一种井下定位系统的制作方法

本实用新型涉及安全监管技术领域，具体涉及一种井下人员定位系统。

背景技术：

随着铁路、公路挤地铁等基础设施的高速发展，会有大量的长大隧道需要施工。然而，受工程地质、水文地质、周边环境及目前地质勘探水平的制约，作业对潜在的地质情况难以获得清楚的认知，导致长大隧道施工过程中，时常出现灾难性事故。隧道的安全建设引起了国务院的高度重视，国务院领导要求必须采取有效的措施，以确保井下作业人员的安全。井下人员定位系统的开发，无论对于隧道建设的日常管理、考勤，还是紧急情况下的人员营救都是极为迫切的。

然而，现有技术中的定位系统往往无法同时兼顾定位精度和漏检率，通常要确保定位精度高，算法通常较为复杂，导致定位速度较慢，进而导致导检率升高，反之亦然。因此，研制一套定位精度和漏检率都可满足需求井下人员定位系统对于确保作业人员安全，促进隧道技术行业进步都具有重要价值。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种对井下人员定位准确且无漏检或多读的井下人员定位系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种井下人员定位系统，包括由井下人员随身携带的至少一个射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)卡、井下监测网络和地面监控中心，所述RFID卡，用于发送井下人员的位置信息；

所述井下监测网络包括至少一个ZigBee网关和至少三个读卡分站，所述RFID卡分别与每个所述读卡分站通信连接，所述读卡分站用于接收所述RFID卡发送的位置信息；

每个所述读卡分站分别与所述ZigBee网关通信连接，所述ZigBee网关与所述地面监控中心通信连接；所述ZigBee网关用于将所述读卡分站读取到的信息传输到所述地面监控中心，所述地面监控中心通过每三个读卡分站读取到的同一个RFID卡信息计算该RFID的定位信息。

进一步地，所述ZigBee网关通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线与所述地面监控中心通信连接以实现将信息传递至所述地面监控中心。

进一步地，所述地面监控中心还包括数据安全防护设备，所述数据安全防护设备连接于所述CAN总线上。

进一步地，所述数据安全防护设备为避雷器。

进一步地，所述地面监控中心包括预装有监控软件的计算机和数据传输接口，所述地面监控中心包括预装有监控软件的计算机和数据传输接口，所述计算机通过所述数据传输接口与所述ZigBee网关通信连接。

进一步地，所述地面监控中心还包括打印机，所述打印机与所述计算机通信连接。

进一步地，所述地面监控中心还包括远程监控终端，所述远程监控终端包括网络交换机，所述网络交换机与所述计算机通信连接。

进一步地，所述远程监控终端还包括显示屏和/或网络终端，所述显示和/或网络终端均与所述网络交换机通信连接。

进一步地，所述读卡分站上设有接收天线，所述读卡分站通过接收天线与所述RFID卡实现通信连接。

进一步地，所述井下监测网络还包括电源箱，每个所述读卡分站与所述电源箱电连接。

本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型结构的井下人员定位系统，该系统可实现对井下人员的准确定位，为隧道建设的日常管理、考勤提供依据；尤其是在紧急情况下，可为人员营救提供及时准确的信息，可实现事故主动预防和救援，避免了现有技术中的事故只能被动处理的缺陷；该系统制造成本低，在井下采用ZigBee三角定位法，通过每三个读卡分站采取到的RFID卡信息同时实现对井下人员的精确定位，并采用时分复用技术循环检测各个目标节点，读卡分站与目标节点采取问答式通信方式，读卡分站采集到目标节点的信息后，读卡分站将采集到的信息上传到ZigBee网关做进下一步处理，能有效解决漏检问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的井下人员定位系统；

图2为本实用新型实施例的读卡分站工作时序；

图3为本实用新型实施例的高速移动定位简化模型示意图。

标号说明：

11、第一射频识别卡；12、第二射频识别卡；13、第三射频识别卡；14、第四射频识别卡；

2、井下；211、第一读卡分站；2111、接收天线；212、第二读卡分站；213、第三读卡分站；214、第四读卡分站；221、第一电源箱；222、第二电源箱；231、第一ZigBee网关；232、第二ZigBee网关；

3、地面；31、数据传输接口；32、计算机；331、网络交换机；332、网络终端；333、显示屏；34、避雷器；35、打印机。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

一种井下人员定位系统，包括由井下人员随身携带的至少一个射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)卡、井下监测网络和地面监控中心，所述RFID卡，用于发送井下人员的位置信息；

所述井下监测网络包括至少一个ZigBee网关和至少三个读卡分站，所述RFID卡分别与每个所述读卡分站通信连接，所述读卡分站用于接收所述RFID卡发送的位置信息；

每个所述读卡分站分别与所述ZigBee网关通信连接，所述ZigBee网关与所述地面监控中心通信连接；所述ZigBee网关用于将所述读卡分站读取到的信息传输到所述地面监控中心，所述地面监控中心通过每三个读卡分站读取到的同一个RFID卡信息计算该RFID的定位信息。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型结构的井下人员定位系统，该系统可实现对井下人员的准确定位，为隧道建设的日常管理、考勤提供依据；尤其是在紧急情况下，可为人员营救提供及时准确的信息，可实现事故主动预防和救援，避免了现有技术中的事故只能被动处理的缺陷；该系统制造成本低，在井下采用ZigBee三角定位法，通过每三个读卡分站采取到的RFID卡信息同时实现对井下人员的精确定位，并采用时分复用技术循环检测各个目标节点，读卡分站与目标节点采取问答式通信方式，读卡分站采集到目标节点的信息后，读卡分站将采集到的信息上传到ZigBee网关做进下一步处理，能有效解决漏检问题。

