[发明专利]一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统

说明书

本发明提出了一种适用于矿井路径的人员定位方法，包括步骤一，根据矿山采掘工程平面图设置井巷路径的拓扑网络线，形成拓扑网络图；步骤二，在井巷路径的拓扑网络图上设置定位基站安装的坐标位置；步骤三，依据定位基站无线信号的覆盖范围，设置可以相互配合进行定位解算的合理定位基站组合；步骤四，利用超宽带无线通信技术组建无线信息传输及距离测量网络，侦测标识卡与定位基站的距离，形成标识卡测距信息包；步骤五，通过标识卡测距信息包、定位基站的坐标位置、合理定位基站组合、井巷路径的拓扑网络图解算标识卡的坐标值。本发明解决了现有基于无线电的定位技术受环境影响大而导致定位精度下降、成本升高的问题。

技术领域

本发明涉及井巷物体定位技术，具体涉及一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统。

背景技术

井巷物体(人员、车辆等)定位技术主要经历三次技术迭代。

第一代、区域识别的定位技术，原理：定位卡主动式发射无线信号，如在定位基站无线覆盖范围内，则被定位到该定位基站上，如射频识别技术(Radio FrequencyIdentification,简称FRID)。这种定位方法的优点是定位卡及基站成本低，终端耗电低等。缺点是仅实现区域识别，定位精度太差，且抗干扰能力差，不能实现区域全覆盖等。

第二代、接收信号强度指示距离的定位技术，原理：根据定位基站接收到的定位卡信号强弱进行距离计算，如ZigBee、RSSI(即Received Signal Strength Indication信号接收强度测距)、Wifi等。这种定位方法的优点是具备精度定位能力(定位精度提升到3米)，覆盖半径大于等于400米，实现了区域全覆盖等。缺点是成本较高，RSSI抗干扰能力差，定位精度不稳定，不能实现物体的实时跟踪，难以及时动态掌握井下物体分布及作业情况等。造成基于信号强度指示的定位方法不准确的根本原因是井下巷道特殊性及多径衰落，电场衰减与距离不成比例等。

第三代、信号飞行时间测距的定位技术，原理：根据信号飞行时间推算距离，如TOA(Time of Arrival基于传输时间测距)、TDOA(Time Difference of Arrival基于时间差测距)、TWR(Two Way Ranging双程测距)、SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-WayRanging对称双边双程测距)等。TOA通过检测无线电波从定位分站到定位卡的传输时间，乘以电磁波传输速度，计算出定位分站到定位卡之间的距离。这种定位方法的优点是原理简单，定准精度高、抗干扰能力较强等。缺点是要求定位分站与定位卡时钟同步，并计时精确，对硬件要求较高，系统稳定性难于保证。TDOA通过检测定位卡发射的无线电信号达到两邻近定位分站的时间差，乘以电磁波传输速度，计算出定位卡到两邻近定位分站之间的距离差。这种定位方法的优点是降低了硬件的要求，实现了低同步精度下的高精度测距。缺点是需要定位分站之间时钟同步，并计时精确，系统稳定性也难于保证。TWR是TOA测距方法的改进方法，定位分站A发出信号并且记下从发射到接收的时间TA,定位卡B接收到信号并且记录下从接收信号到发送的时间TB。那么可以计算出A、B两个节点之间的距离d＝C*(TA-TB)/2。这种定位方法测距仅与定位卡从接收到测距信号到发送应答信号所用时间TB和定位分站从发送测距信号到收到定位卡应答信号所用时间TA有关，既不需要定位分站与定位卡时钟同步，也不需要定位分站之间时钟同步，更不需要定位卡之间时钟同步，适用于井下物体精确定位。缺点是节点计时时钟晶体存在频率偏差，即存在时钟漂移现象，从而影响定位精度。SDS-TWR是TWR方法的改进方法，定位卡从接收到测距信号到发送应答信号所用时间TM，定位分站从发送测距信号到收到定位卡应答信号所用时间TAM，定位分站从接收到测距信号到发送应答信号所用时间TA，定位卡从发送测距信号到收到定位分站应答信号所用时间TMA，则定位卡与基站之间的距离d＝C*(TAM-TM+TMA-TA)/4。这种定位方法的优点是只要控制定位卡、基站处理时间，误差明显低于TWR算法，同时也不用考虑节点间对时间同步的要求，降低了设备成本，提高了测距精度。缺点是信号在有障碍物的空间内传播时会产生偏移，本方法只考虑了时间同步的误差，并未考虑无线信号在介质传播中产生的偏移，在高误码率的应用场景，系统定位稳定性难于保证。