CN102890767A - 基于射频识别技术的井下人员定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于射频识别技术的井下人员定位系统，包括标签读卡器、电子标签、交换机、上位机PC、中央显示屏和光纤。井下巷道内安装至少三台标签读卡器，标签读卡器通过射频电磁波与井下人员佩戴的电子标签建立连接，采用更加符合井下环境的电磁波传播模型和衰减指数将现有测距算法进行改进，标签读卡器根据改进后的测距算法精确测定井下人员与标签读卡器间距，将测量结果经交换机汇总后传至地面上位机PC，上位机PC将每三个相同识别符的间距值运用三边定位法准确获取每位井下人员坐标位置，将定位结果在中央显示屏中实时显示，为井上管理人员和即将下井作业的人员提供位置参考。改进后的系统和算法大幅提高定位精度，有效的解决了煤矿井下定位难的问题。

Description

基于射频识别技术的井下人员定位系统及方法

技术领域

本发明涉及一种射频通信定位系统及算法，具体是一种基于射频识别技术的测定井下人员位置的系统及算法，属测量定位的技术领域。该定位系统包括标签读卡器、电子标签、交换机、上位机PC、中央显示屏和光纤。

背景技术

针对瓦斯爆炸、井下透水等矿井多发事件的应急措施研究一直是人们关心的焦点，事故发生后如何在有限时间内快速准确的确定井下被困人员位置是个亟待解决的问题。射频识别(RFID)技术以其灵敏度高、非视距非接触、低功耗低成本等优点从众多定位技术中脱颖而出，其主要特点很好的解决了煤矿井下定位难的问题，但是现有应用RFID技术设计出的井下人员定位系统存在许多不足，首先，定位系统没有很好的解决多个电子标签同时进入标签读卡器后的准确识别问题；标签读卡器在井下复杂环境中工作时对电磁串扰现象如何防护；以及读卡器天线发射的电磁波辐射范围能否覆盖所有待测人员等问题。其次，定位算法没有考虑传输电磁波由于特殊原因导致衰减损耗的情况，原因在于井下施工中常见爆破用雷管网路，该网路可起到接收天线的作用，会吸收一定电磁波能量，当通信电磁波传至该网路周围时部分电磁能量将被吸收损耗，从而很大程度上影响信号传输功率的测定，进而导致定位距离存在偏差，使测得人员位置坐标与实际坐标不符，严重影响井下救援工作。因此，研究一种新的井下RFID人员定位系统及算法势在必行。

中国专利申请号201120008418.9，公开日2011.07.27，公开了一种无线井下人员定位读卡器系统，该系统包括主控模块、无线收发模块、总线通讯模块、串口模块，主控模块分别与无线收发模块、总线通讯模块、串口模块连接，无线收发模块跟踪到井下人员携带的电子标签信号后，由主控模块读取信息通过总线通讯模块将读卡器的定位信息和定位电子标签的信息通过通讯总线发送到上位机，从而实现井下人员的定位信息的读取和传输，通过串口模块实现计算机和读卡器之间的定位信息的设置和ID号的设置。该系统结构简单，没有考虑多个电子标签的识别号同时进入读卡器之后的防碰撞处理，从而导致读卡器无法准确识别电子标签对应的井下人员，造成定位混乱。

中国专利申请号200610051840.6，公开日2006.11.08，授权日2009.9.16，公开了一种井下人员定位救援系统及井下人员定位方法，特点是它包括由多个沿矿道布置的无线监测节点组构成的无线监测节点网络和矿工随身佩带的无线跟踪器，无线监测节点组由分别设置在矿道的两侧和顶部三个无线监测节点构成，优点是无需事先已知井下地理信息，利用井下无线网络自动构建矿工、无线监测节点自动三维定位系统，无需增加有线电缆，就能随时监测矿工的具体位置。但是该定位方法没有考虑在井下实际工作应用时，巷道中存在的雷管网路会吸收来自无线监测节点网络发射的电磁波能量，造成跟踪器与监测节点间传送的实际信号功率较原始功率有所衰减，导致定位坐标不准确。

