[發明專利]基于壓縮感知TOA特征信號指紋庫的分布式定位方法

有效

• 申請號: 201810201741.4
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108519577B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 田子建;劉真真
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了礦井通信與安全生產領域中一種基于壓縮感知TOA特征信號指紋庫的分布式定位方法，使分布式定位計算機能夠簡化計算的復雜度，實現低功耗，輕量化，主要解決了煤礦井下現場供電受防爆要求、電纜敷設、巷道條件等限制，給礦井定位計算機供電帶來諸多不便的問題，該方法通過在基于壓縮感知TOA的礦井定位方法中引入分布式方法，使得定位計算機的功能下移并分散布置在井下，提高定位方法的時效性，同時該方法在離線階段建立指紋庫的能耗和工作量分擔了分布式定位計算機在線定位階段的能耗和時間復雜度，可以大大簡化分布式定位計算機方法復雜度，降低能耗，更利于目標定位方法在煤礦井下的實際應用。

技術領域

本發明屬于礦井通信與安全生產領域，涉及一種基于壓縮感知TOA特征信號指紋庫的分布式定位方法，尤其涉及一種煤礦井下定位方法中簡化分布式定位計算機的算法復雜度，降低功耗，達到電池供電的低功耗要求。

背景技術

礦井人員位置監測方法(又稱煤礦井下作業人員管理方法等)是礦井安全生產的重要保障和應急救援必要手段，對提高生產效率，保障井下人員的安全，災后及時施救與自救都具有十分重要的意義。

2000年國內科研單位和廠家開始研制煤礦井下人員位置監測系統，鑒于當時技術水平的限制，國內幾乎所有人員位置監測系統都是采用射頻識別(RFID-Radio?FrequencyIdentification)技術設計制造的，而礦井RFID技術定位的實質是檢測巷道中以人員為代表的動目標是否出現在二個讀卡器之間，并不能確定目標所在的具體位置，屬于區域定位，其定位精度取決于讀卡器的密度，在煤礦井下有限空間內讀卡器是不可能密集布置的，因此基于RFID技術不可能有較好的定位精度，故基于RFID技術的人員位置監測方法定位精確取決于二個讀卡器間距，精度難以保障。

2010年《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知(國發[2010]23號)》和《國家安全生產監督管理總局國家煤礦安全監察局關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的通知(安監總煤裝[2010]146號)》，明確提出“建設完善煤礦井下人員定位系統”。“應優先選擇技術先進、性能穩定、定位精度高的產品，確保準確掌握井下人員動態分布情況和采掘工作面人員數量”。這就要求礦井目標定位需要脫離RFID技術的局限，研究礦井目標精確定位方法。

當下幾乎所有的礦井目標定位方法均采用集中式，其特點是布設在井下的參考結點測出目標節點相對參考節點的距離(RFID情況下，目標識別卡是否通過讀卡器)，參考節點將這些信息經由光纖以太網組成的礦井信息傳輸主干網絡傳送至地面定位計算機，由位于地面的定位計算機通過計算得出目標節點的坐標位置信息，所有關于目標節點的信息都匯聚到地面定位計算機，由地面定位計算機解算出目標節點的坐標位置信息，因此稱為“集中式”，礦井目標定位方法的可靠性取決于光纖以太網礦井信息傳輸主干網絡，如果礦井信息傳輸主干網絡故障，則礦井目標定位方法就失效了，由于井下所有安全監測監控數據都占用礦井信息傳輸主干網絡，特別是井下視頻監視的普遍應用，不可避免地造成礦井目標定位數據的傳輸時延，無法滿足災后應急救援獲取人員位置信息對礦井目標定位方法的實時性要求。同時由于煤礦井下現場供電受防爆要求、電纜敷設、巷道條件等限制，給礦井定位計算機供電帶來諸多不便，因此定位計算機需要盡可能地做到低功耗、輕量化。

綜上所述，煤礦井下目標的精確定位的實際應用中，巷道布設在井下的參考節點需將采集的信息傳輸至地面計算機進行解算，不可避免地存在目標定位數據的傳輸時延，那么在這種復雜的傳輸環境中定位方法的實時性就有所下降，而且巷道的復雜通信環境對現場供電存在著諸多限制，給定位計算機的就地供電帶來諸多不便。為此，我們必須找到一種方法來實現上述方案-讓簡化定位計算機的算法復雜度，降低功耗的定位方法在煤礦井下的復雜環境下實現可靠定位。

發明內容