一种煤矿井下区域定位方法及装置与流程

本发明涉及矿井安全设备技术领域，特别是涉及一种煤矿井下区域定位方法及装置。

背景技术：

由于长期以来煤炭企业，特别是小型煤矿企业的安全投入明显不足，安全装备缺乏，安全管理手段落后，导致煤矿开采事故日益增多。因此，如果保证煤矿的安全生产已成为煤炭行业的重要问题。煤矿安全最重要的就是保证矿工的生命安全，其中，对于矿工在煤矿井下的具体位置进行准确监测是保证矿工安全的基本前提。

现有的矿井人员定位跟踪系统主要是以标识卡为数据采集单位，完成对矿井人员位置信息的采集等。但是，由于煤矿井下的情况较为复杂，当煤矿井下某处发生坍塌或陷落时，无法及时获取煤矿井下的具体情况，易导致矿井人员被困，且难以组织救援。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种煤矿井下区域定位方法及装置。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

一种煤矿井下区域定位方法，包括以下步骤：

s1：将煤矿井下的空间依次均匀划分成若干个区域；

s2：在煤矿井下每个区域内布设区域定位装置，并对区域定位装置进行标序；

s3：每个区域定位装置周期性地获取煤矿井下所在区域内边界及内部结构物的位置和结构参数，并建立对应区域的三维空间模型；

s4：根据区域定位装置的编号顺序对若干个区域的三维空间模型依次进行组合拼接，得到煤矿井下整体的三维空间模型；

s5：井下人员进入任一区域时，其佩戴的感应元件进入对应区域定位装置的感应区域内，确认井下人员的所处位置。

上述技术方案通过固定设置在煤矿井下的若干个区域定位装置周期性地对煤矿井下的区域进行扫描，获取到煤矿井下实际的三维空间模型，从而更为直观地展示井下工作人员的所处位置以及移动路径，另外，当煤矿井下出现部分坍塌或陷落时，通过实时扫描获取的三维空间模型可直观地展示出具体坍塌位置以及坍塌情况，从而便于确认离井路线和救援路线，提高了井下工作人员的安全性。

作为本发明所述煤矿井下区域定位方法的一种优选方案，其中：步骤s2中，所述区域定位装置通过激光扫描模块对所在区域的边界以及内部结构物进行扫描获取。

作为本发明所述煤矿井下区域定位方法的一种优选方案，其中：步骤s1中，相邻两个区域定位装置的扫描区域存在重叠部分。

上述技术方案通过设置重叠的扫描区域，不仅有效避免了区域定位装置存在扫描盲区的情况，保证三维空间模型的完整性，而且相邻两个区域的三维空间模块可通过重叠部分确定对接部，便于整体三维空间模型的组合拼接。

本发明还公开了一种煤矿井下区域定位装置，包括主控模块、数据采集模块、激光扫描模块、无线通讯模块、rfid模块以及电源模块，所述数据采集模块用于采集所在区域内的环境参数，并传输至所述主控模块，所述激光扫描模块用于扫描所在区域边界以及所在区域内结构物的位置数据，并传输至所述主控模块，所述rfid模块用于在任一rfid电子标签进入感应区域内时获取所述rfid电子标签的信息，并传输至所述主控模块，所述主控模块用于接收所述激光扫描模块传输的数据，并根据数据建立所在区域的三维模型，并通过所述无线通讯模块将所述三维模型数据上传至上位机，所述主控模块还用于接收所述数据采集模块以及所述rfid模块传输的数据，并通过所述无线通讯模块上传至上位机。

作为本发明所述煤矿井下区域定位装置的一种优选方案，其中：还包括用于表明所述煤矿井下区域定位装置对应编号的特性信息模块，所述特性信息模块与所述主控模块连接。

上述技术方案通过在每个区域定位装置内设置特性信息模块，通过特性信息模块可识别区域定位装置的对应编号信息，并根据区域定位装置的布设位置，确定该点的位置信息。

作为本发明所述煤矿井下区域定位装置的一种优选方案，其中：所述特性信息模块为具有唯一特性编号的id芯片。

作为本发明所述煤矿井下区域定位装置的一种优选方案，其中：所述数据采集模块用于采集所在区域内气压、氧气含量以及有害气体含量。

作为本发明所述煤矿井下区域定位装置的一种优选方案，其中：所述有害气体包括一氧化碳、硫化氢和二氧化硫。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过区域定位装置周期性地对煤矿井下的区域进行扫描，获取到煤矿井下实际的三维空间模型，更为直观地展示井下工作人员的所处位置以及移动路径，另外，当煤矿井下出现部分坍塌或陷落时，通过实时扫描获取的三维空间模型可直观地展示出具体坍塌位置以及坍塌情况，便于确认离井路线和救援路线，提高了井下工作人员的安全性。

（2）本发明相邻两个区域定位装置的扫描区域存在重叠部分，可有效避免相邻两个区域定位装置之间存在一定的扫描盲区，同时，由于扫描区域存在一定的重叠部分，因此相邻两个三维空间模型在组合拼接时可通过将相同结构部分重叠对接，即可确定对接方向和对接间隙，便于整体三维空间模型的组合拼接。

