[實用新型]一種井下監測定位系統

有效

• 申請號: 201920666484.1
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN209526889U
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 劉曉陽;康健;楊超;頊文鈺;易聰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;G01S5/02;G01S15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了礦井通信和安全生產領域中一種基于無線傳感網絡的井下監測定位系統，該監測定位系統包括：地面監控系統、定位計算機、光纖、交換機、總線、網關、參考節點、目標節點。該監測定位系統基于礦井巷道的空間特點，通過目標節點RSS特征信號與超聲波測距技術，結合少量的參考節點實現井下目標的精確定位，同時，參考節點對周邊環境中CO含量、O₂含量和溫度進行監測，當井下工作人員需要求助時，可以通過附近的參考節點同地面監控系統進行通信。

技術領域

本實用新型屬于礦井通信和安全生產領域，涉及一種基于無線傳感網絡的井下定位系統。

背景技術

井下目標定位是煤礦井下研究課題的一項重要內容，對于井下人員安全、設備安置具有重要意義。井下目標定位方法多樣，一些方法是基于測距的，其中常用的兩種測距方式：一種是基于檢測接收信號強度(Received Signal Strength,RSS)的測距方式；另一種是基于傳輸到達時間(Time of Arrival,TOA)和到達時間差(Time Difference ofArrival,TDOA)的測距方式。另外，存在一些方法是基于非測距的，如特征指紋庫等。

進行井下目標定位，需要在巷道內布設大量參考節點，用來檢測目標并將目標狀態信息傳輸至定位計算機，定位計算機根據收到的目標狀態信息確定目標位置。然而礦井通信網絡帶寬有限且傳輸過程中存在時延，這些因素對定位的實時性產生消極影響。

為此，精簡數據傳輸量，簡化定位計算機的算法復雜度，對于井下目標定位格外重要。

實用新型內容

基于井下巷道空間特點，本實用新型提出一種定位精度高，參考節點數量少的井下監測定位系統。所述監測定位系統通過目標節點RSS特征信號與超聲波測距技術，結合少量的參考節點實現井下目標的精確定位，同時，參考節點對周邊環境中CO含量、O₂含量和溫度進行檢測。

所述監測定位系統是一種基于無線傳感網絡的井下定位系統，所述系統包括：地面監控系統、定位計算機、光纖、交換機、總線、網關、參考節點、目標節點。

所述參考節點布置于巷道壁上部，參考節點用于接收目標節點RSS特征信號和時間差數據并打包為目標節點信息，目標節點與參考節點的無線通信采用IEEE 802.15.4協議，參考節點將目標節點信息發送至相鄰參考節點或網關，以電磁波為通信介質，采用IEEE802.15.4 等協議。每個參考節點能夠接收相鄰參考節點發送的目標節點信息并轉發至相鄰的另一個參考節點，接力轉發目標節點信息至網關處。

所述時間差數據是指本系統中目標節點周期性向巷道壁發射超聲波，超聲波信號在遇到巷道壁后反射，目標節點接收反射的超聲波，記錄發射和接收的時間差并發送給參考節點。

所述網關布設在巷道一端的端點處，保證網關和最鄰近的參考節點的距離在兩者無線通信的范圍內。

所述網關通過總線與交換機相連，網關將接收到的目標節點信息發送至交換機。

所述交換機與網關和定位計算機相連，交換機接收網關發送的目標節點信息并發送至定位計算機，交換機與定位計算機通過光纖相連。

所述定位計算機與交換機和地面監控系統相連，用于處理交換機發送的目標節點信息，確定目標節點位置，并將位置信息通過光纖傳送至地面監控系統。

所述地面監控系統由多臺計算機和服務器組成，負責監控井下工作人員位置信息和語音通信、監測井下各區域CO含量、O₂含量以及溫度。

進一步地，所述目標節點包含處理器、存儲器、電磁波發射器、超聲波收發器、蜂鳴器、傳感器模塊、電源。識別碼存放于存儲器中，每個目標節點對應一個識別碼，識別碼與攜帶目標節點的人員身份或設備名稱相對應。