CN102635406B - 一种井下定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下定位方法。本发明井下定位方法包括步骤1：安装位置信息采集器、数据传输装置、RFID射频识别卡和监控设备；步骤2：绘制井下隧道图；步骤3：各RFID射频识别卡发送带有其编号的无线信号；步骤4：位置信息采集器接收无线信号，记录该无线信号的信号强度，并在接收的无线信号中加入信号强度及其编号，然后发送到数据传输装置；步骤5：数据传输装置接收并存储数据包后将数据发送至监控设备；步骤6：监控设备对照数据库中记录的数据，按照自适应定位方法定位。本发明方法据两个已知距离的位置信息采集器接收的信号强度比，计算RFID射频识别卡的具体位置，消除了不同环境下无线信号衰耗带来的误差，定位精度高。

Description

一种井下定位方法

技术领域

本发明属于井下定位技术领域，特别是一种井下定位方法。

背景技术

矿井下工作环境恶劣，地质情况复杂，随时可能充斥各种有害气体，透水及冒顶等危险事故也可能随时发生，然而矿井下复杂的环境决定了不是所有的情况都能够采用设备检测或者预计到。所以当矿井出现危险事故时，需要通过有效的井下定位方法准确、快速地掌握井下工作人员的准确位置、环境情况，及时与被困人员沟通信息，以利于高效的抢救被困人员，保证井下工作人员的生命安全。

现有的井下定位方法的原理是：定位卡安装于井下工作人员身上，多个位置信息采集装置分别安装于井下不同位置，定位卡发出的无线信号被其相邻的位置信息采集装置接收，同时位置信息采集装置可以判断出接收到的无线信号的信号强度，然后通过数据传输线输送到监控设备，监控设备根据位置信息采集装置接收到的无线信号的信号强度测算出该定位卡与该位置信息采集装置的距离（信号强度与距离有关，距离越近，接收到的信号强度越强，距离越远，接收到的信号强度越弱），进而计算出携带该定位卡的井下工作人员的具体位置。位置信息采集装置根据信号强度测算定位卡与其的距离的方法是：将定位卡安装于井下某确知位置，测量出该定位卡与位置信息采集装置的距离，利用该定位卡向位置信息采集装置发送信息，根据位置信息采集装置接收到的信号强度，建立距离与信号强度的关系式，工作中根据该距离与信号强度的关系式便可测算出定位卡与位置信息采集装置的距离。

采用上述井下定位方法可以测算出携带定位卡的井下人员的大致位置。但是物体对无线电波的吸收与反射，会造成无线信号的衰减，且不同物体（介质）下信号衰减程度不同，在同一距离、不同环境下，位置信息采集装置接收到的信号强度不同，进而测算出的距离不同。现有定位方法将在一个环境下测试所得的距离与信号强度的关系式应用于井下各种环境，所以测算得出的距离不准确，定位精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的定位精度不高的不足，提供一种井下定位方法，该井下定位方法能够消除不同环境无线信号衰耗带来的误差，定位精度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种井下定位方法，包括以下步骤：

步骤1：安装位置信息采集器、数据传输装置、RFID射频识别卡和监控设备；

步骤2：通过绘图工具绘制出井下隧道图，并根据各位置信息采集器的位置，在井下隧道图中标示出各位置信息采集器的位置，并存储在监控设备的数据库中；

步骤3：各RFID射频识别卡按照一定时间间隔发送含有该RFID射频识别卡编号的无线信号；

步骤4：位置信息采集器接收与其连接的RFID射频识别卡发送的无线信号，记录该无线信号的信号强度，并在接收的无线信号中加入信号强度及该位置信息采集器的编号，然后通过CAN总线发送到数据传输装置；

步骤5：数据传输装置接收并存储各位置信息采集器发送的数据，然后通过数据传输线将数据发送至监控设备；

步骤6：监控设备接收各数据传输装置发送的数据后，对照数据库中记录的数据，按照自适应定位方法进行定位操作。

进一步的，所述步骤1中包括以下步骤：

①在井下巷道按一定距离安装位置信息采集器，并将各位置信息采集器的编号及相应的井下位置记录在监控设备的数据库中；

②在井下巷道按一定位置安装数据传输装置，每个数据传输装置通过CAN总线与其附近的多个位置信息采集器连接，将各数据传输装置的编号及相应的井下位置记录在监控设备的数据库中；

③将监控设备安装于井上，并通过数据传输线实现监控设备与多个位置信息采集器连接；

④每个井下人员或移动物体安装一个RFID射频识别卡，并将各个RFID射频识别卡的编号及携带该RFID射频识别卡的井下人员或移动物体的信息记录于监控设备的数据库中；

