[發明專利]基于相對信號強度的礦井人員與移動設備定位方法

有效

• 申請號: 201410054951.7
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103813447B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 孫繼平;劉毅;伍云霞
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W4/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種礦井移動目標位置的檢測運算方法，該方法涉及無線電通信、測距和定位技術等領域。

背景技術

井下定位是安全生產的重要措施。井上常用的定位方法有：到達角度定位(Angle Of Arrival，AOA)，到達時間定位(Time Of Arrival，TOA)，到達時間差定位(Time Difference Of Arrival，TDOA)，接受信號強度指示定位(Received Signal Strength Indication，RSSI)和射頻識別技術(RFID，Radio Frequency Identification)等方法。到達角度定位有定位死角，分站天線復雜，成本高，維護工作量大，不宜用于礦井人員定位。到達時間定位需定位設備與分站、分站與分站之間嚴格同步，系統同步困難，晶振穩定性要求高，系統復雜，成本高，特別是定位設備成本高，不宜用于礦井人員定位。到達時間差定位不需定位設備與分站同步，但需分站與分站之間嚴格同步，系統同步困難，晶振穩定性要求高，成本較高，特別是定位設備成本高。接受信號強度定位系統簡單，成本低，但受巷道信號衰減、人體等遮擋、發射功率、接收靈敏度等影響，誤差大。特別是人體等遮擋衰減對定位影響，隨機變化，難以解決。目前礦井實際使用以射頻識別技術(RFID)為主，RFID利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。與其它接觸式識別技術不同，RFID系統的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可實現對人員或物體在不同狀態下的自動識別和位置監測。典型的射頻識別系統主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。使用RFID具有以下問題：

1.定位精度受讀寫器分布密度限制，只能實現區域定位，不能做到誤差為幾米的精確定位；

2.受RFID讀寫速度限制，不能處理多人同時快速通過讀卡系統的情況，易出現漏讀。其它定位方法主要有到達角度、到達時間、到達時間差和信號強度等。

基于以上原因，為保證礦山安全生產，需要一種更適合井下巷道環境的更加準確的定位方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種更適合井下巷道環境的定位方法，可有效避免使用電磁波絕對場強定位受不同巷道環境信號衰減特性不一致、人體等遮擋、發射功率、接收靈敏度等因素影響，保證定位穩定性和定位精度。本發明的定位方法通過井上監控中心設備和井下具有無線通信功能的分站對使用定位設備的井下工作人員和移動目標實現穩定準確地定位，具體步驟包括：

1.在巷道內按小于等于L/2間距設置分站，L為定位設備無線傳輸距離；分站天線設置在巷道頂部，在巷道分支和急拐彎處增設分站，除出入口等特殊區域外，保證定位設備在任意位置發射的電磁波至少有4個分站接收到。

2.在所有兩分站之間選N點進行標定，在無人體遮擋的條件下在定標點使用定位設備向附近的分站發送檢測信號，記錄定標點位置和各分站接收到的此信號的絕對信號強度，根據記錄生成位置與絕對信號強度對應表。

3.計算各分站的絕對信號強度與距離較遠兩分站絕對信號強度的和之比，生成位置與相對信號強度對應表。

4.定位設備自動定時發送信號；對定位設備定位時，根據各分站編號及分站接收到的定位設備信號的絕對信號強度判斷定位設備的位置區域。

5.根據各分站接收到的定位設備信號的絕對信號強度運算得到各分站相對信號強度，查經第3步得到的位置與相對信號強度對應表，得到定位設備的多個位置數據，若表中無對應數據用插值計算得到。

6.求第5步得到的定位設備多個位置點的每個坐標軸值的算數平均值，得到一個新坐標點，如所有位置點與新坐標點的距離差均小于設定值，將此新坐標點作為定位設備實際位置；否則去除差值最大的位置點，以其余位置點的每個坐標軸值的算數平均值組成的坐標作為定位設備實際位置。

附圖說明

圖1定位系統示意圖。

圖2分站硬件示意圖。

圖3定位設備硬件示意圖。

圖4分站與定位設備位置示例圖。

圖5位置與相對信號強度對應表標定步驟示意圖。

圖6對定位設備的定位步驟示意圖。

圖7線性插值法位置運算示意圖。

具體實施方式

所述定位方法由井下定位系統實現定位，如圖1所示實施例中，定位系統組成包括：

管理子系統、有線網絡子系統和無線網絡子系統。有線通信子系統是整個定位系統的骨干通信網絡，以礦用光纖為主要傳輸介質。

管理子系統包括：