块和电源，所述可视化显示屏、微惯导模块、标签识别定位模块、GPS模块、多传感探测模块、电子地图导航模块、预警模块、通讯模块和电源分别和微控制单元进行连接；

所述导航设备终端的GPS模块用于井上地面卫星信号很强时单独启动GPS模块进行定位；

所述导航设备终端的标签识别定位模块包括一发射器和一天线，用于接收井下定位的绝对坐标信息；其中所述发射器通过天线与井下设置好的位置服务基站进行无线通讯，位置服务基站将接收到的数据及数据到达的时间发送至地面监控指挥系统，由地面监控指挥系统根据接收到的信息进行精确定位，并将精确坐标发送给导航设备终端；

所述导航设备终端的微惯导模块用于辅助计算人员的三维位置信息；在GPS信号较弱时，以前一时刻的GPS定位信息作为初始位置，通过微惯导模块中的惯导系统继续定位；在井下环境中，通过导航设备终端的标签识别定位模块获取绝对三维坐标信息，然后将所获得的三维坐标作为惯导系统的新初始位置，继续进行高精度的定位。

2.根据权利要求1所述的一种结合物联网的深部精准开采井上下人员定位导航系统，其特征在于：所述深部井上下定位导航系统以防爆型手提电脑PC或防爆型移动智能手机作为导航设备终端，通过通讯模块向位置服务基站、地面监控指挥系统进行通讯传输数据。

3.根据权利要求1所述的一种结合物联网的深部精准开采井上下人员定位导航系统，其特征在于：所述深部井上下定位导航系统通过井下环境监控设备和导航设备终端的多传感器探测模块来构建物联网；所述井下环境监控设备和导航设备终端的多传感器探测模块集成了光照传感器、温度传感器、压力传感器、空气质量传感器、瓦斯探测器，对井下环境监控设备和工作人员周围的光亮强度、温度、气压值、空气质量值、瓦斯浓度值的环境指标进行远程的监控，并将所有环境指标通过通讯模块进行共享，让地面人员不用到达井下即可实时掌握井下情况，当区域的环境指标高于国家监管值时，一方面通过导航设备终端的预警模块向井下工作人员报警；另一方面通过通讯模块将井下的具体情况及时反馈到地面监控指挥系统中，并触发预警模块，规划出安全路径，通知井下人员做好撤离或防护准备。

4.根据权利要求1所述的一种结合物联网的深部精准开采井上下人员定位导航系统的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、系统建立之初，在井下的关键位置——拐点、地形点、危险易发点以及井下工人每天必经之路上安置位置服务基站和井下环境监控设备，并记录下对应的精确三维坐标信息作为标识符；

b、在进入矿区后，所述导航设备终端的微控制单元能够通过判断人员所处的是井上环境还是井下环境，自主选择所需的定位模式；

c、所述导航设备终端的GPS模块用于井上地面卫星信号很强时单独启动GPS模块进行定位；

d、所述导航设备终端的标签识别定位模块包括一发射器和一天线，用于接收井下定位的绝对坐标信息；当工作人员携带导航设备终端进入井下时，发射器便发射高频脉冲数据包给位置服务基站，位置服务基站将接收到的数据及数据到达的时间发送至地面监控指挥系统，由地面监控指挥系统根据接收到的时间通过TOA法实现对井下人员、车辆的精确定位，并将精确坐标发送给导航设备终端；天线则接收信息，包括绝对坐标信息和地面向井下人员播发的广播信息；

e、所述导航设备终端的微惯导模块用于辅助计算人员的三维位置信息；在GPS信号较弱时，以前一时刻的GPS定位信息作为初始位置，通过微惯导模块中的惯导系统继续定位；

在井下环境中，通过导航设备终端的标签识别定位模块获取绝对三维坐标信息，然后将所获得的三维坐标作为惯导系统的新初始位置，继续进行高精度的定位；

f、在系统建立之初，将矿区井上下的区域地图、井下巷道环境图通过嵌入式地理信息系统开发平台制作为电子地图，并放入系统中构建为电子地图导航模块，可以实现对电子地图基本的放大、缩小、打开、关闭、旋转、选择、刷新、漫游的基本功能；

g、当启用导航设备终端的标签识别定位模块后，系统将把得到的绝对坐标信息在电子地图上标出并通过可视化显示屏显示，让井上下人员知道当前的位置，让地面人员了解井上下人员的具体分布；

h、进行导航操作时，在电子地图上选择相应的感兴趣点标记，即可获得人员、车辆到感兴趣点的距离，并在电子地图上标出到达感兴趣点的最优路径；当系统发现人员车辆连续偏移最优路径时会发出警报；

i、本系统具有信息查询功能，能够进行距离的量算和对象属性的查询；通过在电子地图上选择感兴趣点，即可通过感兴趣点附近的井下环境监控设备得到温度、压力、空气质量、瓦斯浓度、光亮情况，获得人员、车辆到感兴趣点的距离；

j、构建的物联网根据井下环境监控设备和导航设备终端的多传感器探测模块，对井下环境监控设备周围的光亮强度、温度、气压值、空气质量值、瓦斯浓度值的环境指标进行远程的监控，在发生危险时通过导航设备终端的预警模块及时向井下人员预警，并规划出安全路径，让井下人员做好撤离或防护准备；

k、所述深部井上下定位导航系统在工作人员工作过程中遇到突发危险下，工作人员可迅速按下导航设备终端上的预警模块，其精确坐标立即发送至地面监控指挥系统，由地面监控指挥系统通过通讯模块通知最近的人员进行救援。