鉴于此，当前煤矿井下迫切需要一种新的人员位置坐标测定系统及算法。本发明将现有RFID定位系统及算法进行改进，将改进后的系统应用于井下人员的位置坐标测定中。

发明内容

为了克服现有井下无线射频识别定位系统及方法的测定精度低，鲁棒性差，测量范围小等缺点，本发明提供一种射频通信定位系统及算法，具体是一种基于射频识别技术的测定井下人员位置的系统及算法，通过使用高速数字信号处理芯片、增加防碰撞处理模式、将标签读卡器置于金属防护外壳中以及在标签读卡器射频模块中使用多天线等方式将系统进行优化；将算法改进为采用更加符合井下环境的电磁波传播模型和衰减指数精确计算标签读卡器与人员佩戴的电子标签间距，应用三边定位法准确获取井下人员位置坐标，大幅提高定位精度。

本发明采用的技术方案是：

基于射频识别技术的井下人员定位系统，包括标签读卡器、电子标签、交换机、上位机PC、中央显示屏和光纤，其特征在于井下巷道内安装固定至少三台标签读卡器，标签读卡器通过射频电磁波与井下人员佩戴的电子标签建立连接，标签读卡器根据测距算法测定井下人员与标签读卡器间距，将测量结果通过通信总线传至井下交换机，经交换机汇总后通过光纤传至地面上位机PC，上位机PC依据电子标签识别符将所有上传数据整合归类，将每三个相同识别符的间距值运用三边定位公式依次计算每位井下人员坐标，将定位结果连同人员基本信息统一存入服务器中，并在中央显示屏中实时显示，为井上管理人员和即将下井作业的人员提供位置参考。

所述的井下人员定位系统，标签读卡器包括以下模块：微控制模块、数据处理模块、存储模块、计时模块、射频模块、接口电路、显示模块；电子标签包括以下模块：微控制模块、检测模块、防碰撞模块、存储模块、电压控制模块、调制模块、射频模块、时钟发生模块。

所述的井下人员定位系统，标签读卡器的数据处理模块包括数字信号处理器、解调器和冗余校验器；存储模块包括内部数据存储器、高压产生器和模式寄存器；射频模块采用符合ISO/IEC 18000-6协议的标准芯片，射频天线端采用了多根全向天线。

所述的井下人员定位系统，电子标签的电压控制模块包括限幅电路和电压基准器；调制模块包括调制器、包络检波器、脉冲整形器和16MHz晶振；防碰撞模块包括随机数发生器和时隙计数器；时钟发生模块包括定时器和时钟发生器。

所述的井下人员定位系统，每台标签读卡器相隔直线距离保持在3米以上，从而确保工作中标签读卡器间的串扰防护能力；标签读卡器置于一个金属防护外壳中，该外壳具有防腐蚀性气体、耐重压以及防爆等作用。

所述的井下人员定位系统及方法，电子标签增加了防碰撞模块与算法，模块由随机数发生器RNG单元和时隙计数器构成，用于为电子标签和标签读卡器在规定时刻内随机产生初值；算法采用标签读卡器分时隙读取电子标签的原理，通过判断电子标签设定的时隙值与标签读卡器时隙值是否同为N(N为发生器随机产生的整数值)，若相同则验证此时标签读卡器中的电子标签间是否发生碰撞，如果碰撞则将每个电子标签的时隙计数器按标签进入读卡器时的顺序加1，从而按照[N+1，N+2...N+n](n为自然数)的顺序分别与标签读卡器建立连接；若电子标签与标签读卡器时隙值不同为N则电子标签时隙值加1，在第N+1时隙时刻重新判断与标签读卡器设定的时隙初值是否相同。

所述的井下人员定位系统及方法，针对煤矿井下存在的雷管爆破网路吸收通信电磁波这一特殊现象，采用符合井下环境的电磁波传播模型和衰减指数将现有测距算法进行改进，考虑井下巷道存在一定面积的雷管爆破网路，电子标签传回至标签读卡器的反射波能量有部分被该网路吸收，采用低衰减度的传输线模型作为电磁波传播时的载体，得出爆破网路吸收的电磁波能量P_RL为

其中P_TX为标签读卡器发射的载波功率能量；

为方向性系数；δ为电磁波衰减指数；d_ni(n＝1，2，...)为每台标签读卡器与电子标签的距离值；λ为电磁波长；经过爆破网路吸收后电子标签反射回标签读卡器的实际电磁波辐射能量P_RS为

