专利名称：一种井下人员的定位方法、系统及装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及通信技术，特别是涉及一种井下人员的定位方法、系统及装置。
背景技术：
井下定位可以提供井下人员的数量、位置、分布情况和每个人员任意时刻所在的 位置及各时间段的活动轨迹。因此在矿井发生事故时，井下定位可以为事故处理和救援工 作提供可靠的数据依据，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。一种定位方法是 0TD0A(Observed Time Difference Of Arrival,抵达时间差) 定位技术，又称为双曲线定位，它是通过检测两个基站信号到达的时间差来确定UE(User Equipment，用户设备)位置的，UE位于以两个基站构成的双曲线上。具体定位原理的如 下根据UE从两个不同基站上接收到的信号到达时间和两个基站下行信号实际发送时间， 可以确定UE所在的一个双曲线；再测量一对基站的信号，确定另一个双曲线，两个双曲线 的交点就是UE所在的位置。但是，这种定位方法的精度与时间差精度、发射机地理位置精度密切相关，另外无 线传播的多径效应也会对定位精度造成影响。因此0TD0A方法达不到定位业务的精度要 求，并且不适合井下定位。现有的一种井下定位方法是RFID (Radio Frequency Identification,射频识别) 技术，又称电子标签。包括标签、阅读器和天线。井下人员佩戴标签，在井下人员通过阅读 器时可以进行记录，但是这种定位方法仅可以获知井下人员的大致的行进路线，并不能准 确的获取到人员在井下的位置，定位精度比较低。
发明内容
本申请提供了一种井下人员的定位方法、系统及装置，以解决现有的井下定位方 法定位精度比较低的问题。为了解决上述问题，本申请公开了一种井下人员的定位方法，包括接收定位服务器发送的定位请求；通过井下基站对用户设备发送测量控制请求，用户设备接收到所述测量控制请求 后向井下基站返回用户设备数据；接收井下基站发送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户设备数据和基站数 据；根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，并生成位置信息发送给 定位服务器。优选的，所述用户设备数据为时间提前量，所述基站数据为接收时差，所述根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，包括根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备的位置。
优选的，所述根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间，包括计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算结果；将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作为传输时间。优选的，所述基站数据还包括信号到达角度，所述的方法还包括根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。优选的，所述通过井下基站对用户设备发送测量控制请求，包括通过井下基站检测用户设备的模式；针对处于空闲模式的用户设备，井下基站发起寻呼消息，通过所述寻呼消息建立 所述用户设备与井下基站的连接，使所述用户设备处于连接模式；针对处于连接模式的用户设备，井下基站发送測量控制请求。优选的，根据定位请求中的定位报告周期，周期性的接收井下基站发送的測量数 据。优选的，在用户设备切換小区时，接收井下基站发送的測量数据。优选的，所述的方法还包括定位服务器根据接收的位置信息生成用户定位数据表；根据用户定位数据表显示所述用户设备的位置。相应的，本申请还公开了ー种井下人员的定位系统，包括定位服务器、定位装置、 井下基站和用户设备，其中所述定位装置，包括接收请求模块，用于接收定位服务器发送的定位请求；第一发送模块，用于通过井下基站对用户设备发送测量控制请求；接收数据模块，用于接收井下基站传送的測量数据，其中，所述测量数据包括用户 设备数据和基站数据；第二发送模块，用于根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，并 生成位置信息发送给定位服务器。所述用户设备，用于接收到所述测量控制请求后向井下基站返回用户设备数据。优选的，所述用户设备数据为时间提前量，所述基站数据为接收时差，所述第二发 送模块，包括传输时间计算子模块，用于根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；位置计算子模块，用于将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备 的位置。优选的，所述传输时间计算子模块，包括第一计算单元，用于计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算結果；第二计算单元，用于将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作 为传输时间。优选的，所述基站数据还包括信号到达角度，所述传输时间计算子模块，还包括修正単元，用于根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。优选的，所述井下基站包括检测模块，用于检测用户设备的模式；
