CN101650434A - 具有准确定位功能的矿井人员定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有准确定位功能矿井人员定位系统，由巷道相邻安装的免维护射频地点标签自动发送地点信息·地点设备ID信息，作业人员携带的射频转发器自动接收地点信息·地点设备ID信息后并将人员ID信息·携带设备ID信息一同转发到远距离的有线网络通讯器，由其传送至地面的管理计算机，既实现实时而准确的人员定位，又不增加系统的设备成本和系统维护成本，解决了现有矿井人员定位系统要提高人员定位的准确性，必须大幅度增加系统设备成本投入和伴随的系统维护成本升高的难题。

Description

具有准确定位功能的矿井人员定位系统

技术领域

本发明涉及人员定位，特指一种具有准确定位功能的矿井人员定位系统。

背景技术

当前，在煤矿安全生产中广泛使用井下人员定位系统产品，其原理是在井下各检查地点安置具有有线网络通讯功能的网络通讯器，由井下作业人员携带能够自动重复发射包含身份(ID)信息的射频身份标签，当作业人员走到网络通讯器附近时，网络通讯器接收到ID信息后并将之传送到地面管理计算机，其管理软件的图形界面便实时显示该作业人员所在矿井的位置。

作业人员携带的射频身份标签设计一般采用一次性电池供电，为延长电池的使用寿命(通常使用两年)，射频身份标签采用微功率输出，为此，与网络通讯器的通讯距离均在十米左右。而煤矿井下的巷道各部份加在一起总长有的超十千米以上，大多数也有几千米，要实现精确定位，就需要安装大量的网络通讯器，例如，一个十千米的总长巷道，如果需要做到十米左右的定位精度，就需要安装500套以上的网络通讯器设备，其配套有电源适配器和停电状态继续保持正常工作的后备储电池，这将是一笔巨大的设备成本投入，而且，还需要进行大量的布线和安装工程。基于上述原因，现有的矿井人员定位系统一般只在进入各作业工作面的出入口，或者，在巷道的分岔路口处设置网络通讯器，或者，在一条长巷道中按几百米一段分段设置网络通讯器，以求降低系统成本投入，但为此带来人员定位精度误差过大的问题，一般出现上百或几百米的误差，以致在巷道的大部份区域内无法准确判定作业人员具体位置的情况，不利于安全生产。

为了解决无法准确判定作业人员准确位置的问题，有的矿井人员定位系统采用加大射频身份标签的输出功率，使之能传送更远的ID信号，例如，使网络通讯器能够识别200米范围内的射频身份标签的ID信息，并试图由网络通讯器根据接收到的ID信号强度判断双方之间的距离，希望以此确定作业人员的准确位置。但是，由于井下巷道的射频通讯条件复杂，影响无线电波传输的因素很多，比如，巷道的大小、弯曲度、空气湿度、巷道是否有水，坡的斜度、通讯频率和环境设备的干扰因素等，都会对射频通讯距离(信号强度)产生影响，此外，人体的身体本身还会对无线电波产生吸收作用，对于射频身份标签而言，即使在相同的地点位置，射频身份标签在人体身上的安置位置不同，或者，人体身体面向通讯对象的方向不一样，网络通讯器收到的ID信息信号强度也会大不一样，因此，通过检测射频身份标签的信号强度来判断作业人员位置的方式存在很大的不确定性，换言之，此方法无法做到井下环境状态的人员准确定位。

发明内容

因此，本发明根据上述要求，目的在于提供一种矿井人员定位系统，其具有准确反映作业人员所处位置信息的功能，从而能够真正做到井下环境状态的人员准确定位，并可根据需要设定人员定位精度，在无需增加系统设备成本和系统维护成本的情况下，能够显著提高矿井人员定位系统的定位精度。

本发明是一种具有准确定位功能的矿井人员定位系统，其具有自动将作业人员所经过地点接收到的地点信息，或者，具有代表地点信息功能的信息发送设备的ID信息(简称地点设备ID信息，下同)，通过其随身携带的转发设备无线通讯传送到远距离的有线网络通讯终端的功能，而且，在转发过程中，加载有所述转发设备的ID信息(简称携带设备ID信息，下同)，或者，加载作业人员的ID信息，形成包含有地点信息·地点设备ID信息和人员ID信息·携带设备ID信息的复合定位信息，并由有线网络通讯终端将该复合定位信息传送至地面的管理计算机，实现井下人员准确定位。此外，通过转发方式将复合定位信息发送到远距离的有线网络通讯终端，既提高了作业人员的定位精度，又能减少设置有线网络通讯终端的数量，降低系统的设备成本和使用维护成本。