该式为改进后的求解标签读卡器与电子标签间距的算法，其中

为改进前的未考虑电磁波损耗时的电子标签反射回标签读卡器的辐射能量；G_RX为标签读卡器天线增益；σ为天线散射截面；f₀为标签读卡器工作频率；c为光速；将已知参数代入改进后公式可求解间距d_ni的值。

所述的井下人员定位系统及方法，上位机PC将得到的间距值整合归类，将每三个相同电子标签识别符的间距值运用三边定位公式 $\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x_1-x_i)}^2+{(y_1-y_i)}^2+{(z_1-z_i)}^2}\\ ...\\ \sqrt{{(x_n-x_i)}^2+{(y_n-y_i)}^2+{(z_n-z_i)}^2}\end{array}\right.=\left\{\begin{array}{c}{d}_{1i}\\ ...\\ d_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ 最终确定每位井下人员位置坐标(x_i，y_i，z_i)，式中(x_n，y_n，z_n)n＝1，2，...为事先设定好的标签读卡器位置坐标。

本发明有以下4点有益效果。

1.精确度高。本发明系统基于射频识别与电磁波通信技术，通过标签读卡器发射和接收电磁波能量，将现有电磁波测距算法进行改进，采用更加符合井下环境的电磁波传播模型和衰减指数精确测定标签读卡器与电子标签间距，应用三边定位法获取井下人员位置坐标，精确度高。

2.识别度高。本发明在电子标签中加入防碰撞模块，该模块起到防止电子标签间不合理碰撞导致标签读卡器不能准确识别每位井下人员所在位置的作用，时隙计数器在随机数发生器的控制下计数，可以有效的将进入标签读卡器识别范围内的电子标签分配到不同时隙中分别读取，确保读出的每位井下人员位置信息不混淆，识别度高。

3.鲁棒性好。本发明的标签读卡器置于一个金属防护外壳中，该外壳具有防腐蚀性气体、耐重压以及防爆等作用。此外，将多台标签读卡器相隔直线距离保持在3米以上，从而确保工作中标签读卡器间的串扰防护能力，读卡器与读卡器间互不干扰，鲁棒性好。

4.结构合理、快速高效。本发明主要由标签读卡器、电子标签、交换机、上位机PC及中央显示屏组成，结构合理；标签读卡器将电子标签的回波信号提取后，通过高速数字信号处理芯片计算标签读卡器与电子标签间距，将计算结果通过光纤实时快速传至上位机PC进行后续处理，快速高效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明系统的井下定位原理图。