寻呼模块，用于针对处于空闲模式的用户设备，发起寻呼消息，通过所述寻呼消息 建立所述用户设备与井下基站的连接，使所述用户设备处于连接模式；发送请求模块，用于针对处于连接模式的用户设备，发送测量控制请求。优选的，所述接收数据模块，还用于根据定位请求中的定位报告周期，周期性的接 收井下基站发送的测量数据。优选的，所述接收数据模块，还用于在用户设备切换小区时，接收井下基站发送的 测量数据。优选的，所述定位服务器包括生成模块，用于根据接收的位置信息生成用户定位数据表；显示模块，用于根据用户定位数据表显示所述用户设备的位置。相应的，本申请还公开了一种井下人员的定位装置，包括接收请求模块，用于接收定位服务器发送的定位请求；第一发送模块，用于通过井下基站对用户设备发送测量控制请求；接收数据模块，用于接收井下基站传送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户 设备数据和基站数据；第二发送模块，用于根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备所处的位 置，并生成位置信息发送给定位服务器。优选的，所述用户设备数据为时间提前量，所述基站数据为接收时差，所述第二发 送模块，包括传输时间计算子模块，用于根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；位置计算子模块，用于将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备 所处的位置。优选的，所述传输时间计算子模块，包括第一计算单元，用于计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算结果；第二计算单元，用于将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作 为传输时间。优选的，所述基站数据还包括信号到达角度，所述传输时间计算子模块，还包括修正单元，用于根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。与现有技术相比，本申请包括以下优点首先，本申请接收定位服务器发送定位请求，通过井下基站发送测量控制请求，用 户设备接收到所述测量控制请求后向井下基站返回用户设备数据。然后接收基站传送的测 量数据，其中，所述测量数据包括用户设备数据和基站数据，根据所述用户设备数据和基站 数据计算用户设备所处的位置，并生成位置信息发送给定位服务器。本申请通过基站传送 的测量数据，可以获知用户设备所处的位置，多次通过基站传送的测量数据就可以获知井 下人员的行进线路，能够比较准确的获取到人员在井下的位置，定位精度较高。其次，本申请可以根据定位请求中的定位报告周期，周期性的接收井下基站传送 的测量数据；并且在用户设备切换小区时，接收井下基站传送的测量数据。因此可以实时的 获取用户设备的测量数据，获取人员在井下的位置。再次，本申请可以显示出人员在井下的位置，一旦矿井发生透水、坍塌或火灾等突发事故，可根据人员分布情况提供最佳的逃生路线，并可快速检索井下人员的最后时刻位 置，给救援人员提供相应信息，为营救争取宝贵时间。管理者可随时观看大屏幕或电脑上 的井下人员及设备活动情況，并可查看任意区域、任何班组个人的信息状況，并进行报表打 印，历史数据查询，为管理带来极大的方便。
图I是本申请实施例所述ー种井下人员的定位方法流程图；图2是本申请优选实施例所述ー种井下人员的定位方法流程图；图3是本申请实施例所述ー种井下人员的定位系统结构图；图4是本申请优选实施例所述ー种用户设备的定位系统结构图；图5是本申请实施例所述ー种用户设备的定位装置结构图。
具体实施例方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本申请作进一步详细的说明。现有技术中的ー种井下定位方法射频识别技术，包括标签、阅读器和天线。井下人 员佩戴标签，在井下人员通过阅读器时可以进行记录，但是这种定位方法仅可以获知井下 人员的大致的行进路线，并不能准确的获取到人员在井下的位置，定位精度比较低。本申请提供了ー种井下人员的定位方法，通过基站传送的測量数据，可以获知用 户设备所处的位置，多次通过基站传送的測量数据就可以获知井下人员的行进线路，能够 比较准确的获取到人员在井下的位置，定位精度较高。參照图1，给出了本申请实施例所述ー种井下人员的定位方法流程图。步骤11，接收定位服务器发送的定位请求；首先定位服务器可以发送定位请求给定位装置，所述定位装置可以是网络控制 器，则所述定位装置可以接收到所述定位请求。步骤12，通过井下基站对用户设备发送测量控制请求，用户设备接收到所述测量 控制请求后向井下基站返回用户设备数据；所述定位装置可以首先发送测量请求给井下基站，其中所述测量请求的请求内容 包括针对井下基站的测量请求和针对用户设备的测量请求。然后井下基站会发送测量控制请求给用户设备，用户设备接收到所述测量控制请 求后可以执行测量的操作，获取到相应的用户设备数据，并返回给井下基站。井下基站可以接收到用户设备返回的用户设备数据，并且井下基站可以执行测量 的操作，获取到相应的基站数据。步骤13，接收井下基站传送的測量数据，其中，所述测量数据包括用户设备数据和 基站数据；然后井下基站可以将所述用户设备数据和基站数据共同构成测量数据，发送给定 位装置，对应定位装置可以接收到井下基站发送的測量数据。步骤14，根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，并生成位置信 息发送给定位服务器。
