[發明專利]一種煤礦井下人員便攜式組合定位、監測裝置及其方法

有效

• 申請號: 201610059938.X
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105674985B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 李威;楊海;許少毅;張金堯;司卓印;劉玉飛;魏華賢;鞠錦勇;路恩;董事;盛連超;楊康;王茗;須曉鋒;徐晗
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發明涉及一種定位及監測裝置，具體是一種煤礦井下人員便攜式組合定位、監測裝置及其方法，屬于礦用監控技術領域。

背景技術

隨著我國經濟體質改革的不斷深入，現代化進程不斷加快，國家對煤礦安全日益重視，監管力度不斷加強，大中型煤礦和眾多鄉鎮煤礦均已大量裝備了煤礦安全監控系統，有效遏制了重大瓦斯爆炸事故的發生。但是由于缺乏對井下人員位置信息的監控，目前還普遍存在入井人員管理困難，井上人員難以及時準確掌握井下人員的分布和作業情況，一旦發生事故，搶險救災、安全救護的效率低，特別是事故發生后對礦井人員的搶救缺乏可靠的位置信息，嚴重地制約了搶險救災的效率，失去最寶貴的搶救時機。安全生產的核心是人的安全。因此，煤礦對利用相應的礦井人員跟蹤定位設備，全天候對煤礦入井人員進行實時自動跟蹤和考勤，隨時掌握每個員工在井下的位置及活動軌跡、全礦井下人員的位置分布情況等急需解決。

由于長期以來煤礦企業特別是小煤礦的安全投入明顯不足,煤礦企業安全裝備嚴重缺乏,安全管理手段極其落后,如何保證煤礦的安全生產已成為煤炭行業的重要問題。煤礦安全最重要的是保證礦工生命的安全,煤礦安全管理最重要的也是對礦工安全的管理,其中對礦工在井下的工作位置進行準確監測是保證礦工安全的基本前提。

現如今礦井人員定位跟蹤系統主要是以標識卡為基本數據采集單位，完成對下井者地理信息和工作信息的采集、存儲、處理、顯示和打印，主要由標識卡、讀卡器、人員檢測分站、通信接口、服務器以及打印機組成。然而由于讀卡器識別效率低下，并且需要礦工經過讀卡器才能夠進行有效識別，并且受龐大的服務站布置、費用昂貴等因素，制約其使用的有效性和普遍性。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種煤礦井下人員便攜式組合定位、監測裝置及其方法，能降低監測成本，提高位置監測精度，同時可監測井下人員實時的姿態情況及胸腔活動情況。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：該種煤礦井下人員便攜式組合定位及監測裝置，包括慣性測量單元IMU1#、慣性測量單元IMU2#、慣性測量單元IMU3#、藍牙接收轉發模塊、WiFi測量傳感器和便攜式背包，慣性測量單元IMU1#通過腿部綁帶固定在人體腿部，慣性測量單元IMU2#和便攜式背包通過固定背帶分別固定在人體胸腔部和人體背部，所述慣性測量單元IMU3#、藍牙接收轉發模塊和WiFi測量傳感器設置在便攜式背包內；慣性測量單元IMU1#、慣性測量單元IMU2#和慣性測量單元IMU3#分別通過各自的藍牙發送模塊與藍牙接收轉發模塊無線通訊，藍牙接收轉發模塊與WiFi測量傳感器電連接。

進一步，所述慣性測量單元為MEMS慣性測量器。

一種煤礦井下人員組合定位及監測的方法，其具體步驟為：

A、井下巷道布設：在井下巷道內均勻布設多個WiFi基站，各個WiFi基站之間通過屏蔽網線與工作面網關連接，工作面網關通過光纖與礦井監控中心通訊，最后標定各個WiFi基站的井下位置并將位置信息存儲在礦井監控中心；

B、礦井監控中心參考數據預設：在地面上試驗人員穿上便攜式組合定位及監測裝置，進行奔跑、行走、站立、蹲坐及平躺的運動，慣性測量單元IMU1#、慣性測量單元IMU2#和慣性測量單元IMU3#分別測量各種姿態下的加速度值及角速度值，通過多人次測量取平均值得出人體正常奔跑、行走、站立、蹲坐及平躺運動時各個慣性測量單元得出的加速度平均參考值及角速度平均參考值，進而建立數據匹配模型，另外根據WiFi指紋定位原理利用WIFI測量傳感器進行井下壞境下的WIFI信號測量標定，進而得出指紋定位數據庫；

C、組合定位及監測裝置的安裝：將便攜式組合定位及監測裝置穿在井下人員身上，標定其開啟裝置時的起始位置然后井下人員開始在井下巷道內工作；

D、數據采集及傳輸：慣性測量單元IMU1#、慣性測量單元IMU2#和慣性測量單元IMU3#會將各自測量的加速度及角速度數據通過藍牙發送模塊發送給藍牙接收轉發模塊，藍牙接收轉發模塊將檢測數據經WiFi測量傳感器無線發送給WiFi基站，并通過工作面網關最后傳給礦井監控中心，同時WiFi測量傳感器實時測量布設在井下巷道內各個WIFI基站發射的WIFI信號強度，將測量得到的WiFi信號強度信息經WiFi基站傳遞給礦井監控中心；

E、慣性測量單元數據分析及井下人員姿態確定：監控中心對慣性測量單元IMU1#、慣性測量單元IMU2#及慣性測量單元IMU3#檢測得到的數據與預設參考值進行比對分析，