[發明專利]井下煤礦人員實時無線定位方法

有效

• 申請號: 200710171812.2
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101187702A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 施惠昌;沈明華;趙佐平;田金鵬
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;H04Q7/38
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡定位技術領域，特別是一種針對井下煤礦環境進行移動人員實時無線定位的方法。

背景技術

近幾年以來，煤礦爆炸、塌方事件屢屢發生，如何保障礦井以及在煤礦中工作的礦工們的安全，這個問題越來越體現其重要性，對煤礦瓦斯災害，井下監測系統進行基礎研究變得非常必要，我國在這方面也加大了科技投入，力求能有所突破。

我國煤礦井下地質條件非常復雜，礦井巷道長可達幾十千米，工作環境惡劣，作業點分散，隨采掘工作面的推進，采煤機電設備和人員流動性大。安裝各種傳感器、布設電纜困難很大，即使依靠電纜傳輸信息，由于井下地面潮濕，電纜也會腐蝕嚴重，整個系統的可靠性較差，維護困難。由于定位區域在井下使得如GPS(GlobalPositioning?System，全球定位系統)這些目前最著名精度最高的定位方式無用武之地。

發明內容

本發明的目的在于提供一種針對井下煤礦環境進行移動人員實時無線定位的方法。該方法需要移動節點與信標節點相互配合，移動節點置于礦工所戴礦帽內部，定位算法由移動節點分布式實現，從而產生較為準確的定位結果，并利用無線網絡傳輸至井上數據庫進行存儲。一旦有意外事故發生，就能夠根據數據庫中記錄的定位歷史記錄，迅速開展搜救工作，由于定位較準確，會大大加快救援的進度，減少事故帶來的損失。

為達到上述目的，本發明的構思是：

本發明包括：(1)基于無線節點射頻信號強度的分布式實時定位方法；(2)在礦井坑道內固定信標節點的布設方法；(3)RSSI與實際距離之間的轉換方法。

(1)基于無線節點射頻信號強度的分布式實時定位方法

本發明中井下的組網采用三種節點：2.4GHZ信標節點，2.4GHZ移動節點，433MHZ數據傳輸節點。2.4GHZ信標節點自身的位置事先固定好，坐標也事先設定好，在進行實時定位時，信標節點在路由維護的同時也將自己的位置信息作為數據包的一部分，向周圍節點發送，同時2.4GHZ信標節點要負責對接收到移動節點發來的坐標位置的進行轉發；定位算法在2.4GHZ移動節點上運行，計算得到的定位結果將發送給路由中確定的上級節點；433MHZ數據傳輸節點主要負責將井下數據進行長距離的傳送，鑒于坑道的事故主要發生在掘進面處，在433MHZ區域內將不對井下人員實施定位，只在進入礦井口的地方，做一定的出入檢測。

由于定位的區域長寬比例相差較大，采用直線型的一位定位能夠得到較準確的定位結果，且能滿足傳感器節點本身的計算能力以及能耗方面的要求。對于每一段直線坑道采用一維算法定位，而為了解決坑道轉角時候出現的一維切換問題，在轉角處特別設置兩個發射功率很小的信標節點用于檢測是否出現切換，并且測定切換的方向。

(2)在礦井坑道內固定信標節點的布設方法

經勘查，掘進面的坑道具有自己的特點，其主要是呈“U”字形，距地表深度也有幾十米至上百米，兩邊的運煤通道長可達幾公里，而中間挖煤坑道的實際長度從200～500m不等，寬度則相對比較窄，只有10-20m。對井下監測而言，挖煤坑道容易發生礦難、塌方的地方，即需要實時定位的區域。在信標點布設的時候，煤層的一邊基本無法布點，因此，信標點只能布設在坑道的靠近支撐的一側信標節點只能放在靠近支撐的一側，使得進行二維以上定位的定位算法無法使用。

信標節點除了靠近支撐面布設之外，也不能將節點緊貼坑道墻面放置，因為根據實際實驗，當無線節點緊貼墻面時，由于電磁波墻面反射等等影響，使得無線傳播特性嚴重偏離了常規理論特性，使得整個定位方案無法正常運行。

(3)RSSI與實際距離之間的轉換方法

很多無線收發芯片都具有接收信號功率指標RSSI(Received?Signal?StrengthIndicator)，通過實驗，調節無線收發芯片的發射功率，測定其RSSI值與實際距離之間的關系，形成具體的轉換曲線與方法。將該轉換方法應用于定位方案中，可以簡單快速地獲得兩個無線節點之間的距離。