（3）本发明中区域定位装置周期性地采集数据并上传，在完成一次数据采集以及传输后会立即进入低功耗的休眠状态，有效节约能源，延长了其运行时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的煤矿井下区域定位方法的步骤示意图；

图2为本发明提供的煤矿井下区域定位装置的系统框架图。

具体实施方式

为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。

本实施例提供了一种煤矿井下区域定位方法，包括以下步骤：

s1：将煤矿井下的空间依次均匀划分为若干个连续的区域；

s2：在煤矿井下每个划分的区域内布设一个区域定位装置，并对区域定位装置进行编号标序；

s3：每个区域定位装置周期性地获取煤矿井下所在区域内边界及内部结构物的位置和结构参数，并建立对应区域的三维空间模型；

s4：根据区域定位装置的编号顺序对若干个区域的三维空间模型依次进行组合拼接，得到煤矿井下整体的三维空间模型；

s5：井下人员进入任一区域时，其佩戴的感应元件进入对应区域定位装置的感应区域内，确认井下人员的所处位置。

每个区域定位装置对所在区域的边界和内部结构进行扫描后建立对应区域的三维空间模型，然后将若干个三维空间模依次拼接组合后形成煤矿井下整体的三维空间模型。当井下人员进入某一区域时，对应区域内的区域定位装置可获取井下人员的位置信息，从而将井下人员的位置具体地反应在煤矿井下的三维空间模型中，且可明确获取井下工作人员的工作路径，从而便于对井下工作人员进行管理。另外，当煤矿井下出现部分坍塌或陷落时，通过实时扫描获取的三维空间模型可直观地展示出具体坍塌位置以及坍塌情况，从而便于确定井下工作人员的离井路线和救援路线以及具体防护补救措施，提高了井下工作人员的安全性。

需要说明的是，每个区域定位装置内均设置有激光扫描模块，区域定位装置通过激光扫描模块来对所在区域的边界和内部结构物进行扫描，作为建立三维空间模型的数据依据。另外，煤矿井下划分的相邻两个区域内的区域定位装置，其内部激光扫描模块的扫描区域存在一定的重叠部分，通过设置该重叠部分可有效避免相邻两个区域定位装置之间存在一定的扫描盲区，保证三维空间模型的完整性，同时，由于扫描区域存在一定的重叠部分，因此相邻两个区域建立的三维空间模型之间也会存在一定的相同结构部分，这样这两个三维空间模型在组合拼接时通过将该相同结构部分重叠对接，即可确定对接方向和对接间隙，便于整体三维空间模型的组合拼接。

另外，本实施例还提供了一种煤矿井下区域定位装置，包括主控模块、数据采集模块、激光扫描模块、无线通讯模块、rfid模块以及电源模块。数据采集模块用于采集所在区域内的环境参数，并传输至主控模块。激光扫描模块用于扫描所在区域边界以及所在区域内结构物的位置和结构参数，并传输至主控模块。rfid模块用于在任一井下工作人员携带的rfid电子标签进入感应区域内时获取该rfid电子标签的信息，并传输至主控模块。主控模块用于接收激光扫描模块传输的数据，并根据数据建立所在区域的三维模型，并通过无线通讯模块将所述三维模型数据上传至上位机。主控模块还用于接收数据采集模块以及rfid模块传输的数据，并通过无线通讯模块上传至上位机。电源模块则为其余模块进行供电。

其中，数据采集模块具体包括用于测量煤矿井下气压的气压传感器、用于测量煤矿井下氧气含量的氧气含量测定器以及用于测量煤矿井下有害气体含量的测定器。在本实施例中，有害气体包括一氧化碳、硫化氢和二氧化硫，即在数据采集模块中包括一氧化碳含量测定器、硫化氢含量测定器以及二氧化硫含量测定器。通过数据采集模块对上述数据参数进行测定，然后传输至主控模块后，主控模块可根据实际测得的数据参数与各项标准参数范围进行对比，判断是否处于正常参数范围内，进而判断煤矿井下工作环境是否正常。

另外，在每个煤矿井下区域定位装置内还设置有特性信息模块，该特性信息模块与主控模块电连接。该特性信息模块用于表明该区域定位装置的对应编号。由于区域定位装置在布设时是依次布设，因此通过获取某一区域定位装置的对应编号即可获取该区域定位装置所在点的位置信息。在本实施例中特性信息模块为具有唯一特性编号的id芯片，该id芯片可根据需要调节具体id。

在每个煤矿井下区域定位装置内还设置有时钟模块，通过设置该时钟模块可实现该区域定位装置周期性地工作，且可通过调节该时钟模块来调节工作间歇的时间。在本实施例中，区域定位装置内的各个工作模块在完成一次数据采集和传输后，会进入休眠状态30~60s，即低功耗运行，这样使区域定位装置的运行时间更长，可达数月。

需要说明的是，本实施例中采用的主控模块、数据采集模块、激光扫描模块、无线通讯模块、rfid模块以及电源模块均为现有的功能模块，本实施例未对其内部软件进行改进。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。