井下精确定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿井中人员的定位和安全，特别是涉及到一种井下精确定位系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济体制改革不断深入，现代化进程不断加快，国家对煤矿安全日益重视，监管力度不断加强，大中型煤矿和众多乡镇小煤矿均已大量装备了煤矿安全监控系统，有效遏制了重大瓦斯爆炸事故的发生。但是，缺乏对井下人员位置信息的监控，目前还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时准确掌握井下人员的分布和作业情况，一旦发生事故，抢险救灾、安全救护的效率低，特别是事故发生后对矿井人员的抢救缺乏可靠的位置信息，严重地制约了抢险救灾的效率，失去最宝贵地抢救时机。安全生产的核心是人的安全。
[0003]近几年，在政府和煤炭企业的共同努力下，我国安全生产形势逐步好转，但重特大事故时有发生.普遍认为安全投入不足，要想使我国煤矿安全状况实现根本性好转，必须对煤矿有限的安全投入进行优化配置，确保投入的科学、合理和高效.因此，安全投入优化配置是煤炭工业持续、健康、稳定发展的主要保证。
[0004]作为地面生产指挥和控制核心部门，实时了解井下人员的流动情况并加以跟踪就显得尤其重要。假如遭遇各种井下事故，如果在最短的时间内能获取事故现场的人员状况(包括人员数量和地理位置)，将为后续救援工作提供主要依据，能在最短的时间内作出准确判断，减少盲目性。
[0005]现有井下系统，井上的管理人员仅仅知道井下人员的大致的地理位置信息，而且也不能实时知道井下人员的信息，所以在出现突发事故时，很多井下人员的位置信息范围太大，大大增加了救援难度，而且人员位置信息有可能是几个小时前的，参考价值大大打了折扣，对救援造成了很大的不便。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供井下精确定位系统及方法，解决矿井上方的管理人员难以实时知晓所有井下人员的位置信息，并且井下人员的位置信息不精确，在出现突发事故后，造成救援艰难的缺陷。
[0007]本发明的目的通过下述技术方案实现:井下精确定位系统，包括:
总控，设置于矿井外端，用于收集和处理井下的信息，以及发送信息到井下；
中转器，间隔设置于矿井中，通过ZigBee无线技术组网，形成信息的传输线路；
移动节点，为井下人员携带，井下人员通过移动节点发送和接受信息。
[0008]上述的总控是设置在矿井上端的控制室，收集到井下人员的位置信息后，发送到监控人员查看，监控人员即可实时知晓井下人员的位置情况，在发生突发事件时，在信号中断后，总控中还保留井下人员在该时的位置信息，便于快速寻找到井下人员。中转器采用ZigBee模块接收和发送无线信息，移动节点发出的无线信号即通过中转器的传递到达总控，因为矿井中的路线都是弯曲的，而且信号穿过矿石后变得非常弱，所以传播距离非常的短，所以移动节点发出的信号，只有附近的中转器能够接收到，然后通过N各中转器转发才可以到达井上，但正因为有这些中转器，和移动节点信号发送范围半径弱的原因，使得上面的总控可以很好地判断移动节点的位置信息，因为中转器的位置是固定的，当中转器接收到移动节点的信息时，会插入其特有的标签，后面的中转器见到该标签就不会再插入标签，所以总控接受到移动节点的信息中，还会含有其附近中转器的标签，总控判断移动节点即在该中转器的附近，即可得到工作人员的位置信息。
[0009]进一步，上述的中转器中设置有摄像头，摄像头采集矿井的图像信息，并发送到总控。总控即通过这些摄像头掌握到井下的环境信息，对井下进行监控，方便井上管理人员发出正确的命令。
[0010]进一步，上述的总控中设置有一个模拟显示屏，模拟显示屏用于显示整个矿井的实时状况图。方便管理人员查看井下人员的位置信息。
[0011]进一步，上述的移动节点上设置有一个显示屏，显示屏用于显示移动节点的位置图。总控也可发送一个地图信息到移动节点，使得持有移动节点的井下人员也可知道其所在矿井的位置，避免迷路。
