一种用于煤矿井下的人员接近监测系统及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤矿井下的人员接近监测系统和方法，尤其涉及一种使用超宽带 技术进行煤矿工作面复杂环境下实时人员接近监测的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 煤矿井下大型设备和移动车辆种类繁多，如连采机、梭车、锚杆机、铲车；运输巷道 的各种运输车辆等，正常工作时，环境恶劣，能见度极低，设备司机视角存在很大盲区，经常 出现设备伤人事故，对其他作业人员的人身安全造成极大的安全隐患。
[0003] 所以，很有必要在设备机身上安装一套人员接近安全监测系统，用于探测其一定 范围内存在的人员，当预先设定的区域内有人员进入时，系统可以自动向进入的人员和设 备司机发出预警信号，同时控制移动设备停止运动，从而避免事故发生。
[0004] 在现有技术中，存在多种无线人员定位系统，如CN202111858U、CN202970796U公 开了使用超宽带技术进行全矿井人员定位的系统，其通过在井上和井下布置终端构成传输 网络，以此实现人员定位，但其仅仅实现了人员的绝对定位，并无监测人员同移动设备之间 的相对位置关系，更不能实现根据此相对位置关系控制移动设备的启停，从而不能保证人 员的人身安全。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提出一种用于煤矿井下的基于超宽带技术的人员接近监 测系统，所述人员接近监测系统包括车载部分和人员终端部分，
[0006] 所述车载部分包括中央控制器、光报警单元、设备控制单元和多台锚点设备；所 述中央控制器与所述光报警单元、所述设备控制单元、所述锚点设备通过总线或IO进行通 讯，多台所述锚点安装于移动设备机身周围；
[0007] 所述人员终端部分包括终端定位节点和终端CPU，
[0008] 所述人员终端部分为双天线设计，在人员矿灯处及矿灯电池处均集成天线。
[0009] 优选所述车载部分还包括另外的锚点设备，所述另外的锚点设备设置在车辆的驾 驶室中。
[0010] 优选所述车载部分设置在煤矿井下移动设备上，所述人员终端部分设置在工人矿 灯上。
[0011] 优选所述煤矿井下移动设备包括连采机、锚杆机、梭车。
[0012] 上述的人员接近监测系统的监测定位方法，包括人员定位方法、区域识别方法、决 策控制方法。
[0013] 上述的人员接近监测系统的监测定位方法，
[0014] 当仅有1个锚点探测到人员终端部分时，根据距离信息直接做出决策；当有多于2 个锚点探测到人员终端部分时，中央控制器根据锚点的接收信号强度指示和信号到达时间 差数据对信号进行判别，挑选出距离信息最可靠的2个锚点进行计算；
[0015] 计算包括以下步骤：
[0016] 1)2个锚点测得的活动终端距离分别为rl、r2,以锚点为圆心，rl、r2为半径做圆。 两圆会有2个交点，且2个交点对称分布于线段AB的两侧，由于一侧为机身，该侧的交点可 直接去除；
[0017] 2)根据rl、r2,计算出人员位置距离线段AB、AD的距离分别为dl、d2 ;
[0018] 3) (dl，d2)即为坐标系中的人员终端位置坐标，利用算法对多组数据进行滤波，以 减小测量误差。
[0019] 优选利用人员距离移动设备机身的距离信息进行区域划分，设置成安全区域、报 警区域、停机区域、操作区域。
[0020] 优选判断出设备周围的人员位置后，根据其位置信息对其所属区域进行相应的区 域识别和决策控制：
[0021] 1)终端节点位于报警区域时，控制移动设备和终端节点双向报警；
[0022] 2)终端节点位于停机区域时，控制移动设备和终端节点双向报警，并控制设备立 即停机；若设备未启动，则控制设备不能启动；
[0023] 3)终端节点位于操作区域和安全区域时，系统无动作。
[0024] 本发明的优点在于：将基于超宽带信号飞行时间的测距定位技术应用于掘进工作 面人员定位，反应灵敏；采用矿灯双天线、锚点双收发器、多锚点多算法定位的高可靠性设 计，保证极低的定位误差率；采用模块化设计，布置方便；采用高实时性的算法设计，快速 可靠的对移动设备附近的人员终端进行所属区域识别，根据所属区域进行相应控制决策， 从而保证人员人身安全。
【附图说明】
[0025] 附图1为本发明所述人员接近监测系统的布置结构图；
[0026] 附图2为本发明所述人员接近监测系统的车载部分结构示意图；
[0027] 附图3为本发明所述人员接近监测系统的人员终端部分结构示意图；
[0028] 附图4为本发明所述人员接近监测系统的定位方位示意图；
[0029] 附图5为本发明所述人员接近监测系统的区域识别方法示意图。
【具体实施方式】
[0030] 本发明使用超宽带技术进行煤矿井下的人员定位，超宽带，即UWB (Ultra Wideband)，是一种无载波通信技术，利用纳秒（ns)至皮秒（ps)级的非正弦波窄脉冲传输 数据，由于采用时间调变技术，其传送速度高，而且耗电量相对较低，并有较精确的定位能 力，定位精度可达厘米级。
[0031] 参见附图1，在本实施例中，将连采机机身安装一套人员监测系统。系统基于超 宽带双向信号飞行时间的TW-TOF方法，即双向信号飞行时间，Two-way ranging Time of Flight，通过计量电波信号在活动节点和锚点之间两次飞行所用的时间计算节点间的距 离，利用节点到不同锚点的距离分别做圆，圆的交点即为节点位置使设备工作过程中，能够 实时探测其附近的人员及其他移动设备，并进行准确的定位。
[0032] 人员监测系统包括车载部分和人员终端部分，参见附图2-3。车载部分设置在连采 机上，包括中央控制器、光报警单元、设备控制单元和4-5台锚点设备；中央控制器和光报 警单元、设备控制单元和锚点设备通过总线或IO进行通讯，4台锚点安装于车辆四角，另一 台锚点设备（如果有的话）设置在车辆的驾驶室；人员终端部分同矿用本安型信息化矿灯 一体化设计，将低功耗终端定位节点集成至矿灯电池处，当终端位于移动设备报警或停机 区域内时，终端定位节点和车载部分发生相互通讯以进行定位，终端CPU能够接收中央控 制器报警指令，控制矿灯进行闪烁报警。
[0033] 终端定位方法与区域划分识别方法是本设计中的两项关键问题。首先根据实际需 要灵