专利名称：一种矿井精确定位方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿井设备，尤其是涉及一种矿井精确定位方法及系统。
背景技术：
矿井开采作为安全事故频发的重工业，对安全监督管理系统的要求很高。矿井人员的位置监测在矿井生产管理、安全决策、抢险救灾等方面具有举足轻重的作用。目前国内投入使用的矿井位置监测系统一般仅支持对井下人员与设备所处区域范围的查询与统计，区域定位覆盖半径为15 300 m不等。由于无法提供准确实时的位置信息，一旦矿井发生紧急事故灾害，现有区域定位系统将无法为抢险救援提供有效的信息支持。而井下高精度定位系统提供的信息将在判定遇险人员位置、拟定抢险线路、保证救灾安全等方面发挥关键作用，最大限度地挽回人员生命安全和国家财产损失。但是现有的矿井定位系统均存在定位精度不高的缺陷。
发明内容
本发明为了解决现有技术矿井定位系统均存在定位精度不高的缺陷的技术问题，提供了一种矿井精确定位方法及系统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为设计一种矿井精确定位方法，包括下列步骤
设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用ZigBee技术进行通信的定位卡；
设定定位基站中的一个为定位主站，并测量定位主站与定位卡之间的距离；
设定位于定位主站固定一侧的另一个定位基站为定位辅站，并测量定位辅站与定位卡之间的距离；
定位辅站将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站，定位主站根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。所述矿井精确定位方法还包括定位主站将定位卡的位置通过有线传给井上服务器，井上服务器精确显示每张定位卡的位置分布图。所述定位主站与定位卡之间的距离是通过测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得；所述定位辅站与定位卡之间的距离是通过测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得。所述矿井精确定位方法还包括
所述定位卡休眠几秒钟唤醒一次，测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，侦听定位主站是否发撤离信息；
井上服务器向定位主站发送撤离信息，再由定位主站通过无线转发到定位卡；
定位卡接收到定位主站的撤离信息后报警提示紧急情况出现。
所述矿井精确定位方法还包括
定位卡向定位主站发送求救信号； 定位主站根据定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，判断是否需要判断方向，如果需要，再测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，判断出定位卡的方向，获取定位卡的位置；
定位主站上报定位卡的求救信号和位置至井上服务器。本发明还公开了一种矿井精确定位系统，所述矿井精确定位系统包括
定位主站、位于定位主站固定一侧定位辅站和与所述定位主站及定位辅站采用ZigBee技术进行通信的定位卡；其中
所述定位辅站测量定位辅站与定位卡之间的距离，并将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站；所述定位主站测量定位主站与定位卡之间的距离，并根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。所述矿井精确定位系统还包括一与所述定位主站有线连接的井上服务器，所述井上服务器接收所述定位主站传来的定位卡的位置，并精确显示每张定位卡的位置分布图。所述定位主站与定位卡之间的距离是通过测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得；所述定位辅站与定位卡之间的距离是通过测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得。所述定位卡还包括一向定位主站发送求救信号的求救报警模块。。本发明通过定位主站和定位辅站,来精确测定定位卡的位置,而且定位主站与定位卡之间以及定位辅站与定位卡之间均采用ZigBee技术进行通信,使得定位精度非常高，同时又具有低功耗，高可靠，高覆盖范围的优点。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中
图I是本发明矿井精确定位方法的流程 图2是本发明矿井精确定位方法的定位卡的方向判断示意图一；
图3是本发明矿井精确定位方法的定位卡的方向判断示意图二 图4是本发明矿井精确定位系统的原理图。
具体实施例方式本发明用于解决基于接收场强的RSS ( received signal strength)定位方法定位精度不高，环境影响大等问题。本发明基于对称双向到达时间测距，每五秒钟进行一次双向测距数据采集，并通过基站将数据信息实时计算出来。同时通过结合定位辅站到定位卡之间的距离，来判断定位卡的方向。无线传输方面采用Zigbee协议，通过井下矿用基站和定位卡之间进行测距和报警求救信息的传输，并最终通过矿用基站之间的有线网络上报到井上服务器的人机交互界面。在精确定位的同时，还可实现地面监控中心对井下人员管理，井下人员向监控中心求救等辅助功能。