进一步的，所述步骤3中，所述一定时间间隔为1秒。

进一步的，所述步骤3中，所述各RFID射频识别卡发送的无线信号通过ZIGBEE网络传输至位置信息采集器。

进一步的，所述步骤5中，数据传输装置接收并存储各位置信息采集器发送的数据包的方法是：采用数据总线帧听方法，数据传输量大的位置信息采集器优先存储。

进一步的，所述步骤6中，所述自适应定位方法为：根据两个已知距离的位置信息采集器接收的同一RFID射频识别卡发出的无线信号的信号强度之比，按照SA:SB= Y:X，计算出该RFID射频识别卡与两个位置信息采集器的距离，进而计算出该RFID射频识别卡的具体位置，其中，SA为该RFID射频识别卡到位置信息采集器A的距离，SB为该RFID射频识别卡到位置信息采集器B的距离，X为位置信息采集器A接收到该RFID射频识别卡的无线信号强度，Y为位置信息采集器B接收到该RFID射频识别卡的无线信号强度。

利用信号强度比来消除不同环境下无线信号衰耗带来的误差，使得定位精度高。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明井下定位方法，根据两个已知距离的位置信息采集器接收到的信号强度比，计算RFID射频识别卡的具体位置，仅根据信号强度来进行距离计算，避免了使用一个环境下测试所得的距离与信号强度的关系式应用于井下各种环境，消除了不同环境下无线信号衰耗带来的误差，使得定位精度高。

2、本发明井下定位方法还采用数据帧听技术和ZIGBEE技术，使得井下人员或移动物体定位实效性强，实现了高可靠性、高稳定性数据传输。

附图说明：

图1为实施例中定位示意图。

图中标记：11-第一位置信息采集器，12-第二位置信息采集器，13-第三位置信息采集器，14-第四位置信息采集器，51-携带RFID射频识别卡的井下人员，61-CAN总线。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本实施例列举的井下定位方法，包括以下步骤：

步骤1：安装位置信息采集器、数据传输装置、RFID射频识别卡和监控设备，具体为：

①井下每条巷道按一定距离（如40米）安装位置信息采集器，每两条或两条以上巷道交接处安装位置信息采集器，并将各位置信息采集器的编号及相应的井下位置记录在监控设备的数据库中；根据井下环境，各相邻两个位置信息采集器之间的距离可以不同；

②在井下巷道按一定位置（如100米）安装数据传输装置，每个数据传输装置通过CAN总线与其附近的多个位置信息采集器连接，将各数据传输装置的编号及相应的井下位置记录在监控设备的数据库中；根据井下环境，各相邻两个位数据传输装置之间的距离可以不同；

③将监控设备安装于井上，并通过数据传输线实现监控设备与多个位置信息采集器连接；

④每个井下人员或移动物体安装一个RFID射频识别卡，并将各个RFID射频识别卡的编号及携带该RFID射频识别卡的井下人员或移动物体的信息记录于监控设备的数据库中；

步骤2：通过绘图工具（如AUTOCAD）绘制出井下隧道图，并根据各位置信息采集器的位置，在井下隧道图中标示出各位置信息采集器的位置，并存储在监控设备的数据库中；

步骤3：各RFID射频识别卡每隔1秒发送含有该RFID射频识别卡编号的无线信号，各RFID射频识别卡发送的无线信号通过ZIGBEE网络传输至位置信息采集器；

步骤4：位置信息采集器接收与其连接的RFID射频识别卡发送的无线信号，记录该无线信号的信号强度，并在接收的无线信号中加入信号强度及该位置信息采集器的编号，然后通过CAN总线发送到数据传输装置；

步骤5：数据传输装置采用数据总线帧听方法，数据传输量大的位置信息采集器优先存储，接收并存储各位置信息采集器发送的数据，然后通过数据传输线将数据发送至监控设备；

步骤6：监控设备接收各数据传输装置发送的数据后，对照数据库中记录的数据，按照自适应定位方法进行定位操作，具体为：监控设备根据接收到的数据中的编号，从数据库中找出携带相应RFID射频识别卡编号的井下人员或移动物体信息；监控设备查询该编号RFID射频识别卡所经过的所有位置信息采集器，找出携带该编号RFID射频识别卡的井下人员或移动物体的行走路径；监控设备根据两个已知距离的位置信息采集器接收的同一RFID射频识别卡发出的无线信号的信号强度之比，按照SA:SB= Y:X，计算出该RFID射频识别卡与两个位置信息采集器的距离，进而计算出该RFID射频识别卡的具体位置，其中，SA为该RFID射频识别卡到位置信息采集器A的距离，SB为该RFID射频识别卡到位置信息采集器B的距离，X为位置信息采集器A接收到该RFID射频识别卡的无线信号强度，Y为位置信息采集器B接收到该RFID射频识别卡的无线信号强度。

