[发明专利]基于LoRa的区域与精确定位相融合的矿井定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于LoRa的区域与精确定位相融合的矿井定位系统及方法，属于人员定位技术领域，本发明要解决的技术问题为如何实现矿井的区域定位和精确定位，同时实现矿用传感器现有数据的采集以及实时获取当前环境参数和矿用传感器信息，采用的技术方案为：其结构包括地面网络系统和井下网络系统，地面网络系统通过光纤连接井下网络系统；井下网络系统包括井下网络交换机、传输分站、采集器、区域定位锚点、UWB定位锚点、LoRa终端设备、人员调度通信定位终端、传感器、监控设备和矿用本安移动电源，地面网络系统通过光纤连接井下网络交换机，井下网络交换机通过光纤连接传输分站。本发明还公开了一种基于LoRa的区域与精确定位相融合的矿井定位方法。

技术领域

本发明涉及人员定位技术领域，具体地说是一种基于LoRa的区域与精确定位相融合的矿井定位系统及方法。

背景技术

矿井当前使用的井下人员定位系统普遍采用的是区域定位技术，定位精度根据采用的无线技术的不同几十米到几百米不等，因无法连续获知人员位置，使得矿井无法进行精细化人员管理工作，随着矿井高产、高效生产需求，井下精确定位需求越来越迫切，井下精确定位系统市场已经形成和发展。

定位采用的无线技术主要包括WIFI、Zigbee、RFID、UWB，算法上基本上都采用TW-TOA测距算法（两路时差法），常州煤科院的KJ69J矿用人员定位管理系统采用zigbee技术实现3米的定位精度，定位精度低，不能满足目前矿井下对人员定位的需求。而辽宁瑞华实业集团高新科技有限公司的KJ98矿井人员与设备管理系统采用WiFi技术实现30厘米的定位精度，定位精度较高但是成本相对较高。

专利号为CN202059580U的专利文献公开了一种井下定位UWB救援系统，包括UWB信号识别卡，通过信号传输系统与该UWB信号识别卡连通的基站，以及与该基站顺次连接的数据传输设备、工控机和显示屏。但是该技术方案中UWB定位标签和UWB定位基站的方式实现定位功能，系统要求两个相邻的基站的间距为50-100米，UWB定位分站部署数量过大，整体部署难度过大，整个系统部署造价太高。

专利号为CN206042382U的专利文献公开了隧道施工人员管理系统，包括由进入隧道人员携带的人员定位信息卡，人员定位信息卡上有RFID定位标签和UWB定位标签；安装在隧道洞内的多个定位基站，根据隧道的实际情况安装，定位基站内设有RFID接收模块和UWB接收模块，与人员定位信息卡上的RFID定位标签和UWB定位标签进行无线通信获取人员定位信息；服务器，通过有线或无线方式与定位基站连接，接收或处理定力基站传来的人员定位信息；第一显示装置，用于显示施工人员的相关信息。该技术方案中人员定位标识卡采用的RFID和UWB进行定位，并通过GSM模块进行实时信息通信，采用RFID实现考勤和路线记录，采用UWB实现精确定位技术，但是在矿井单独部署GSM基站的成本过高。

综上所述，目前矿井井人员定位存在如下问题：

（1）、当前矿井上采用的区域定位，定位仅限于分站附近的定位，无法获得分站与分站间人员的行进路线情况及停留；

（2）、当前采用UWB定位应用中，2D定位普遍采用2个UWB定位锚点，成本较高；

（3）、人员定位系统由于无法将定位信息发送给手持移动终端，无法实现导航功能；

（4）、如何实现矿用传感器现场数据采集工作；

（5）、当前调度室向现场发送调度信息普遍采用有线电话或有线广播进行送达，由于有线电话和有线广播的布置限制，无法达到很全面的覆盖；

（6）、如何简单快捷扩展到工作面的其他测距需求（如进尺测量）；

（7）、当前监控系统与人员定位、瓦斯监控等系统在井下部署时处于独立运行的状态，没法实现分站级的多系统融合；