[發明專利]基于射頻識別技術的井下人員定位系統及方法

有效

• 申請號: 201210306339.5
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN102890767A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 孫繼平;王帥
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G06K7/00
• 分類號: G06K7/00;E21F17/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種射頻通信定位系統及算法，具體是一種基于射頻識別技術的測定井下人員位置的系統及算法，屬測量定位的技術領域。該定位系統包括標簽讀卡器、電子標簽、交換機、上位機PC、中央顯示屏和光纖。

背景技術

針對瓦斯爆炸、井下透水等礦井多發事件的應急措施研究一直是人們關心的焦點，事故發生后如何在有限時間內快速準確的確定井下被困人員位置是個亟待解決的問題。射頻識別(RFID)技術以其靈敏度高、非視距非接觸、低功耗低成本等優點從眾多定位技術中脫穎而出，其主要特點很好的解決了煤礦井下定位難的問題，但是現有應用RFID技術設計出的井下人員定位系統存在許多不足，首先，定位系統沒有很好的解決多個電子標簽同時進入標簽讀卡器后的準確識別問題；標簽讀卡器在井下復雜環境中工作時對電磁串擾現象如何防護；以及讀卡器天線發射的電磁波輻射范圍能否覆蓋所有待測人員等問題。其次，定位算法沒有考慮傳輸電磁波由于特殊原因導致衰減損耗的情況，原因在于井下施工中常見爆破用雷管網路，該網路可起到接收天線的作用，會吸收一定電磁波能量，當通信電磁波傳至該網路周圍時部分電磁能量將被吸收損耗，從而很大程度上影響信號傳輸功率的測定，進而導致定位距離存在偏差，使測得人員位置坐標與實際坐標不符，嚴重影響井下救援工作。因此，研究一種新的井下RFID人員定位系統及算法勢在必行。

中國專利申請號201120008418.9，公開日2011.07.27，公開了一種無線井下人員定位讀卡器系統，該系統包括主控模塊、無線收發模塊、總線通訊模塊、串口模塊，主控模塊分別與無線收發模塊、總線通訊模塊、串口模塊連接，無線收發模塊跟蹤到井下人員攜帶的電子標簽信號后，由主控模塊讀取信息通過總線通訊模塊將讀卡器的定位信息和定位電子標簽的信息通過通訊總線發送到上位機，從而實現井下人員的定位信息的讀取和傳輸，通過串口模塊實現計算機和讀卡器之間的定位信息的設置和ID號的設置。該系統結構簡單，沒有考慮多個電子標簽的識別號同時進入讀卡器之后的防碰撞處理，從而導致讀卡器無法準確識別電子標簽對應的井下人員，造成定位混亂。

中國專利申請號200610051840.6，公開日2006.11.08，授權日2009.9.16，公開了一種井下人員定位救援系統及井下人員定位方法，特點是它包括由多個沿礦道布置的無線監測節點組構成的無線監測節點網絡和礦工隨身佩帶的無線跟蹤器，無線監測節點組由分別設置在礦道的兩側和頂部三個無線監測節點構成，優點是無需事先已知井下地理信息，利用井下無線網絡自動構建礦工、無線監測節點自動三維定位系統，無需增加有線電纜，就能隨時監測礦工的具體位置。但是該定位方法沒有考慮在井下實際工作應用時，巷道中存在的雷管網路會吸收來自無線監測節點網絡發射的電磁波能量，造成跟蹤器與監測節點間傳送的實際信號功率較原始功率有所衰減，導致定位坐標不準確。

鑒于此，當前煤礦井下迫切需要一種新的人員位置坐標測定系統及算法。本發明將現有RFID定位系統及算法進行改進，將改進后的系統應用于井下人員的位置坐標測定中。

發明內容

為了克服現有井下無線射頻識別定位系統及方法的測定精度低，魯棒性差，測量范圍小等缺點，本發明提供一種射頻通信定位系統及算法，具體是一種基于射頻識別技術的測定井下人員位置的系統及算法，通過使用高速數字信號處理芯片、增加防碰撞處理模式、將標簽讀卡器置于金屬防護外殼中以及在標簽讀卡器射頻模塊中使用多天線等方式將系統進行優化；將算法改進為采用更加符合井下環境的電磁波傳播模型和衰減指數精確計算標簽讀卡器與人員佩戴的電子標簽間距，應用三邊定位法準確獲取井下人員位置坐標，大幅提高定位精度。

本發明采用的技術方案是：

基于射頻識別技術的井下人員定位系統，包括標簽讀卡器、電子標簽、交換機、上位機PC、中央顯示屏和光纖，其特征在于井下巷道內安裝固定至少三臺標簽讀卡器，標簽讀卡器通過射頻電磁波與井下人員佩戴的電子標簽建立連接，標簽讀卡器根據測距算法測定井下人員與標簽讀卡器間距，將測量結果通過通信總線傳至井下交換機，經交換機匯總后通過光纖傳至地面上位機PC，上位機PC依據電子標簽識別符將所有上傳數據整合歸類，將每三個相同識別符的間距值運用三邊定位公式依次計算每位井下人員坐標，將定位結果連同人員基本信息統一存入服務器中，并在中央顯示屏中實時顯示，為井上管理人員和即將下井作業的人員提供位置參考。