请参见图I。本发明矿井精确定位方法，包括下列步骤
第一步、设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用ZigBee技术进行通信的定位卡。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，主要用于近距离无线连接。因此，采用Zigbee技术作为矿井人员的无线定位及上传数据方案，具有高精度，低功耗，高可靠，高覆盖范围的特点。本发明真是利用定位主站与定位卡之间以及定位辅站与定位卡之间均采用ZigBee技术进行通信，使得定位精度非常高，同时又具有低功耗，高可靠，高覆盖范围的优点。第二步、设定定位基站中的一个为定位主站，并测量定位主站与定位卡之间的距离。通过测量井下定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间tl (TOF,Time OfFlight),再根据电磁波在空气中传播的速度c,通过计算传播延迟时间tl乘以电磁波在空气中传播的速度c即可得出定位主站与定位卡之间的距离。第三步、设定位于定位主站固定一侧的另一个定位基站为定位辅站，并测量定位辅站与定位卡之间的距离。通过测量井下定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间t2 (TOF,Time OfFlight),再根据电磁波在空气中传播的速度c,通过计算传播延迟时间t2乘以电磁波在空气中传播的速度c即可得出定位辅站与定位卡之间的距离。第四步、定位辅站将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站，定位主站根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。请一并参见图2和图3。具体的判断如下
定义SC为定位卡到定位主站的距离；LC为定位卡到定位辅站的距离。如果SC > LC,则定位卡与定位辅站位于定位主站的同一侧,如果SC < LC,则定位卡与定位辅站位于定位主站的不同侧。同时规定|SC| < 15米时,认为定位卡在定位辅站附近，不用判断方向，有效避免出现SC与LC非常接近时出现方向误判的情况。第五步、定位主站将定位卡的位置通过有线传给井上服务器，井上服务器精确显示每张定位卡的位置分布图。井上服务器的显示为事故的预防和抢救提供了直观便利的信息。本发明还具有求救报警功能，井上服务器的后台监控程序可以通过有线向定位主站发撤离信号，再由定位主站通过无线转发到定位卡，定位卡也可以向定位主站发求救信号，再由定位主站上报到井上服务器的后台监控程序。矿用定位卡是周期性休眠设备。其中
井上服务器发撤离信号的具体方法为
1、所述定位卡休眠几秒钟唤醒一次，测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，侦听定位主站是否发撤离信息；在本具体实施例中，可每隔5秒钟唤醒一次；
2、井上服务器向定位主站发送撤离信息，再由定位主站通过无线转发到定位卡；
3、定位卡接收到定位主站的撤离信息后报警提示紧急情况出现。
定位卡发求救信号的具体方法为
1、定位卡向定位主站发送求救信号；
2、定位主站根据定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，判断是否需要判断方向，如果需要，再测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，判断出定位卡的方向，获取定位卡的位置；
3、定位主站上报定位卡的求救信号和位置至井上服务器。请参见图4。本发明一种矿井精确定位系统包括井上服务器、定位主站、位于定位主站固定一侧定位辅站和与所述定位主站及定位辅站采用ZigBee技术进行通信的定位卡。定位主站和定位辅站均为矿井下的一个基站。其中
定位主站和定位卡之间可相互做T0F，即可相互测量井下定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间。定位基站和定位卡之间也可相互做T0F，即可相互测量井下定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间。所述定位辅站测量定位辅站与定位卡之间的距离，并将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站；所述定位主站测量定位主站与定位卡之间的距离，并根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。所述定位主站与定位卡之间的距离是通过测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得；所述定位辅站与定位卡之间的距离是通过测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得。井上服务器与所述定位主站有线连接，所述井上服务器接收所述定位主站传来的定位卡的位置，并精确显示每张定位卡的位置分布图。 所述定位卡还包括一向定位主站发送求救信号的求救报警模块。启动定位卡上的求救报警模块后，定位卡向定位主站发送求救信号，并通过定位主站向井上服务器求救。井上服务器也可以通过定位主站向定位卡发撤离信息
