矿用人员定位与管理系统的制作方法

本实用新型涉及矿井安全通信技术领域，特别涉及一种矿用人员定位与管理系统。

背景技术：

经过多年的开采，我国的煤矿中浅矿已经剩余不多，而是以几百米到上千米的深矿为主。随着矿井深度的提升，人员、机车管理，设备安装、施工；地面、井下通信的难度逐步加大。越来越多的不确定因素威胁着矿井工作人员的安全，影响矿井开采的成本和效率。为了保障矿井工作人员的生命财产安全，对矿井作业进行有序监控和管理，国家安全部门将矿井人员管理系统作为煤矿六大安全系统之一。矿井人员管理系统作为对在井下工作的人员进行定位管理，很大程度上减小了人员下井后的不确定状态，因此在煤矿安全生产中有着重要的现实意义。

现有的矿井人员管理系统以区域定位为主，行业标准《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件(AQ6210-2007)》也没有对人员定位的精度等关键参数作为明确要求。由于矿山开采条件日趋复杂，有必要对井下工作人员进行精确定位管理，而技术的进步也使精确定位系统在矿山井下应用具备了先决条件。近年来出现的一些矿用精确定位系统，以RFID、zigbee、UWB等技术进行人员定位。其中RFID通信距离短，一般只用于短距定位，矿井巷道长达数公里到几十公里，如果做全覆盖，定位基站数量很多，成本和施工工作量很大。Zigbee采用RSSI（信号能量）定位，由于矿井信道条件恶劣，定位的稳定性较差，有时定位偏差可达几十米。UWB定位精度较高，但成本很高，且需要做时间同步的基站，不利于矿井大范围使用。综上所述，现有的矿井人员定位系统不能很好解决定位稳定性差、工程施工难度大、成本高昂的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种矿用人员定位与管理系统，设计科学、合理，定位数据安全、可靠。

按照本实用新型所提供的设计方案， 一种矿用人员定位与管理系统，包含地面监控主机、定位终端和多个定位器，数据传输接口、基站天线、若干井下监控分站和多个级联的井下无线基站；定位终端同时至少与一个定位器无线通讯，采集与定位器之间的间距数据，并将该间距数据作为该定位终端的定位数据进行保存；井下无线基站通过基站天线与定位终端无线连接，获取定位终端的定位数据，并通过多站级联将该定位数据传输至其中一个井下监控分站；井下监控分站通过数据传输接口和通信光缆将定位数据传输至地面监控主机。

上述的，定位终端内置有用于与定位器数据传送的扩频通信模块。

上述的，定位终端为带有定位通讯模块的矿灯。

优选的，所述的矿灯包含电池盒、灯头和与灯头连接的电源，电源设于电池盒内；该电池盒内还设置有与电源连接的无线通信电路板。

更进一步，所述的矿灯还包含设于灯头上的显示屏。该显示屏与无线通信电路板连接，显示该矿灯的定位数据。

上述的，所述矿灯采用磷酸铁锂电池供电。上述的，定位终端为设于矿用人员便携式设备上的卡式定位器。

优选的，便携式设备为矿用人员穿戴设备或手持设备。

上述的，所述的定位器为相互独立设置或集成在井下无线基站上。

上述的，所述的基站天线采用双向辐射天线。

上述的，还包含用于更新设备配置的配置器，该配置器通过无线通道与定位终端、定位器及井下无线基站连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单，设计科学、合理，解决了定位稳定性差、设备供电困难、工程施工难度大、成本高、软件更新不方便等问题，为矿井安全生产提供了技术保障；对于救援场景，可在第一时间发现人员位置，并通过人员运行轨迹，预测人员可能的状态，从而提高救援成功率，具有较强的推广应用价值。

附图说明：

图1为实施例中定位与管理系统示意图一；

图2为实施例中定位与管理系统示意图二；

图3为实施例中矿灯示意图；

图4为实施例中井下无线基站与基站天线连接示意图。

具体实施方式：

图中标号，标号10代表数据接口，标号11代表分站，标号12代表基站，标号13代表定位终端，标号14代表定位器，标号20代表电池盒，标号21代表灯头，标号22代表四芯灯线，标号201代表电源，标号202代表无线通信电路板，标号211代表内置数据处理电路板，标号212代表显示屏，标号30代表基站天线，标号31代表同轴电缆。