本发明的矿井人员定位系统在矿井的巷道上间隔距离安置多个射频地点标签，其具有周期性重复发送所属地点信息·地点设备ID信息的功能，为经过的作业人员提供准确的跟踪定位地点信息。而且，通过调节射频地点标签的信号覆盖范围(信号发射功率)和射频地点标签相邻的安置距离便可方便实现人员定位精度的调节，例如，射频地点标签发送的地点信息信号覆盖范围为10米，相邻射频地点标签的安置距离为20米，就能实现小于10米的定位精度。

本发明的矿井人员定位系统具有准确定位的功能并无需增加系统设备成本和的维护工作量，其射频地点标签所发送的地点信息·地点设备ID信息具有极小的占空比，从而大幅度延长供电电池的使用寿命而无需额外的维护工作，例如，假设射频地点标签工作在2.4G的工作频率，另采用1000mAH的长效电池供电，如发射信号时的工作流为10mA，按每五秒发送一次地点信息信号，其发送信号过程需要占用的时间为1ms，则该电池可以连续工作5年以上，期间无需更换电池等维护工作。此外，本发明中的射频地点标签由于无需布线供电工作，方便随意安装和使用。

本发明的矿井人员定位系统具有由作业人员随身携带射频转发器将接收到的地点信息·地点设备ID信息无线通讯转发至远距离的有线网络通讯器的功能，具有将接收到的地点信息·地点设备ID信息加载射频转发器的ID信息，或者，加载作业人员的ID信息后形成的复合定位信息转发送到远距离的网络通讯器的功能。为此，本发明中的射频转发器具有一只近程射频通讯模块和一只远程射频通讯模块，其近程射频通讯模块为微功率通讯模块，具有近距离范围内(如10～20米范围)自动接收所经过地点的射频地点标签发送的地点信息·地点设备ID信息的功能。而远程射频通讯模块负责将加载有携带设备ID信息，或者，作业人员的ID信息后形成的复合定位信息发送到远距离的网络通讯器。此外，还可通过加大远程射频通讯模块的输出功率和选择适合的通讯频率实现更远距离的通讯(如500米或以上)，从而最大限度地减少网络通讯器的数量，降低系统设备的成本。另外，在本发明的射频转发器工作过程中，为便于使用者了解其转发信号的工作状态，设置有工作状态显示器，该显示器即可使用LED指示灯进行简单的工作状态指示，例如，发生数据通讯时LED指示灯闪烁。另外，也可以使用具有更多信息显示功能的液晶显示器(LCD)，例如，将接收到地点信息直接显示出来。

本发明的矿井人员定位系统具有将准确的人员定位信息传输到地面管理计算机的功能，具有射频通讯和有线网络通讯双重通讯功能的网络通讯器，其具有接收射频转发器发送的复合定位信号的射频通讯模块，并通过安置在井下的有线通讯网络将复合定位信号传送至地面的管理计算机。另外，为通用接入井下各种常用的有线网络中使用，本发明中的网络通讯器可通过选择相应的接口器件(适配器)，便能与RS-485总线网络，或CAN总线网络，或光纤网络进行通讯。此外，为便于检查网络通讯器的工作状态，其设置有LED指示灯。

附图说明

图1是本发明实施例1中的射频地点标签内部各部位功能的方框图；

图2是本发明实施例1中的射频转发器内各个功能部位的方框图；

图3是本发明实施例1中的网络通讯器内部各部位功能的方框图。

以下，参考附图对本发明的实施例进行说明。

在图1中，本实施例的射频地点标签由装载电子器件和电池的载体1、处理器2、存储器3、射频通讯模块4和电池5共同组成，其中，存储器3用于存储处理器2执行的应用程序和预先设置的地点信息·地点设备ID信息；处理器2控制射频通讯模块4将存储器3预先存储的地点信息·地点设备ID信息发送出去；电池5负责向处理器2、存储器3和射频通讯模块4提供电力支持。

