一种煤矿井下人员信息采集系统的制作方法

本实用新型涉及煤矿中的定位技术，尤其涉及一种煤矿井下人员信息采集系统。

背景技术：

人员定位系统业已成为煤矿″六大系统″中最为重要的系统之一，移动目标定位对于实现煤矿井下的人员精细化管理、保障生产安全具有重要的意义，是实现人员感知的前提、设备感知的基础、灾害感知的关键。在矿井日常管理中，管理人员需要掌握各个岗位的在岗情况，一方面了解工作进展，另一方面对救灾工作提供便利。但是，由于矿井等地下作业人员流动性大，一旦下井后，很难准确地知道其所在的位置。

目前常用的定位方法主要有三种：

(1)基于射频识别技术(rfid，radiofrequencyidentification)的定位系统，该定位系统应用比较广泛，但是其定位精度受读写器分布密度限制，只能实现区域定位，做不到动态实时的精确定位，一旦矿难发生，无法准确的定位矿难人员所在的具体位置。

(2)基于蜂窝无线网络中基于小区标识(cellid)的定位系统，该定位系统利用待定位物体所在的服务基站即蜂窝小区的id来估计待定位物体所在的位置，蜂窝网络中的小区id是全世界唯一的，待定位物体所在的位置主要由蜂窝小区的id和小区覆盖范围决定的。cellid实现原理简单，无需定位终端改动，也无需测量复杂的信号特征值，只需网络侧做小小的改进，增加定位流程即可，是目前无线定位技术中最简单的方法。但是该技术通过识别用户所在的小区来定位用户的位置，定位精度往往在小区半径数量级别上，大约200到300米左右范围，定位精度很低。此外，由于井下巷道的特殊环境，如无线信号多径传播，信号衰落大，很难视距传播，因此该技术不适合用于煤矿井下精确定位。

(3)基于接收信号强度(rssi，receivedsignalstrengthindication)的定位系统，是目前zigbee和wifi网络采用的主要定位方法，它根据无线信号的传播损耗型计算移动节点与传输分站间的距离。rssi定位方法简单易实施。但是无线信号的传播损耗模型受环境影响很大，所以一般rssi定位系统往往必须依靠增加传输分站的密度，及通过全局优化算法来控制单方向上的定位误差，但是井下环境多维隧道组成的线状环境，无法得到平面上其他方向的场强数据，所以当隧道中存在如较大金属遮挡物等起亚影响无线信号传输的因素时，定位误差较大。

现有技术中，专利cn201420027965.5公开了一种煤矿人员定位系统，包括了定位服务器、若干蓝牙基站、若干组蓝牙标签和蓝牙定位设备，煤矿人员随身携带所述蓝牙定位设备，所述蓝牙标签与蓝牙基站均设于煤矿的井下工作区域，每组所述蓝牙标签的信号范围均与至少一个所述蓝牙基站的信号范围相邻，所述蓝牙基站通过传输网络与所述定位服务器连接。该系统需要布设多个蓝牙定位标签作为位置信号的发射源，存在着搭建成本高、精度不足的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种定位精度高、搭建成本低的煤矿井下人员信息采集系统。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本实用新型的一方面，提供了一种煤矿井下人员信息采集系统，包括：信标，所述信标佩戴于井下人员身上，基站，所述基站接收所述信标信号并基于到达角定位技术进行定位；交换机，所述交换机用于给所述基站供电并提供数据通信；网关，所述网关用于连接所述交换机和控制终端；控制终端，所述控制终端用于显示所述信标的位置。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述信标与所述基站通过2.4ghz频段进行通信与定位。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述网关为5g网关，所述交换机为工业以太网交换机。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述交换机组成环网并双归连接到所述5g网关。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述控制终端包括本地电脑和5g基站，所述本地电脑和5g基站均与所述网关信号连接。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述信标包括蓝牙通讯模块。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述蓝牙通讯模块为hc-42蓝牙串口通信模块。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述信标为手环、手机、智能手表或安全帽。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述信标还包括心跳/心率检测装置、呼吸频率检测装置和/或体温检测装置。