下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。

针对现有矿井作业中人员定位稳定性差、成本高、电源供电困难等情形，本实用新型实施例，在本实用新型一中，包含地面监控主机、定位终端和多个定位器，数据传输接口、基站天线、若干井下监控分站和多个级联的井下无线基站；定位终端同时至少与一个定位器无线通讯，采集与定位器之间的间距数据，并将该间距数据作为该定位终端的定位数据进行保存；井下无线基站通过基站天线与定位终端连接，获取定位终端的定位数据，并通过多站级联将该定位数据传输至其中一个井下监控分站；井下监控分站通过数据传输接口和通信光缆将定位数据传输至地面监控主机。参见图1所示，该矿井人员定位与管理系统，包括定位器14，定位终端13，基站12，分站11，数据接口10，定位器14与定位终端13进行无线通信，测量定位终端与定位器间的距离，基站12采集定位终端的定位数据，并通过多个基站级联将定位信息上传给分站11，分站11采用光缆与数据接口10连接，并将矿井定位数据通过光缆送到地面。

多个基站12之间进行组网通信，网络拓扑包括并不限于链状网络、树状网络和网状网络。参见图1，基站12相互通信的方式可以是无线方式，也可以是有线方式。无线通信的优点是无线进行复杂走线布设，因为减小了施工难度，降低了工程成本；但无线通信只能视距直线通信，在地形复杂区域采用有线通信作为补充。

参见图1和图2，定位器14可以单独设备形式存在，也可以集成在基站内。作为第一个实施例，如图1所示，定位器14是一种独立的设备，因此定位器的布设可以灵活，例如在定位精度要求严格的区域，增加定位器数量，为定位终端提供更加稳定的定位参照。根据实际井下作业需求，无线基站间的级联通信可采用无线方式；或采用无线方式和有线方式自动切换，在一种方式通信异常自动切换到另一种方式。

作为第二个实施例，如图2所示，定位器14集成在基站12内，这种方式有利于降低系统成本，基站同时具备通信和定位功能。

定位器14和定位终端13进行双向无线通信。通过测量电磁波在定位器14和定位终端13之间飞行的时间，可得到定位器14和定位终端13之间的距离。如果定位终端13与两个以上定位器14进行测距操作，由于定位器14的位置已提前标定，因此可通过多点定位确定定位终端在井下的位置。如果定位终端13仅与一个定位器14进行测距操作，则可通过单点定位获得定位终端相对定位器14的距离，但不能获取定位终端13相对定位器14的方向。单点定位一般用于对方向信息要求不高的场景，如风门的入口设置一个定位器，可获得人员或设备在巷道内的位置。由于不依赖信号能量，因此不受矿井信道变化的影响，本实用新型提供的矿井人员定位与管理系统可获得良好的定位精度和稳定性。一般地，本实用新型提供的矿井人员定位与管理系统的定位精度在3米以内。

优选地，定位终端13采用信息矿灯的形式。参见图3所示，信息矿灯由电池盒20，灯头21和四芯灯线22组成，电池盒20内置无线通信电路板202，及电池201，灯头21内置数据处理电路板211，灯头21上设置显示屏212，通过电池盒20内置无线通信电路板获取自身的位置信息后，通过四芯灯线22发送给灯头21内置数据处理电路211进行处理，并将处理结果在显示屏212上显示。矿灯采用磷酸铁锂电池供电。人员管理系统包含几种设备，其中矿灯的电源是磷酸铁锂电池供电，实现矿灯同时带屏幕、用磷酸铁锂电池，且有定位和通信的功能。矿灯的保护等级为ia本质安全等级。四芯灯线22中的两芯为灯头提供电源，另外两芯连接电池盒20和灯头21进行通信。通过将信息矿灯作为定位终端，解决了定位终端的供电问题，且由于矿灯一般在下井时背负在矿井工作人员身上，可直观看出是否背负且仅背负了一个信息矿灯，因此一定程度上解决了困扰矿井人员管理的定位卡唯一性问题。

优选地，定位终端13采用定位卡的形式。部分矿井已配备矿灯，可采用定位卡形式的定位终端进行人员定位管理。

参见图4所示，基站12通过同轴电缆31与天线30相连，其中天线30为双向辐射天线。因矿井为巷道结构，基站要与巷道两侧的定位终端13和其他基站12通信，因此采用双向辐射天线，可获得良好的覆盖效果。

由于本实用新型提供的矿井人员定位与管理系统中存在大量无线设备，在井下不便于进行软件设置和程序更新（井下不能进行开盖升级操作），因此通过采用配置器对定位器14、基站12和定位终端13进行软件设置和程序更新。配置器作为一个独立设备，可仅在调测系统时使用，正常工作时配置器不设置在系统中。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本实用新型等同或者类似的变化都应涵盖在本实用新型权利要求的范围内。