[發(fā)明專利]公路隧道甚低頻透地通訊—定位一體化系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710181533.8
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107040936B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐國慶;趙海瑜;邢海東;修德保;顏學(xué)武
• 申請（專利權(quán)）人: 承德路橋建設(shè)總公司
• 主分類號: H04W16/26
• 分類號: H04W16/26;G01S5/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種公路隧道甚低頻透地通訊—定位一體化系統(tǒng)，屬于隧道通訊定位技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括甚低頻電磁波發(fā)射驅(qū)動(dòng)箱、甚低頻電磁波發(fā)射控制箱、甚低頻電磁波接收天線以及鋪設(shè)線圈所需的電纜線等。通過電纜、光纖和數(shù)據(jù)線的連接實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備安裝。接收天線在隧道內(nèi)接收隧道外發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的甚低頻電磁波，實(shí)現(xiàn)電磁波通訊的同時(shí)對接收端進(jìn)行定位，避免隧道工程中，常規(guī)有線、無線通訊方法在工程建設(shè)階段無法鋪設(shè)或隨進(jìn)尺實(shí)時(shí)改線的問題，一次鋪設(shè)實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外人員實(shí)時(shí)通訊和跟蹤定位的功能，且在事故發(fā)生時(shí)能保證塌方區(qū)域和指揮系統(tǒng)的聯(lián)系暢通并可準(zhǔn)確定位人員被困位置，提高救援效率，從而達(dá)到科學(xué)化管理降低工程成本和風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及公路通訊定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種公路隧道甚低頻透地通訊—定位一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

公路隧道建設(shè)周期短、各工種交叉作業(yè)、施工人員的移動(dòng)性及災(zāi)后搶險(xiǎn)救災(zāi)效率等因素，采用無線電磁波技術(shù)實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)人員的有效通訊和定位就十分重要。隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)通訊與透地定位由于工程環(huán)境情況復(fù)雜，施工階段不適合永久通訊基站的設(shè)立等原因而難以實(shí)時(shí)。且公路隧道施工多工種同時(shí)作業(yè)，通訊網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)比較困難，且會(huì)對施工產(chǎn)生干擾。而目前人員定位技術(shù)也需在隧道內(nèi)布設(shè)發(fā)射、接收裝置，設(shè)備布設(shè)在工程區(qū)內(nèi)，在隧道掘進(jìn)過程中耗損嚴(yán)重。

透地定位一體化系統(tǒng)的發(fā)明對于提高地下以及隧道內(nèi)的安全指標(biāo)以及生產(chǎn)管理質(zhì)量有著十分重要的意義：(1)實(shí)現(xiàn)了對地下工作人員的實(shí)時(shí)監(jiān)測：地面管理人員可以實(shí)時(shí)查看工程進(jìn)度以及施工人員所在位置坐標(biāo)，可以指導(dǎo)地下施工工作。(2)較低的工程造價(jià)和較高的定位精度：定位系統(tǒng)無需電纜且傳輸線路不受地形、地質(zhì)影響可穿透地層直達(dá)隧道內(nèi)部，降低了系統(tǒng)成本。通過低頻電磁波穿透大地能力強(qiáng)的特點(diǎn)，保證了高精度定位。(3)隧道檢測，災(zāi)后救援：通過在隧道中設(shè)置發(fā)射機(jī)，地面上設(shè)置合理的接收機(jī),有效地維持地面與地下的可靠通信。通過檢測當(dāng)前施工坐標(biāo)來指導(dǎo)下一步。同時(shí)利用其穿透性，滿足隧道施工發(fā)生意外災(zāi)害后的應(yīng)急定位需求。所以研發(fā)一套方便攜帶，抗干擾能力強(qiáng)，防護(hù)性能好，性能可靠，定位精度高，實(shí)施起來簡單且價(jià)格低廉的透地定位系統(tǒng)就顯得十分迫切和需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種公路隧道甚低頻透地通訊—定位一體化系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和大地通信三部分，其中，發(fā)射系統(tǒng)包括甚低頻電磁波發(fā)射天線、控制部分和驅(qū)動(dòng)部分，接收系統(tǒng)包括接收裝置、濾波電路、放大電路和計(jì)算機(jī)處理單元，控制部分為甚低頻電磁波發(fā)射控制箱、驅(qū)動(dòng)部分為甚低頻電磁波發(fā)射驅(qū)動(dòng)箱、接收裝置包括甚低頻電磁波接收天線；發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射電磁波信號，通過大地通信進(jìn)行傳輸，接收系統(tǒng)對電磁波信號進(jìn)行接收。基于甚低頻透地通訊技術(shù)，在接收通訊信號的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電磁波振幅的監(jiān)測。根據(jù)電磁波振幅隨距離而衰減的規(guī)律，可以計(jì)算地表發(fā)射天線與地下接收端距離。通過雙點(diǎn)發(fā)射或三點(diǎn)發(fā)射定位，可以獲取地下接收端的絕對坐標(biāo)。距離衰減規(guī)律基于畢奧薩伐爾定律，構(gòu)建距離與振幅關(guān)系公式，進(jìn)行定位計(jì)算。

其中，甚低頻電磁波發(fā)射天線呈單線圈狀態(tài)布置在隧道上方地表處，接收天線由工作人員隨身攜帶。

甚低頻電磁波實(shí)現(xiàn)透地通訊，直接到達(dá)隧道內(nèi)部接收系統(tǒng)，無需設(shè)置中繼或其他無線設(shè)備，接收系統(tǒng)同時(shí)接收通訊信息和電磁波振幅數(shù)據(jù)。

甚低頻電磁波發(fā)射驅(qū)動(dòng)箱的甚低頻電磁波發(fā)射驅(qū)動(dòng)箱主體內(nèi)設(shè)置驅(qū)動(dòng)箱主體電壓調(diào)節(jié)旋鈕、驅(qū)動(dòng)箱主體供電開關(guān)、驅(qū)動(dòng)箱主體交流電源接口、驅(qū)動(dòng)箱主體線圈接口和驅(qū)動(dòng)箱主體光纖接口。

甚低頻電磁波發(fā)射控制箱的甚低頻電磁波發(fā)射控制箱主體內(nèi)設(shè)置控制箱主體光纖接口和控制箱主體計(jì)算機(jī)接口。

甚低頻電磁波發(fā)射驅(qū)動(dòng)箱主體為金屬外殼，可以防止靜電避免安全隱患；甚低頻電磁波控制箱主體和甚低頻電磁波接受天線主體為塑料外殼，體積較小質(zhì)量較輕，便于拆卸和搬運(yùn)。