[發(fā)明專利]應(yīng)用于礦井的基于UWB與ZigBee的定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911342976.6
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111010660B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王飛;戴劍波;黃友勝;胡亮;劉世森;郭江濤;田軍;胡宇;張金豪;劉亞輝;邵嚴(yán);周代勇;孫中光;張加易;林引;孟小紅
• 申請（專利權(quán)）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/30;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于礦井的基于UWB與ZigBee的定位方法包括：構(gòu)建ZigBee無線自組網(wǎng)；定位基站在其無線信號覆蓋范圍內(nèi)測量與其他定位基站之間的距離；定位終端在無線信號覆蓋范圍內(nèi)測量與多個定位基站之間的距離；將距離等測距結(jié)果上傳至服務(wù)器，服務(wù)器計算測距結(jié)果得到定位終端的準(zhǔn)確位置。一種應(yīng)用于礦井的基于UWB與ZigBee的定位系統(tǒng)，包括定位終端、定位基站以及服務(wù)器，定位終端與定位基站通過UWB和ZigBee無線相連，選擇一個定位基站與服務(wù)器通過以太網(wǎng)相連，用于將距離數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)礦井巷道的精確定位，技術(shù)簡單、設(shè)備安裝便捷、組網(wǎng)靈活、擴展性強、適用性廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于礦井的基于UWB與ZigBee的定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

礦井井下人員定位常用的定位方法有：射頻識別技術(shù)(RFID)、接受信號強度指示(RSSI)，測量到達(dá)時間(TOA)，測量到達(dá)時間差(TDOA)等方法。

目前礦井實際使用以基于射頻識別技術(shù)(RFID)的定位系統(tǒng)數(shù)量最大，使用RFID具有以下問題：定位精度受讀寫器分布密度限制，只能實現(xiàn)區(qū)域定位,不能做到誤差為幾米的精確定位；同時，受RFID讀寫速度限制，不能處理多人同時快速通過讀卡系統(tǒng)的情況，易出現(xiàn)漏讀。信號強度指示(RSSI)方法是ZigBee和WiFi網(wǎng)絡(luò)采用的主要定位方法，它根據(jù)無線信號的傳輸損耗模型計算定位終端與定位基站之間的距離；定位基站接收到的信號強度隨距離發(fā)射機的位置變化而變化，即定位基站距離定位終端距離越近，接收到的信號強度越強，反之，定位基站距定位終端越遠(yuǎn)，接收到的信號強度越弱，RSSI定位方法便是利用這一特性，將測得的信號強度轉(zhuǎn)換為距離預(yù)估值，然后將距離預(yù)估值與信號強度地圖進行比對分析，再經(jīng)過濾波確定最終定位結(jié)果，RSSI方法簡單易實施；但無線信號的傳輸損耗模型受環(huán)境影響巨大，所以一般RSSI定位系統(tǒng)往往必須依靠增加定位基站的密度和通過全局優(yōu)化算法來控制單方向上的定位誤差，但井下環(huán)境多為隧道組成的線狀環(huán)境，無法得到平面上其它方向的場強數(shù)據(jù)，所以當(dāng)巷道中存在如較大金屬遮擋物等其它影響無線信號傳輸?shù)囊蛩貢r，定位誤差較大。到達(dá)時間定位(TOA)需要定位終端與定位基站、定位基站與定位基站之間嚴(yán)格時鐘同步，系統(tǒng)時鐘同步困難，晶振穩(wěn)定性要求高，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。到達(dá)時間差定位(TDOA)不需定位終端與定位基站時鐘同步，但需定位基站與定位基站之間嚴(yán)格時鐘同步，系統(tǒng)時鐘同步困難，晶振穩(wěn)定性要求高，成本較高。

“UWB組網(wǎng)定位的系統(tǒng)及方法”公開了一種UWB組網(wǎng)定位的系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括：一個或多個標(biāo)簽，其位于待定位的設(shè)備上，并間隔第一周期向外廣播UWB信號；多個UWB基站，其固定在預(yù)定位置上，所述多個UWB基站分別基于一個或多個標(biāo)簽廣播的UWB信號，獲得每個UWB基站與一個或多個標(biāo)簽之間的距離；以及服務(wù)器，其分別連接到所述多個UWB基站，所述服務(wù)器基于所述多個UWB基站與一個或多個標(biāo)簽之間的距離，對所述多個標(biāo)簽進行定位。但是，該方案中的UWB基站需要設(shè)定一個ID號，沒有徹底解決UWB無線信號沖突問題，沒有闡明UWB定位數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，而且系統(tǒng)靈活性較差、維護復(fù)雜、適用性較弱。

“一種UWB高精度定位系統(tǒng)及定位方法”公開了一種UWB高精度定位系統(tǒng)及定位方法。該定位系統(tǒng)包括至少1個UWB定位信號發(fā)送器組以及用于對UWB定位信號發(fā)送器組進行同步控制的至少1個中心控制器，1個UWB定位信號發(fā)送器組包括N個UWB定位信號發(fā)送器，其中，N為等于或大于3的整數(shù)，任意兩個UWB定位信號發(fā)送器之間以及任意一個UWB定位信號發(fā)送器與中心控制器之間實現(xiàn)無線通信；還包括至少1個定位終端，定位終端用于接收各個UWB定位信號發(fā)送器發(fā)出的UWB定位信號，定位終端與中心控制器之間實現(xiàn)無線通信。但是，該方案僅僅提出了一種單區(qū)域內(nèi)的精確定位系統(tǒng)及定位方法，不能滿足礦井巷道及施工隧道等狹長空間內(nèi)精確定位要求。

因此，為解決以上問題，需要一種應(yīng)用于礦井的基于UWB與ZigBee的定位方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井巷道的精確定位，技術(shù)簡單、設(shè)備安裝便捷、組網(wǎng)靈活、擴展性強、適用性廣。

發(fā)明內(nèi)容