图2是改进型人员定位算法示意图。

图3是人员位置坐标曲面对比图。

图4是电子标签防碰撞原理图。

图5是标签读卡器硬件结构图。

图6是电子标签硬件结构图。

图中1.标签读卡器，2.电子标签，3.交换机，4.井下人员，5.雷管爆破网路，6.巷道，7.光纤，8.上位机PC，9.服务器，10.中央显示屏。

具体实施方式

在图1所示实施例中，本发明系统在井下巷道(6)事先设定的坐标点安装固定至少三台矿用本安型标签读卡器(1)，三台标签读卡器(1)为一个测量点，实际工程中根据精度需要可增加标签读卡器(1)数量；将标签读卡器(1)置于金属防护外壳中，且每个标签读卡器之间相隔直线距离保持在3米以上。电子标签(2)内置于井下人员(4)佩戴的安全帽内，供电设备采用矿灯的携带式充电电池供电。巷道中用于爆破的雷管爆破网路(5)不均匀分布在标签读卡器(1)和井下人员(4)周围，当通信电磁波传至该网路周围时部分电磁能量将被吸收损耗。标签读卡器(1)与电子标签(2)采用符合ISO/IEC 18000-6协议标准的无线通信模式进行连接，标签读卡器(1)按系统设定的搜索周期通过射频天线搜索附近的电子标签(2)；同时在定时器NE555(602)芯片的作用下处于休眠的电子标签(2)被激活，进入预备状态。搜索到信号后电子标签检测器MT8989D(603)将电子标签(2)检测信号的状态由1置换成0，则电子标签发送申请连接信号至标签读卡器(1)，标签读卡器(1)将申请信号进行解调制，并通过冗余校验器CRC-16(510)检验信号的准确性，如果存在错误，标签读卡器(1)会停止响应，说明此时有多个电子标签(2)同时与标签读卡器建立连接，则转入防碰撞处理模式，确保标签读卡器与单一电子标签进行通信。建立了标签读卡器与电子标签的单独通信后，标签读卡器(1)向电子标签(2)发送读数据命令，命令携带标签读卡器载波功率能量，电子标签(2)接收到标签读卡器载波能量信号后做出应答，将32位电子识别符和设备工作参数反射回标签读卡器(1)，标签读卡器接收回波信号并提取载波信息，标签检测器(603)检测信号的状态由0置换成1，通信完成。如此往复使得标签读卡器(1)与所有电子标签(2)建立通信并逐一提取载波信息，提取的参数通过标签读卡器(1)中的数字信号处理芯片TMS320C203(502)进行数据运算，计算出的电子标签(2)与标签读卡器(1)间距值备份在内部数据存储器EEPROM(503)中，电子标签与标签读卡器的间距值即为井下人员(4)与标签读卡器的间距值；同时使用通信总线将计算结果传至井下交换机(3)中，交换机(3)将所有间距值汇总后通过光纤(7)传至地面上位机PC(8)，上位机PC(8)依据电子标签识别符将所有上传间距结果整合归类，将每三个相同识别符的间距值代入三边定位公式依次计算每位人员的坐标，将定位结果连同人员基本信息统一存入服务器(9)中，并在中央显示屏(10)中实时显示，为井上管理人员和即将下井作业的人员提供位置参考。

在图2所示实施例中，标签读卡器(1)通过无线射频通信与井下人员(4)佩戴的电子标签(2)建立连接，通过测量电子标签的回波能量从而计算与其相隔距离的大小。现有的求解电子标签(2)与标签读卡器(1)间距公式为

式中P_RX为电子标签反射至标签读卡器的回波能量；G_RX为标签读卡器天线增益；P_TX为标签读卡器发射的载波功率能量；σ为电子标签的天线散射截面；c为光速；f₀为标签读卡器工作频率；d_ni(n＝1，2，...)为所求不同的电子标签(2)与标签读卡器(1)之间距离。将标签读卡器收发功率能量、天线增益、工作频率及散射截面参数代入间距公式，可求得每台标签读卡器与不同电子标签间距d_ni的值，将每三个相同电子标签识别符的间距值代入三边定位公式 $\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x_1-x_i)}^2+{(y_1-y_i)}^2+{(z_1-z_i)}^2}\\ ...\\ \sqrt{{(x_n-x_i)}^2+{(y_n-y_i)}^2+{(z_n-z_i)}^2}\end{array}\right.=\left\{\begin{array}{c}{d}_{1i},\\ ...\\ d_{\mathrm{ni}},\end{array}\right.$ 可最终确定井下人员(4)位置坐标(x_i，y_i，z_i)，式中(x_n，y_n，z_n)n＝1，2，...为事先设定好的标签读卡器位置坐标。在此基础上，对测距算法进行改进。考虑井下巷道存在雷管爆破网路(5)的情况，该网路可起到接收天线的作用，电子标签传回至标签读卡器的反射波能量有部分被爆破网路(5)吸收，采用低衰减度的传输线模型作为电磁波传播时的载体，得出爆破网路吸收的电磁波能量P_RL为

式中

为天线的方向性系数；δ为电磁波衰减指数；λ＝c/f₀为电磁波长；衰减指数δ为该式中较为重要的参数，与电磁波在自由空间传播的电容率、介质板电容率、导磁率、传输线相位常数、角速度和介质板间厚度有关，根据该系统应用在井下实际巷道的宽度及环境状况，取定值求解衰减指数，将其化简为与工作频率相关的近似关系式为

则经过爆破网路吸收后电子标签反射回标签读卡器的实际电磁波辐射能量

该式为改进后的电子标签传至标签读卡器的电磁波辐射能量值算法，将已知参数代入改进后公式可求解间距d_ni的值，最终将改进后的间距值代入三边定位公式可更加精确确定井下人员(4)位置坐标(x_i，y_i，z_i)。