如图1所示，第一位置信息采集器11、第二位置信息采集器12、第三位置信息采集器13通过CAN总线61连接。假设携带某编号RFID射频识别卡的井下人员51从第一位置信息采集器11，经过第二位置信息采集器12，再经过第三位置信息采集器13，走到第三位置信息采集器13与第四位置信息采集器14之间的某一位置（假设与第三位置信息采集器13的距离为30m）停下，现在需要对该井下人员51进行定位。

采用现有技术井下定位方法进行定位的方法是：根据该井下人员51的行走路径，选取第三位置信息采集器13进行准确位置计算，即，利用距离与信号强度关系式（假设该距离与信号强度关系式是在另一种环境下通过试验测试得到的，即，在本环境下采用该距离与信号强度关系式进行计算会产生信号衰耗误差），计算出该井下人员51到第三位置信息采集器13的距离是28m，则结合该井下人员51的行走路径可知道该井下人员51的位置。

采用本发明井下定位方法进行定位的方法是：根据第三位置信息采集器13和第四位置信息采集器14接收到的该井下人员51携带的RFID射频识别卡发出的无线信号的信号强度比，假设信号强度比为：第三位置信息采集器13接收的信号强度：第四位置信息采集器14接收的信号强度=2:3，第三位置信息采集器13和第四位置信息采集器14之间的距离为50m，计算出该井下人员51到第三位置信息采集器13的距离为30m，再结合该井下人员51的行走路径准确定位该井下人员51的位置。

通过比较两种方法可知，采用现有井下定位方法井下定位，与该井下人员51的实际位置存在2m的误差，采用本发明方法计算出该井下人员的位置与实际位置一致。

本发明井下定位方法根据两个已知距离的位置信息采集器接收到的信号强度比，计算RFID射频识别卡的具体位置，避免了使用一个环境下测试所得的距离与信号强度的关系式应用于井下各种环境，消除了不同环境下无线信号衰耗带来的误差，使得定位精度高。

Claims (1)

1.一种井下定位方法，其特征在于，该井下定位方法包括以下步骤： 

步骤1：安装位置信息采集器、数据传输装置、RFID射频识别卡和监控设备，具体为： 

①井下每条巷道按一定距离安装位置信息采集器，每两条或两条以上巷道交接处安装位置信息采集器，并将各位置信息采集器的编号及相应的井下位置记录在监控设备的数据库中； 

②在井下巷道按一定位置安装数据传输装置，每个数据传输装置通过CAN总线与其附近的多个位置信息采集器连接，将各数据传输装置的编号及相应的井下位置记录在监控设备的数据库中； 

③将监控设备安装于井上，并通过数据传输线实现监控设备与多个位置信息采集器连接； 

④每个井下人员或移动物体安装一个RFID射频识别卡，并将各个RFID射频识别卡的编号及携带该RFID射频识别卡的井下人员或移动物体的信息记录于监控设备的数据库中； 

步骤2：通过绘图工具绘制出井下隧道图，并根据各位置信息采集器的位置，在井下隧道图中标示出各位置信息采集器的位置，并存储在监控设备的数据库中； 

步骤3：各RFID射频识别卡每隔1秒发送含有该RFID射频识别卡编号的无线信号，各RFID射频识别卡发送的无线信号通过ZIGBEE网络传输至位置信息采集器； 

步骤4：位置信息采集器接收与其连接的RFID射频识别卡发送的无线信号，记录该无线信号的信号强度，并在接收的无线信号中加入信号强度及该位置信息采集器的编号，然后通过CAN总线发送到数据传输装置； 

步骤5：数据传输装置采用数据总线帧听方法，数据传输量大的位置信息采集器优先存储，接收并存储各位置信息采集器发送的数据，然后通过数据传输线将数据发送至监控设备； 

步骤6：监控设备接收各数据传输装置发送的数据后，对照数据库中记录的数据，按照自适应定位方法进行定位操作，具体为：监控设备根据接收到的数据中的编号，从数据库中找出携带相应RFID射频识别卡编号的井下人员或移动物体信息；监控设备查询该编号RFID射频识别卡所经过的所有位置信息采集器，找出携带该编号RFID射频识别卡的井下人员或移动物体的行走路径；监控设备根据两个已知距离的位置信息采集器接收的同一RFID射频识别卡发出的无线信号的信号强度之比，按照SA:SB＝Y:X，计算出该RFID射频识别卡与两个位置信息采集器的距离，进而计算出该RFID射频识别卡的具体位置，其中，SA为该RFID射频识别卡到位置信息采集器A的距离，SB为该RFID射频识别卡到位置信息采集器B的距离，X为位置信息采集器A接收到该RFID射频识别卡的无线信号强度，Y为位置信息采集器B接收到该RFID射频识别卡的无线信号强度。