本发明采用Zigbee技术作为无线瓦斯数据上传方案，具有低功耗，高可靠，高覆盖范围的特点。本发明采用了基于TOF (Time of Flight)的精确定位技术，在井上服务器可以精确显示每张定位卡的位置分布图，为事故的预防和抢救提供了直观便利的信息。另外本发明还采用了求救撤离报警的设计，定位卡可以通过定位主站向井上服务器求救，井上服务器也可以通过定位主站向定位卡发撤离信息。本发明通过定位主站和定位辅站,来精确测定定位卡的位置,而且定位主站与定位卡之间以及定位辅站与定位卡之间均采用ZigBee技术进行通信,使得定位精度非常高，同时又具有低功耗，高可靠，高覆盖范围的优点。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种矿井精确定位方法，其特征在于包括下列步骤 设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用ZigBee技术进行通信的定位卡； 设定定位基站中的一个为定位主站，并测量定位主站与定位卡之间的距离； 设定位于定位主站固定一侧的另一个定位基站为定位辅站，并测量定位辅站与定位卡之间的距离； 定位辅站将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站，定位主站根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。
2.根据权利要求I所述的矿井精确定位方法，其特征在于所述矿井精确定位方法还包括定位主站将定位卡的位置通过有线传给井上服务器，井上服务器精确显示每张定位卡的位置分布图。
3.根据权利要求I所述的矿井精确定位方法，其特征在于所述定位主站与定位卡之间的距离是通过测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得；所述定位辅站与定位卡之间的距离是通过测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得。
4.根据权利要求I所述的矿井精确定位方法，其特征在于所述矿井精确定位方法还包括 所述定位卡休眠几秒钟唤醒一次，测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，侦听定位主站是否发撤离信息； 井上服务器向定位主站发送撤离信息，再由定位主站通过无线转发到定位卡； 定位卡接收到定位主站的撤离信息后报警提示紧急情况出现。
5.根据权利要求I所述的矿井精确定位方法，其特征在于所述矿井精确定位方法还包括 定位卡向定位主站发送求救信号； 定位主站根据定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，判断是否需要判断方向，如果需要，再测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，判断出定位卡的方向，获取定位卡的位置； 定位主站上报定位卡的求救信号和位置至井上服务器。
6.—种矿井精确定位系统，其特征在于所述矿井精确定位系统包括 定位主站、位于定位主站固定一侧定位辅站和与所述定位主站及定位辅站采用ZigBee技术进行通信的定位卡；其中 所述定位辅站测量定位辅站与定位卡之间的距离，并将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站；所述定位主站测量定位主站与定位卡之间的距离，并根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。
7.根据权利要求6所述的矿井精确定位系统，其特征在于所述矿井精确定位系统还包括一与所述定位主站有线连接的井上服务器，所述井上服务器接收所述定位主站传来的定位卡的位置，并精确显示每张定位卡的位置分布图。
8.根据权利要求6所述的矿井精确定位系统，其特征在于所述定位主站与定位卡之间的距离是通过测量定位主站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得；所述定位辅站与定位卡之间的距离是通过测量定位辅站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度计算获得。
9.根据权利要求6所述的矿井精确定位系统，其特征在于所述定位卡还包括一向定位主站发送求救信号的求救报警模块
全文摘要
本发明公开了一种矿井精确定位方法，旨在提供一种定位精度高的井下人员定位方法，其包括下列步骤设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用ZigBee技术进行通信的定位卡；设定定位基站中的一个为定位主站，并测量定位主站与定位卡之间的距离；设定位于定位主站固定一侧的另一个定位基站为定位辅站，并测量定位辅站与定位卡之间的距离；定位辅站将定位辅站与定位卡之间的距离通过无线上报给定位主站，定位主站根据定位主站与定位卡之间的距离以及定位辅站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定位卡的位置进行精确定位。本发明可用于矿井井下人员的定位。
文档编号H04W4/02GK102625238SQ201210066499
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者崔荣涛, 文智力, 林建宾, 陈洵 申请人:深圳市翌日科技有限公司