在图3所示实施例中，应用matlab仿真软件绘制定位算法改进前后井下人员位置坐标曲面图，图3(a)为改进前的井下人员坐标曲面图，图3(b)为改进后的井下人员坐标曲面图。图中选取的仿真参数均为工程中应用的典型参数，包括标签读卡器坐标(x_n，y_n，z_n)n＝1，2，...、被吸收能量P_RL、天线增益G_RX、散射截面σ、方向性系数

工作频率f₀六项设备性能参数，以及发射功率P_TX、回波功率P_RX二项设备测定参数，其中三台标签读卡器的位置坐标(x_n，y_n，z_n)取值为(4，5，50)、(10，11，50)、(20，30，50)；P_RL取最高限度值380mW；G_RX取值为20dBi；σ取值为188.9m²；

取值为8.45dBi；f₀取值范围是0MHz-600MHz，当P_TX为8W时三台标签读卡器测得P_RX值分别为4W、2.7W、8W；当P_TX为10W时测得P_RX值分别为5W、10W、3.3W；当P_TX为12W时测得P_RX值分别为12W、6W、4W；当P_TX为15W时测得P_RX值分别为7.5W、15W、5W。由曲面图形状可以看出，算法改进前后人员位置坐标变化是明显的，举例说明当P_TX分别为8W和10W，f₀为100MHz时，算法改进前井下人员坐标为(42，49，50)和(44，49，50)，算法改进后坐标变为(53，39，50)和(30，62，50)，改进前后坐标直线距离相差接近18m；当P_TX分别为12W和15W，f₀为200MHz时，算法改进前井下人员坐标为(37，47，50)和(38，47，50)，算法改进后坐标变为(30，59，50)和(48，65，50)，改进前后坐标直线距离相差接近20m。改进后的定位算法更加精确确定井下被困人员的具体位置，在实际工程抢险中为挽救人身生命赢得宝贵时间。另外，曲面图中所有参数的选取可根据实际工程需要进行调整。

在图4所示实施例中，标签读卡器发射Init-round命令搜索电子标签(401)，电子标签接收到查询命令后，通过随机数发生器设定时隙计数器的初值(402)，用设定的初值做出应答，判断电子标签设定的时隙初值与标签读卡器中的时隙值是否同为N(N为发生器随机产生的整数值)(403)。如果相同则电子标签做出应答(404)，表明同意在第N个时隙内与标签读卡器建立连接，此时标签读卡器将在该时隙内验证电子标签间是否发生碰撞(405)，如果存在碰撞表明第N个时隙内有一个以上的电子标签同时进入相同标签读卡器，不能进行一对一通信，则将每个电子标签的时隙计数器按标签进入读卡器时的顺序加1，从而按照[N+1，N+2，...N+n](n为自然数)的顺序分别与标签读卡器建立连接(409)；如果不存在碰撞标签读卡器将与电子标签建立单独通信连接(406)，通信结束后电子标签检测信号置起，进入休眠状态(407)。当判断出电子标签设定的时隙值与标签读卡器中的时隙值不同为N，则电子标签时隙值加1(408)，在第N+1时隙时刻重新判断与标签读卡器设定的时隙初值是否相同，循环加1直至相同后方可进行碰撞处理。电子标签休眠后，标签读卡器搜索辐射场中是否存在剩余电子标签(410)，如果存在则重复步骤(402)；如果不存在则防碰撞处理结束。

在图5所示实施例中，标签读卡器的微控制器采用S1C17F57(501)芯片作为控制器核心电路。数字信号处理器TMS320C203(502)芯片负责对提取的载波参数进行间距值运算，计算结果存入内部数据存储器EEPROM(503)中保存，并通过通信总线接口(504)传至交换机，继而传至上位机PC进行后续处理，高压产生器(505)负责在EEPROM存储数据过程中向其提高所需的高电压，模式寄存器(506)负责存储来自EEPROM块0的模式数据。射频模块MCRF355(507)采用多根全向天线(508)并联方式作为发射端天线，负责发射和接收电磁波信号，解调器CMX7041Q3(509)芯片负责将接收信号解调制，冗余校验器CRC-16(510)负责检验接收信号的准确性。显示器LED(511)负责显示标签读卡器当前采集信息和工作状态。计时器MT8980D(512)负责记录电子标签进入标签读卡器时的顺序，从而电子标签将按顺序与标签读卡器逐一建立连接，避免了电子标签间互相干扰。

