专利名称：井下人员定位管理系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电子信息领域，尤其涉及公共安全领域。
背景技术：
我国是煤矿事故的多发国，虽然国家煤矿安全监察局把煤矿安全生产作为工作的 重中之重，但是大中小各级煤矿事故仍然时有发生，究其原委，主要有两个方面的原因第 一，我国的煤矿储存情况较其他国家更为复杂，美国澳大利亚等国的煤矿露天开采率达到 60%以上，中国却只有5%，另外95%属于地下开采，而且大多数矿井深度都超过500米，复 杂的地理条件给安全生产增加很大的难度；第二，与发达国家的煤矿开采工业相比，我国还 处于比较落后的阶段，特别是安全防护设备和技术的落后使得安全生产雪上加霜。《煤矿安 全生产“十一五”规划》中规定“2010年所有矿井完成矿井监测、监控系统，建立完善入井 人员位置监测及考勤系统，强化对入井人员的监督管理。2010年基本形成较为完善的应急 救援体系，加快科技成果转化和科技创新步伐，抓好安全科技示范”。本发明顺应国家大力 倡导安全生产的时代潮流，是矿井开采单位和政府监管部门理想的切合实际的安全防范装 备。目前国内外流行的井下人员管理系统主要是刷卡进门式人员考勤系统，可以监测 通过出入口的矿工的身份和数量，进而了解矿工的大概活动区域，但是不具备监测矿工的 精确位置的功能。本发明提出的矿井井下人员定位管理系统不但具有基本的矿工身份和数 量的管理功能，还具有精度在5米以内的人员定位功能，是真正意义上的矿工精确定位管 理系统。下面简要介绍目前流行的井下人员管理系统的技术和功能特点，以全球500强和 世界最大电子保安产品制造商霍尼韦尔公司于2008年推出的煤矿人员管理系统(KJ297) 为例，此系统主要包括四部分标识卡、读卡器、光电转换器和总控器。其工作原理为，携带 标识卡的矿工经过安放在巷道口或其它位置的读卡器时，读卡器记录下路过矿工的信息， 光电转换器把矿工信息通过光缆传送到总控器，总控器分析获得的数据，统计井下人员的 数量和分布情况，对闯入禁区的人员进行报警。由以上描述可知，霍尼韦尔煤矿人员管理系统主要是人员考勤系统，通过识别标 识卡来记录下进入巷道的矿工，进而判断矿工的活动区域。此系统的工作原理决定了它不 具备提供矿工比较精确的位置信息的能力，在其官方网站的产品介绍上，也找不到任何有 关其定位精确度的描述。与霍尼韦尔的煤矿井下人员管理系统以及目前流行的同类产品相 比，本发明在对矿工定位精确度方面有很大优势，精确度在5米以内。
发明内容
本发明要解决的问题是为井下作业的矿工提供精确的定位服务。本发明具有技术 理论先进、定位精确度高和操作简单等优点。本发明主要包括三部分移动传感器、固定传感器和总控器。移动传感器、固定传感器和总控器都由具有无线电测距功能的Zigbee传感器(简称测距Zigbee)组成。总控 器还包括电脑和显示设备。系统工作原理是，矿工携带移动传感器进入井下巷道进行作业 活动，固定传感器自动识别矿工身份、人数和具体位置(精确度在5米以内)，总控器通过无 线信号获得矿工位置信息，综合处理，实时监控井下矿工位置、记录矿工行动路线和管理矿 工作业。本发明采用的主要技术是在井下使用以到达时间技术为基础的测距Zigbee来测 量和计算矿工的位置。计算方法和公式如下，已知三个固定传感器的坐标分别为(XI，Y1， Zl)，(X2，Y2，Z2)，(Χ3，Υ3，Ζ3)，和三个固定传感器分别到矿工携带的移动传感器的测量距 离(Rl，R2，R3)，欲求此矿工的坐标(X，Y，Ζ)，采用如下计算公式(X-Xl)2+ (Y-Yl)2+ (Z-Zl)2 = Rl2(Χ-Χ2)2+ (Υ-Υ2)2+ (Ζ-Ζ2)2 = R22