然后，可以根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，对应生成位 置信息，然后发送给定位服务器。综上所述，本申请接收定位服务器发送定位请求，通过井下基站发送测量控制请 求，用户设备接收到所述测量控制请求后向井下基站返回用户设备数据。然后接收基站传 送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户设备数据和基站数据，根据所述用户设备数据 和基站数据计算用户设备所处的位置，并生成位置信息发送给定位服务器。本申请通过基 站传送的测量数据，可以获知用户设备所处的位置，多次通过基站传送的测量数据就可以 获知井下人员的行进线路，能够比较准确的获取到人员在井下的位置，定位精度较高。在上述实施例的基础上，所述用户设备数据为时间提前量，所述基站数据为接收 时差，步骤14中，所述根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，包括步骤141，根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；假设时间提前量为TADV，接收时差为RXTD，可以根据时间提前量TADV和接收时差 RXTD计算传输时间T。具体包括步骤1411，计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算结果；假设第一计算结果为C，则C = [Tm/8~ (RXTD/16-16) ] /2 = Tadv/16_RxTD/32+8 (chip)其中，chip为码片，是有用/[目号扩频后的最小单位。通过上述的方法可以获知码片的数量。步骤1412，将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作为传输时 间。通过码片的数量除以码片的速率，就可以获知传输时间，其中，码片的速率为 1. 28*106chip/s，则T = C/(l. 28*106)s步骤142，将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备的位置。其中，光速为3. 0*108，则通过传输时间和光速，就可以获知用户设备和基站的距 离为D = T*3.0*108m则在实际处理中，计算得到用户设备和基站的距离后，还可以上报基站标识，根据 基站标识和所述用户设备和基站的距离，可以获得用户设备在井下的位置，即井下人员的 位置。由于在实际的环境中，会存在射频时延、反射和绕射等情况，因此可以通过设置开 关进行控制，得到比较精确的结果。优选的，所述基站数据还包括信号到达角度，所述的方法还包括根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。所述基站数据还包括信号到达角度(AOA，Angle of Arrival)。可以根据信号到 达角度对上述的第一计算结果C进行修正。C = [TADV/16-RJD/32+8] / (1+sin 3 ) (chip)
实际处理中，由于在井下为直线传播，因此所述信号到达角度P通常为0或90。 其中，当用户设备接近井下基站时，信号到达角度的方差比较大，发送的测量数据比较大， 需要将所述测量数据进行缩小；当用户设备远离井下基站时，信号到达角度的方差比较小， 此时不需要调整发送的测量数据。实际处理中，可以首先获取到时间提前量TADV和接收时差RXTD相应的编号，根据对 应的映射表转换成有效数据。1. UE的测量值时间提前量Tadv，映射关系如表1 :
权利要求
1.一种井下人员的定位方法，其特征在于，包括接收定位服务器发送的定位请求；通过井下基站对用户设备发送测量控制请求，用户设备接收到所述测量控制请求后向 井下基站返回用户设备数据；接收井下基站发送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户设备数据和基站数据； 根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，并生成位置信息发送给定位 服务器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户设备数据为时间提前量，所述基 站数据为接收时差，所述根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，包括根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述时间提前量和接收时差计 算传输时间，包括计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算结果；将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作为传输时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基站数据还包括信号到达角度，所述 的方法还包括根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过井下基站对用户设备发送测量 控制请求，包括通过井下基站检测用户设备的模式；针对处于空闲模式的用户设备，井下基站发起寻呼消息，通过所述寻呼消息建立所述 用户设备与井下基站的连接，使所述用户设备处于连接模式；针对处于连接模式的用户设备，井下基站发送测量控制请求。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据定位请求中的定位报告周期，周期性的接收井下基站发送的测量数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在用户设备切换小区时，接收井下基站发送的测量数据。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括定位服务器根据接收的位置信息生成用户定位数据表；根据用户定位数据表显示所述用户设备的位置。