在图6所示实施例中，微控制器采用S1C17F57(501)芯片，电压基准器LM4040(601)负责为微控制器提供稳定电压。定时器NE555(602)芯片负责激活休眠状态的电子标签，检测器MT8989D(603)芯片负责设置电子标签检测信号的状态置0或置1，从而选择是否与标签读卡器建立通信连接。随机数发生器RNG(604)单元负责将产生的随机数设定时隙计数器MT8980D(605)的初值，从而进行防碰撞处理。数据存储器EEPROM(503)负责存储电子标签的设备参数及标签识别符，数据存储器所需电位为12V，限幅电路JB726(606)负责将矿灯携带式充电电池装置的电压限制为12V后对数据存储器和微控制器进行供电。调制器CMX7041L4(607)负责将电子标签的设备参数和标签识别符一起通过包络检波器(608)和脉冲整形器(609)，形成原编码信号的矩形脉冲流，之后通过16MHz晶振(610)输出至射频模块MCRF355(507)，由全向天线(508)发射至标签读卡器。时钟发生器RTM360-111R(611)芯片用于向微控制器S1C17F57(501)芯片、时隙计数器MT8980D(605)和限幅电路JB726(606)提供稳定时钟。

Claims (9)

1.一种基于射频识别技术的井下人员定位系统，包括标签读卡器、电子标签、交换机、上位机PC、中央显示屏和光纤，其特征在于井下巷道内安装固定至少三台标签读卡器，标签读卡器通过射频电磁波与井下人员佩戴的电子标签建立连接，标签读卡器根据测距算法测定井下人员与标签读卡器间距，将测量结果通过通信总线传至井下交换机，经交换机汇总后通过光纤传至地面上位机PC，上位机PC依据电子标签识别符将所有上传数据整合归类，将每三个相同识别符的间距值运用三边定位公式依次计算每位井下人员坐标，将定位结果连同人员基本信息统一存入服务器中，并在中央显示屏中实时显示，为井上管理人员和即将下井作业的人员提供位置参考。

2.根据权利要求1所述的基于射频识别技术的井下人员定位系统，其特征在于标签读卡器包括以下模块：微控制模块、数据处理模块、存储模块、计时模块、射频模块、接口电路、显示模块；电子标签包括以下模块：微控制模块、检测模块、防碰撞模块、存储模块、电压控制模块、调制模块、射频模块、时钟发生模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于射频识别技术的井下人员定位系统，其特征在于标签读卡器的数据处理模块包括数字信号处理器、解调器和冗余校验器；存储模块包括内部数据存储器、高压产生器和模式寄存器；射频模块采用符合ISO/IEC 18000-6协议的标准芯片，射频天线端采用了多根全向天线。

4.根据权利要求1或2所述的基于射频识别技术的井下人员定位系统，其特征在于电子标签的电压控制模块包括限幅电路和电压基准器；调制模块包括调制器、包络检波器、脉冲整形器和16MHz晶振；防碰撞模块包括随机数发生器和时隙计数器；时钟发生模块包括定时器和时钟发生器。

5.根据权利要求1所述的基于射频识别技术的井下人员定位系统，其特征在于每台标签读卡器相隔直线距离保持在3米以上；标签读卡器置于一个金属防护外壳中。

6.一种基于射频识别技术的井下人员定位方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤A，在事先设定的坐标点安装固定至少三台矿用本安型标签读卡器，三台标签读卡器为一个测量点，根据精度需求可适当增加标签读卡器数量，将标签读卡器置于金属防护外壳中，每个标签读卡器相隔直线距离保持在3米以上，电子标签内置于井下人员佩戴的安全帽内，使用矿灯的携带式充电电池为电子标签供电；

步骤B，标签读卡器与电子标签采用符合ISO/IEC 18000-6协议标准的无线通信模式进行连接，标签读卡器周期性搜索辐射场区内的电子标签，搜索到信号后电子标签检测器将检测信号的状态由1置换成0，则电子标签发送申请连接信号至标签读卡器；

步骤C，标签读卡器将申请信号解调制，并通过冗余校验器CRC-16检验信号的准确性，如果存在错误，标签读卡器会停止响应，转入防碰撞处理模式，确保标签读卡器与单一电子标签进行通信；