(Χ-Χ3)2+ (Υ-Υ3)2+ (Ζ-Ζ3)2 = R32公式1计算矿工坐标公式
图1是霍尼韦尔煤矿人员管理系统图示。图2是本发明系统图示。图3是矿工位置计算方法示意图。图中Anchorl，Anchor2, Anchor3分别代表固 定传感器1、固定传感器2和固定传感器3，它们的坐标分别是(XI，Yl, Zl)，(X2，Y2，Z2)， (X3，Y3，Z3)，携带移动传感器的矿工坐标是(Χ，Υ，Ζ)，固定传感器利用测量无线电的传输时 间来确定其与矿工的距离，利用三个固定传感器测量的距离就能计算出一个交点，这个交 点就是矿工的位置。
具体实施例方式这里以图2系统图示为例，讲述本发明实施方式。系统主要包括三部分移动传感 器、固定传感器和总控器。总控器应被安装在矿井地面上的监控中心内，监控人员通过总控 器的显示界面监视井下矿工工作情况，例如矿工身份、活动位置和矿工数量等。固定传感器 应被安装在井下，为了保证无线信号强度和覆盖范围，应该在巷道中每100米至少安装4个 固定传感器。移动传感器只有火柴盒大小，应该由矿工携带，可以被安装在矿工安全帽上。 固定传感器和移动传感器都是用电池供电，电池寿命在1年以上，无需铺设线路。在开采工作正常进行的时候，总控器可以监视所有携带移动传感器的矿工和施工 设备的位置，不仅为安全生产提供必要信息，还可以通过合理的指挥调度提高矿井开采的 工作效率。一旦预警到危险，指挥中心可以指挥井下矿工合理快速的疏散，还可以在井下坍 塌等事故已经发生的时候记录下矿工最后的位置，为及时搜索和营救提供重要信息。
权利要求
本发明是一种矿井井下人员定位管理系统，采用以到达时间技术为基础的测距Zigbee来测量和计算矿工的位置，使得对井下矿工的定位精度达到5米。
2.根据权利1要求所述的井下人员定位管理系统，其特征在于系统包括三部分移动传感器、固定传感器和总控器。移动传感器、固定传感器和总控 器都由具有无线电测距功能的Zigbee传感器(简称测距Zigbee)组成。固定传感器自动 识别矿工身份、人数和具体位置(精确度在5米以内)，总控器通过无线信号获得矿工位置 信息并进行综合处理，实时监控井下矿工位置、记录矿工行动路线和管理矿工作业。
3.根据权利1要求所述的井下人员定位管理系统，其特征在于本发明利用已知三个固定传感器的坐标和三个固定传感器分别到矿工携带的移动传 感器的测量距离进行定位。固定传感器利用测量无线电的传输时间来确定其与矿工的距 离，利用三个固定传感器测量的距离就能计算出一个交点，这个交点就是矿工的位置。
全文摘要
本发明属于电子信息领域，尤其涉及公共安全领域。本发明提出的矿井井下人员定位管理系统不但具有基本的矿工身份和数量的管理功能，还具有精度在5米以内的人员定位功能，是真正意义上的矿工精确定位管理系统。本发明主要包括三部分移动传感器、固定传感器和总控器。移动传感器、固定传感器和总控器都由具有无线电测距功能的Zigbee传感器(简称测距Zigbee)组成。总控器还包括电脑和显示设备。系统工作原理是，矿工携带移动传感器进入井下巷道进行作业活动，固定传感器自动识别矿工身份、人数和具体位置(精确度在5米以内)，总控器通过无线信号获得矿工位置信息，综合处理，实时监控井下矿工位置、记录矿工行动路线和管理矿工作业。本发明具有技术理论先进、定位精确度高和操作简单等优点。
文档编号G07C11/00GK101968538SQ20091015779
公开日2011年2月9日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者刘彤, 姚戈, 尚景亮, 胡师舜 申请人:姚戈;胡师舜;刘彤