在使用前首先需给本实施例设置一个身份(ID)号，或者，计划安置地点的地点信息，如地点编号、地点名称等，设置方法由计算机的专用管理软件设置好上述信息，并通过未图示的射频通讯适配器与射频通讯模块4建立通讯后将设置的信息下载保存在存储器3中。

在使用中，处理器2所执行的应用程序将存储器3保存的地点信息，或本实施例的ID信息，通过射频通讯模块4周期性循环向外发送，例如，应用程序设定按每5秒一次循环发送，每次发送信号占用的时间为1ms，发送完毕立即进入休眠省电模式，下一周期再自动唤醒工作，为此，大幅降低电池5的平均电力消耗，延长其使用寿命。

另外，可根据需要更换不同不同输出功率的射频通讯模块4，以达到调节本实施例的射频地点标签的信号覆盖范围以便实施定位精度调节。

在图2中，本发明实施例的射频转发器由装载电子器件和电池的载体1、处理器2、存储器3、近程射频通讯模块4、远程通讯模块5、LED指示灯6和电池7共同组成。其中，存储器3用于存储程序和数据，其数据包括设备本身的ID信息和近程射频通讯模块4接收到的地点信息·地点设备ID信息；远程射频通讯模块5用于与远距离的网络通讯器通讯；LED指示灯6用于指示本实施例的工作状态；处理器2执行应用程序和对近程射频通讯模块4、远程通讯模块5和LED指示灯实施控制；电池7负责向处理器2、存储器3、近程通讯模块4、远程通讯模块5和LED指示灯提供电力支持。

以下，对本实施例的射频转发器的工作过程进行说明。首先，在使用前需将本实施例的ID信息保存在存储器3中，该ID信息供地面管理计算机识别设备身份，对作业人员身份鉴别要求不高和情况下，该ID信息可作为作业人员的ID信息使用，ID信息的设置过程和方法与本实施例的射频地点标签的设置方法相同。

其次，在使用本实施例的射频转发器时，由作业人员随身携带，工作中经过安置有射频地点标签的地方时，近程射频通讯模块4自动接收射频地点标签发出的地点信息·地点设备ID信息，在处理器2的控制下将接收到的地点信息·地点设备ID信息保存在存储器3中，接下来，处理器2执行的应用程序将存储器3中此次保存的地点信息地点设备ID信息与前一次保存的地点信息·地点设备ID信息进行比较，在比较结果不一致的情况下，说明作业人员走入另外的定位信号区域，处理器2控制下的远程射频通讯模块5将存储器3保存的最新地点信息·地点设备ID信息和预先保存的自身ID信息向外发送，同时，删除存储器3中上一次保存的地点信息·地点设备ID信息。虽然，近程射频通讯模块4通常每几秒钟都会收到一次地点信息·地点设备ID信息，因采用了比较地点信息·地点设备ID信息并根据比较结果控制向外转发复合定位信息的机制，作业人员在一个定位信号区域内停留的时间不管长短，处理器2控制下的远程射频通讯模块5只发送一次复合定位信息，在充分满足井下人员定位管理需要的情况下，能够有效提高通讯信道的利用率。

另外，虽然本实施例的射频转发器转发和复合定位信息中代带作业人员身份的信息使用的是射频转发器自身的ID信息，同样也可以使用作业人员本人的ID信息，比如，使用前通过未图示的管理计算机设置后预先下载保存在存储器3中，供应用程序调用，也可以在近程通讯模块4接收到地点信息·地点设备ID信息后，由处理器2控制近程通讯模块4从作业人员携带的未图示的其它具有射频身份信息输出的装置中获取。

在本实施例中，指示工作状态的显示器虽然以LED指示灯6为例，但也可以根据需要使用其它具有告知工作状态的显示器，比如，使用具有图形和文字显示功能的液晶显示器，以获得更详细的工作状态显示信息。

在图3中，本发明实施例中的网络通讯器由装载电子器件的载体1、处理器2、存储器3、射频通讯模块4、CAN总线接口模块5、LED指示灯6和电源7共同组成。其中，存储器3用于存储应用程序和射频通讯模块4接收的复合定位信息；CAN总线接口模块5用于将接收到的复合定位信息通过CAN总线传送至未图示的地面管理计算机；LED指示灯6用于指示工作状态；处理器2执行应用程序和对LED指示灯进行控制；电源7负责向处理器2、存储器3、射频通讯模块4、CAN总线接口模块5和LED指示灯6提供电力支持。