步骤D，标签读卡器向电子标签发送读数据命令，电子标签做出应答，将32位电子识别符和设备工作参数反射回标签读卡器，标签读卡器接收回波信号提取载波信息，电子标签检测器信号状态由0置换成1，通信完成；

步骤E，重复步骤D使得标签读卡器与所有电子标签建立通信并逐一提取载波信息，提取的参数通过标签读卡器中的数字信号处理芯片进行数据运算，计算出的电子标签与标签读卡器间距值备份在内部数据存储器中，电子标签与标签读卡器的间距值即为井下人员与标签读卡器的间距值；

步骤F，使用通信总线将间距值由标签读卡器传至井下交换机，交换机将所有间距值汇总后通过光纤传至地面上位机PC，上位机PC依据电子标签识别符将所有上传间距结果整合归类，将每三个相同识别符的间距值运用三边定位公式依次计算每位人员坐标；

步骤G，将定位结果连同人员基本信息统一存入服务器中，并在中央显示屏中实时显示，为井上管理人员和即将下井作业的人员提供位置参考。

7.根据权利要求6所述的基于射频识别技术的井下人员定位方法，其特征在于所述步骤C中，标签读卡器会停止响应转入防碰撞处理模式，包括以下具体步骤：

步骤C1，标签读卡器发送Init-round命令搜索电子标签，电子标签通过随机数发生器设定时隙计数器的初值，如果与标签读卡器中的时隙计数器初值同为N，则电子标签做出应答，N为发生器随机产生的整数值；

步骤C2，标签读卡器在第N个时隙内验证电子标签间是否发生碰撞，如果存在碰撞则将每个电子标签的时隙计数器按标签进入读卡器时的顺序加1，从而按照[N+1，N+2，...N+n]的顺序分别与标签读卡器建立连接，n为自然数，如果不存在碰撞则标签读卡器将与电子标签建立单独通信，通信结束后电子标签检测信号置起；

步骤C3，如果电子标签设定的时隙值与标签读卡器中的时隙值不同为N，则电子标签时隙值加1，在第N+1时隙时刻重新判断与标签读卡器设定的时隙初值是否相同，循环加1直至相同后，重复步骤C2；

步骤C4，标签读卡器搜索辐射区域内是否存在剩余电子标签，如果存在则重复步骤C1，如果不存在则防碰撞处理结束。

8.根据权利要求6所述的基于射频识别技术的井下人员定位方法，其特征在于所述步骤E包括以下具体步骤：

步骤E1，标签读卡器提取电子标签的载波能量和工作参数，将其发送至数字信号处理芯片；

步骤E2，数字信号处理芯片计算电子标签与标签读卡器的间距，算法公式为

其中P_RS为电子标签反射回标签读卡器的实际电磁波辐射能量，P_RX为未考虑电磁波损耗时的电子标签反射回标签读卡器的辐射能量，P_RL为雷管爆破网路吸收的电磁波能量，G_RX为标签读卡器天线增益，P_TX为标签读卡器发射的载波功率能量，σ为电子标签的天线散射截面，c为光速，f₀为标签读卡器工作频率，

为天线的方向性系数，δ为电磁波衰减指数，d_ni(n＝1，2，...)为需求解的每个电子标签与标签读卡器之间距离；

步骤E3，化简电磁波衰减指数得到近似式

标签读卡器收发功率能量、天线增益、工作频率及散射截面参数值均可测得，将所有参数代入步骤E2中公式计算出每台标签读卡器与不同电子标签间距d_ni的值。

9.根据权利要求6所述的基于射频识别技术的井下人员定位方法，其特征在于所述步骤F包括以下具体步骤：

上位机PC将步骤E中得到的间距值整合归类，将每三个相同电子标签识别符的间距值运用三边定位公式 $\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x_1-x_i)}^2+{(y_1-y_i)}^2+{(z_1-z_i)}^2}\\ ...\\ \sqrt{{(x_n-x_i)}^2+{(y_n-y_i)}^2+{(z_n-z_i)}^2}\end{array}\right.=\left\{\begin{array}{c}{d}_{1i}\\ ...\\ d_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ 最终确定每位井下人员位置坐标(x_i，y_i，z_i)，式中(x_n，y_n，z_n)为事先设定好的标签读卡器位置坐标，角标n为标签读卡器编号，取1，2...等自然数。

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