进一步地，所述地面监控中心包括预装有监控软件的计算机和数据传输接口，所述计算机通过所述数据传输接口与所述ZigBee网关通信连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：设置数据传输接口实现地面与井下的通信，通过计算机实现地面不同设备间通信以及对井下人员的实时监控功能。

进一步地，所述ZigBee网关通过CAN总线与所述地面监控中心通信连接以实现将信息传递至所述地面监控中心。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：井上和井下采用CAN总线通信，CAN总线具有独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和极强的现场抗干扰能力，此外，还具有良好的灵活性和可扩展性。

进一步地，所述地面监控中心还包括数据安全防护设备，所述数据安全防护设备连接于控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线上。

进一步地，所述数据安全防护设备为避雷器。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：设置数据安全防护设备，避免数据受环境干扰，进一步提升系统的性能的安全稳定性。

进一步地，所述地面监控中心还包括打印机，所述打印机与所述计算机通信连接。

进一步地，所述地面监控中心还包括远程监控终端，所述远程监控终端包括网络交换机、显示屏和/或网络终端，所述网络交换机与所述计算机通信连接；所述显示和/或网络终端均与所述网络交换机通信连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：设置远程监控终端，使得援救更及时，一旦出现故障，可迅速报警，使维修人员迅速到达现场进行故障处理或施救，同时还可进行远程指挥。

进一步地，所述读卡分站上设有接收天线，所述读卡分站通过接收天线与所述RFID卡实现通信连接。

进一步地，所述井下监测网络还包括电源箱，每个所述读卡分站与所述电源箱电连接。

本实用新型的实施例为：如图1所示，一种井下人员定位系统，包括由4个井下人员随身携带的4个RFID卡、井下监测网络和地面监控中心，所述井下监测网络位于井下2，所述地面监控中心位于地面3；所述4个RFID卡具体包括第一射频识别卡11、第二射频识别卡12、第三射频识别卡13和第四射频识别卡14，分别用于发送四个井下人员的位置信息；所述井下监测网络包括第一ZigBee网关231、第二ZigBee网关232、第一读卡分站211、第二读卡分站212、第三读卡分站213、第四读卡分站214、第一电源箱221和第二电源箱222，所述第一电源箱221与第一读卡分站211和第二读卡分站212分别并联，所述第一射频识别卡11、第二射频识别卡12、第三射频识别卡13和第四射频识别卡14均同时与第一读卡分站211、第二读卡分站212、第三读卡分站213和第四读卡分站214通信连接；所述读卡分站用于接收所述RFID卡发送的位置信息；所述第一读卡分站211和第二读卡分站212与所述第一ZigBee网关231通信连接，所述第三读卡分站213和第四读卡分站与所述第二ZigBee网关232通信连接，所述第一ZigBee网关231和第二ZigBee网关232均与所述地面监控中心通信连接；所述ZigBee网关用于将所述读卡分站读取到的信息传输到所述地面监控中心，所述地面监控中心通过接收到四个读卡分站中任意三个读卡分站读取到的同一个RFID卡信息通过三角定位法计算该RFID卡的定位信息。所述读卡分站上设有接收天线2111，所述读卡分站通过接收天线2111与所述RFID卡实现通信连接。所述第一ZigBee网关231和第二ZigBee网关232通过CAN总线与所述地面监控中心通信连接以实现将信息传递至所述地面监控中心。所述地面监控中心包括预装有监控软件的计算机32、数据传输接口31、数据安全防护设备、打印机35和远程监控终端，所述计算机32通过所述数据传输接口31与所述井下监测网络通信连接。所述打印机35与所述计算机32通信连接。所述数据安全防护设备连接于控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线上。所述数据安全防护设备为避雷器34。所述远程监控终端包括网络交换机331、显示屏333和/或网络终端332，所述网络交换机331与所述计算机32通信连接。所述显示和网络终端332均与所述网络交换机331通信连接。

开始作业后，即启动通信接口、避雷器34、预装有监控软件的计算机32、打印机35、交换机、显示屏333及其他网络终端332，实现地面3与井下2的通信、地面3的不同设备间相互通信以及对井下人员的实时监控功能；

作业人员进入隧道时，自动启动第一ZigBee网关231、第二ZigBee网关232、第一读卡分站211、第二读卡分站212、第三读卡分站213、第四读卡分站214、第一射频识别卡11、第二射频识别卡12、第三射频识别卡13、第四射频识别卡14、第一电源箱221和第二电源箱222，对井下人员进行实时跟踪、定位，一旦发现异常，则立即启动报警功能；第一读卡分站211、第二读卡分站212、第三读卡分站213和第四读卡分站214的工作时序均如图2所示，通过不断循环问答式通信，实现各个目标节点的循环检测，避免漏检。

对于高速移动目标的识别与定位，为避免漏检问题，通过减短识别和定位时间，简化系统模型；由于高速运动情况下，通常都是直线运动，由于隧道宽度通常只有几米到二十几米，此时，可忽略隧道宽度，建立如图3所示的一维定位系统简化模型。以第一读卡分站211和第二读卡分站212与第一射频识别卡11为例，设第一读卡分站211与第二读卡分站212在一维坐标系下的坐标分别为x1和x2，目标节点(第一射频识别卡11)坐标为x0，测得目标节点到第一读卡分站211和第二读卡分站212的距离分别为d1和d2，第一读卡分站211和第二读卡分站212间的距离为d。

本实用新型的读卡分站数量及射频识别卡数量不限于上述实施例，可任意根据实际需要设置。

综上所述，本实用新型提供的一种井下人员定位系统，该系统根据发射节点的发射信号强度与接收节点的信号强度的差值，可计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传播损耗转化为距离从而实现对人员位置的精确定位，该系统还可实现对人员数量的准确统计，无漏检或多读现象。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。