以上，按照本实施例，由于具有以下功能：在矿井巷道中各地点安置免维护并自动发送地点信息·地点设备ID信息的射频地点标签，通过作业人员携带具有自动接收地点信息·地点设备ID信息的射频转发器，并将接收到的地点信息·设备ID信息加载自身的ID信息，或者，作业人员的ID信息后形成复合定位信息转发至远距离的网络通讯器，再由有线网络通讯器通过有线通讯网络将复合定位信息传送到地面的管理计算机实现人员定位跟踪管理。因为，传输到管理计算机中的复合定位信息除了人员ID信息·携带设备ID信息外，还包含有准确的地点信息·地点设备ID信息，从而使得本发明的矿井人员定位系统具有准确定位的功能。另外，还具有根据应用需要通过控制射频地点标签的信号发射功率和相邻安置间隔设定实现调节人员定位精度的功能。

而且，通过调节射频转发器中的远程射频通讯模块5的输出功率和选择合适的通讯频率，实现最大距离状态将复合定位信息传送至网络通讯器，减少网络通讯器的安装数量，减少系统设备成本和系统维护成本。

如以上所述，采用本发明，通过在井下巷道设置免维护并具有地点位置信息·地点设备ID信息指示功能的射频地点标签，并由作业人员携带具有远距离通讯功能的射频转发器将地点信息·地点设备ID信息和作业人员ID信息·携带设备ID信息实时传送到地面的管理计算机，使本发明的矿井人员定位系统能够最大限度地减少网络通讯器的数量和伴随的安装和维护工作量，既能实现准确的定位功能，又能降低系统设备的成本和使用维护成本，而且，还可根据需要方便调节定位精度，克服了现有的矿井人员定位系统要提高定位精度必须大幅度增加系统设备成本投人、安装工程投入和伴随增加的系统维护成本问题。另外，本发明中的射频转发器可与矿灯组合使用，并与矿灯共用电池，既解决作业人员的携带问题，可进一步降低射频转发器和系统设备的成本。

Claims (11)

1、具有准确定位功能的矿井人员定位系统，其特征在于，具有：

井下巷道相邻安置并具有射频发送所属地点的地点信息·地点设备ID信息信号的射频地点标签；

射频转发器，其由作业人员携带使用，负责接收地点信息·地点设备ID信息并加载人员ID信息·携带设备ID信息形成包含地点信息和人员ID信息·设备ID信息内容的复合定位信息，并将该信息执行远距离射频传输；

网络通讯器，其在矿井下分区域安置，负责接收射频转发器发送的复合定位信息，并将该信息通过有线通讯网络传输到地面管理计算机。

2、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，期特征在于，具有根据射频地点标签的信号输出功率和相邻的安装距离调节定位精度的功能。

3、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的地点标签具有自动周期性循环发射地点信息·地点设备ID信息信号的功能。

4、根据权利要求3所述的射频地点标签，其特征在于，所述的地点信息·地点设备ID信息信号的占空比小于0.01。

5、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的射频转发器具有一只接收地点信息·地点设备ID信息信号的近程射频通讯模块。

6、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的射频转发器具有一只将复合定位信息传送至远端网络通讯器的远程射频通讯模块。

7、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的射频转发器具有显示其工作状态的LED·LCD显示器。

8、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的网络通讯器具有接收射频转发器发送的复合定位信息的射频通讯模块。

9、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的网络通讯器具有通过RS-485总线、CAN总线和光纤通讯网络中的任何一种有线通讯方式传输数据的功能。

10、根据权利要求1所述的矿井人员定位系统，其特征在于，所述的网络通讯器具有指示其工作状态的LED指示灯。

11、一种矿井人员定位系统准确定位的有效管理方法，其特征在于，具有：

由射频地点标签周期性循环发送地点信息·地点设备ID信息信号的步骤；

由射频转发器接收上述地点信息·地点设备ID信息信号的步骤；

由射频转发器将接收到的地点信息·设备ID信息加载人员ID信息·携带设备ID信息形成复合定位信息的步骤；

由射频转发器将复合定位信息执行远距离射频发送的步骤；

由网络通讯器无线通讯接收复合定位信息的步骤；

由网络通讯器将接收到的复合定位信息通过有线网络传送到地面管理计算机的步骤。

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