9.一种井下人员的定位系统，其特征在于，包括定位服务器、定位装置、井下基站和 用户设备，其中所述定位装置，包括接收请求模块，用于接收定位服务器发送的定位请求；第一发送模块，用于通过井下基站对用户设备发送测量控制请求；接收数据模块，用于接收井下基站传送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户设备 数据和基站数据；第二发送模块，用于根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，并生成 位置信息发送给定位服务器。所述用户设备，用于接收到所述测量控制请求后向井下基站返回用户设备数据。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述用户设备数据为时间提前量，所述 基站数据为接收时差，所述第二发送模块，包括传输时间计算子模块，用于根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；位置计算子模块，用于将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备的位置。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述传输时间计算子模块，包括 第一计算单元，用于计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算结果； 第二计算单元，用于将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作为传输时间。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述基站数据还包括信号到达角度，所 述传输时间计算子模块，还包括修正单元，用于根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述井下基站包括检测模块，用于检测用户设备的模式；寻呼模块，用于针对处于空闲模式的用户设备，发起寻呼消息，通过所述寻呼消息建立 所述用户设备与井下基站的连接，使所述用户设备处于连接模式；发送请求模块，用于针对处于连接模式的用户设备，发送测量控制请求。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述接收数据模块，还用于根据定位请 求中的定位报告周期，周期性的接收井下基站发送的测量数据。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述接收数据模块，还用于在用户设备 切换小区时，接收井下基站发送的测量数据。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述定位服务器包括生成模块，用于根据接收的位置信息生成用户定位数据表；显示模块，用于根据用户定位数据表显示所述用户设备的位置。
17.一种井下人员的定位装置，其特征在于，包括接收请求模块，用于接收定位服务器发送的定位请求；第一发送模块，用于通过井下基站对用户设备发送测量控制请求；接收数据模块，用于接收井下基站传送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户设备 数据和基站数据；第二发送模块，用于根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备所处的位置，并 生成位置信息发送给定位服务器。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述用户设备数据为时间提前量，所述 基站数据为接收时差，所述第二发送模块，包括传输时间计算子模块，用于根据所述时间提前量和接收时差计算传输时间；位置计算子模块，用于将所述传输时间乘以光速，得到的计算结果作为用户设备所处 的位置。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述传输时间计算子模块，包括 第一计算单元，用于计算所述时间提前量和接收时差的差值作为第一计算结果； 第二计算单元，用于将所述第一计算结果除以码片的速率，得到第二计算结果作为传输时间。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述基站数据还包括信号到达角度，所 述传输时间计算子模块，还包括修正单元，用于根据所述信号到达角度对所述第一计算结果进行修正。
全文摘要
本申请提供了一种井下人员的定位方法、系统及装置，以解决现有的井下定位方法定位精度比较低的问题。所述的方法包括接收定位服务器发送的定位请求；通过井下基站对用户设备发送测量控制请求，用户设备接收到所述测量控制请求后向井下基站返回用户设备数据；接收井下基站发送的测量数据，其中，所述测量数据包括用户设备数据和基站数据；根据所述用户设备数据和基站数据计算用户设备的位置，并生成位置信息发送给定位服务器。本申请通过基站传送的测量数据，可以获知用户设备所处的位置，多次通过基站传送的测量数据就可以获知井下人员的行进线路，能够比较准确的获取到人员在井下的位置，定位精度较高。
文档编号H04W64/00GK102665276SQ201210125438
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者任永兴, 宋方, 韩永飞 申请人:大唐移动通信设备有限公司