[0012]进一步，上述的中转器上还设置有信号指示器，中转器会不断要求总控发送返还信息，中转器只有在正常接收到该返还信息时，信号指示器才会显示出正常灯光，当中转器在限定时间内没有接收到返还信息后，会发出报警灯光，使得工作人员知晓，出现了问题，工作人员快速做出判断，逃离矿井。
[0013]进一步，上述的中转器上还设置有信号强度检测仪。信号强度检测仪用于检测中转器接收到移动节点的信号时，该信号的强度，因移动节点的发送信号强度不变，即可得到与移动节点之间距离，方便总控知晓移动节点的精确位置。
[0014]井下精确定位方法，包括以下步骤:
(I)工作人员携带移动节点进入矿井，移动节点会不断发送无线信号出去，无线信号中带有移动节点的标示以及发送信号时的时间戳，该无线信号被其传播范围内的中转器接收到；
(2 )中转器接收到移动节点的信号时，也会在信号中添加该中转器的标示以及接收到信号时的时间戳，然后发送出去，通过多个中转器的传送，最后到达总控，所有中转器在接受到信号时，先分析信号中是否具有其他中转器的标示，如没有则判定信号为初始信号，所述的初始信号即为移动节点或总控发出的还未经中转器转发的信号，中转器会在初始信号中添加自己的标示和接收到信号时的时间戳，该中转器称为第一中转器；
(3)总控接受到信号后，总控中存储有所有中转器的标示、所处地域信息，通过信息中第一中转器的标示，即得到该工作人员所处的大致位置，信号中还含有移动节点发送信号时的时间戳以及第一中转器接收到该信号时的时间戳，通过该时间差，计算出移动节点与第一中转器之间距离，因为移动节点的信号覆盖范围内含有多个中转器，总控通过移动节点与多个中转器之间的距离，计算出该移动节点的精确位置；
(4)中转器中的摄像头会不断扫描其周围的环境情况，中转器在摄像信息中添加自己的标示后，发送出去，经多个中转器，最后到达总控，总控得到信息后，分析出中转器的标示，得到中转器所处的地域，即得到该地域的实时情况；
(5)总控会将所有井下工作人员的位置信息发送到模拟显示屏上显示，方便监控人员知晓井下人员的位置，也会将所有中转器的摄像头得到的信息发送到模拟显示屏上显示，方便监控人员知晓矿井中的信息；
(6)总控还会发送位置信息图给对应的工作人员，工作人员通过其移动节点的显示屏可实时知晓其所在位置，不会迷路，移动节点的显示屏上显示的为标识其位置的矿井图，移动节点在接受到信息时，会对信息进行识别，当该信息中含有总控以及自己的标示时，才读取信息。
[0015]还包括一个突发事故步骤:当出现突发事故时，总控会发出警报信息到所有移动节点，且该警报信息中还含有对应移动节点的最佳逃生路线。
[0016]所述的中转器中设置了信号指示器，中转器会不断发送确认信号到总控，该确认信号中含有其标示，总控接受到中转器的确认信号后，会发送返还信号到该中转器，该返还信号中含有总控和对应中转器的标示，中转器接收到对应的返还信号后，信号指示器会启动绿灯，如在限定时间内接收不到返还信号时，信号指示器即启动红灯，井下人员通过该指不灯，知晓?目号是否畅通。
[0017]还包括一个对时步骤:对时步骤分为主动对时和被动对时，所述的主动对时是指总控会定时发送对时报文到所有的中转器，所有的中转器都知晓接收到总控的信号所消耗的时间，所有中转器通过对时报文的时间加上该消耗时间即得到实际时间，然后进行对时；所述的被动对时是指，中转器中设置有信号强度检测仪，中转器接收到移动节点发出的初始信号时，会计算该初始信号的强度，并将该强度数据一起转发，移动节点发送的信号强度值限定，总控即得到移动节点的信号到达第一中转器时的损耗值，通过计算得到信号传播的距离，即得到移动节点到第一中转器的距离，通过与步骤(3)中的距离对比，可得知中转器的时钟是否准确，如中转器的时间出错，则总控会发出一个对时报文，使得所有中转器进行对时。对时步骤是因为中转器的时间会出现误差，导致总控无法精确地计算出移动节点的位置，正因为这样所以在中转器上还设置了一