在一实施例中，该煤矿井下人员信息采集系统的所述信标上设置有一键报警按钮。

本实用新型实施例的有益效果是：通过采用到达角技术对信标进行定位，只需单个定位基站即可进行二维定位，安装两个基站即可实现三维定位，信标也能够兼容到现有手机、手环中，搭建成本低。此外，到达角定位技术可以将定位精度提升到厘米级别，从而能够满足煤矿井下定位的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是本实用新型实施例的系统结构图；

图2是本实用新型实施例信标蓝牙通讯模块的电路示意图；

图3是本实用新型实施例信标的电压调整电路示意图；

图4是本实用新型实施例信标的电平转换电路示意图；

其中：1-信标；2-基站；3-交换机；4-网关；5-本地电脑；6-5g基站。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种煤矿井下人员信息采集系统，包括：信标1、基站2、交换机3、网关4和控制终端，信标1佩戴于井下人员身上或固定在资产物品上，基站2用于接收信标信号并基于到达角定位技术(angleofarrival)进行定位，交换机3用于给基站2供电并提供数据通信，网关4用于连接交换机3和控制终端，控制终端用于显示信标1的位置信息。

上述系统通过采用到达角技术对信标进行定位，只需单个定位基站即可进行二维定位，安装两个基站即可实现三维定位，信标也能够兼容到现有手机、手环中，搭建成本低。此外，到达角定位技术可以将定位精度提升到厘米级别，能够满足煤矿井下定位的高精度要求。

到达角定位方法已较为成熟，可参考相关专利cn104363655b。与现有技术相比，到达角定位方法不需要复杂的计算，只需一个基站便可完成定位，因此能够节约成本，适合井下狭长的巷道环境，为节点的动态定位和连续观测提供支撑。相较于uwb定位技术，本实用新型所采用的bleaoa技术在精度、功耗、覆盖、兼容性等各方面对比uwb均有优势。

优选地，信标1与基站2通过2.4ghz频段进行通信与定位，抗干扰效果显著，可应用于各种复杂的生产环境中。

此外，在可能的实施例中，网关4为5g网关，从而能够实现低时延回传。交换机3为工业以太网交换机，如图1中所示，多个交换机3组成环网并双归连接到5g网关，从而提升了整个系统的可靠性。

控制终端可以包括本地电脑5和5g基站6，本地电脑5和5g基站6均与网关信号连接。优选地，本系统采用b/s的web架构，从而可快速部署并通过控制终端的浏览器访问。同时系统提供了多种应用开发接口，支持与各系统进行数据对接，包括实时位置、历史轨迹、事件与消息，大数据与报表等多种应用。此外，本地电脑5端可设置为3d显示效果，从而可直观的了解人员位置信息。

信标1通过蓝牙通讯模块与基站2通信，蓝牙通讯模块同时也起到定位模块的作用。在可能的实施例中，蓝牙通讯模块为如图2所示的hc-42蓝牙串口通信模块。hc-42蓝牙串口通信模块是新一代的基于bluetoothspecificationv5.0ble蓝牙协议的数传模块。无线工作频段为2.4ghzism，调制方式是gfsk。模块的最大发射功率为4dbm，接收灵敏度为-96dbm。

此外，信标1还可包括如图4所示的电平转换芯片max3232以及如图3所示的电压调整芯片xc6206p332mr。max3232采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0v至5.5v电源供电时能够实现真正的rs-232性能，器件仅需四个0.1uf的外部小尺寸电荷泵电容。电压调整芯片xc6206p332mr是一款高精度、低功耗、3引脚ldo高电压调整器芯片，并采用cmos工艺和激光微调技术。在输出电流较大的情况下，输入输出压差也能很小。采用上述结构，能够使信标1使用纽扣电池时的续航时间达到2年，而现有uwb信标使用时间通常只有1周～1个月左右。

当信标1佩戴于井下人员身上时，可以为手环、手机和智能手表等移动终端，也可以设置于安全帽等装备上。在此基础上，信标1还可以包括心跳/心率检测装置、呼吸频率检测装置和/或体温检测装置，从而在获得位置信息的同时，还可监测到人员的身体状态信息，为救援提供帮助。优选地，信标1上还可设置一键报警按钮，以实现紧急状态回传。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。