CN103687003B

CN103687003B - 定位装置及定位方法

Info

Publication number: CN103687003B
Application number: CN201310711246.5A
Authority: CN
Inventors: 兰波; 张腾; 韩暋; 陈鼎如; 林惟锓; 贾凡; 熊永革; 龚飞; 韩全; 李新生
Original assignee: Beijing Aerospace Measurement and Control Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Aerospace Measurement and Control Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103687003A

Abstract

本发明公开了一种定位装置及定位方法，包括：依次连接的上位机、井下交换机和定位分站，每个定位分站进一步包括分站网关、定位基站和标位卡，定位基站和标位卡分别为多个，定位基站分别与分站网关无线连接，标位卡分别通过定位基站与分站网关连接，通过定位基站识别标位卡和定位卡、采集和处理得到标位卡的标位数据和定位卡的定位数据发送给分站网关，并将接收到的分站网关发送来的信息发送给定位卡，通过分站网关实现上下行的连接，通过上位机对井下交换机发送来的定位卡的定位信息、标位卡的标位数据进行计算，得到定位卡的位置。本发明根据位置信息和标位数据进行计算，从而快速而方便的实现井下一维空间的定位。

Description

定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种定位装置及定位方法。

背景技术

随着近年来矿难的频频发生，国家安全生产监督管理总局对矿山安全提出了更高的要求。而作为非煤矿山安全避险“六大系统”中的人员定位装置，是保障矿工生命安全的重要设备。目前，国内各大矿区安装的人员定位装置的技术实现形式存在多样化特点，虽然一些设备已发挥作用，但是这些定位装置主要针对传统的地表二维平面区域进行设计，缺乏针对井下一维空间环境的特殊考虑，且设备存在组成复杂，不能很好的满足当前快速发展的矿山安全技术装备更新换代要求。，因此，如何实现适用于井下一维通道空间的定位成为现在亟待需要解决的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种定位装置及定位方法，用以解决现有技术中井下一维通道定位设备复杂且不能很好的实现定位的问题。

本发明主要是通过以下技术方案实现的：

一种定位装置，包括：依次连接的上位机、井下交换机和定位分站，其中所述定位分站为一个或多个；

每个所述定位分站进一步包括分站网关、定位基站和标位卡，所述定位基站和标位卡分别为多个，所述定位基站分别与所述分站网关无线连接，所述标位卡分别通过所述定位基站与所述分站网关连接，其中，所述井下交换机与所述分站网关连接，且所述定位基站按预定长度依次设置在井下通道的内侧壁上，每两个所述定位基站中间设置所述标位卡；

所述定位卡，用于将其自身的定位信息实时发送给所述定位基站；

所述标位卡，用于向所述定位基站发送标位数据；

所述定位基站，用于识别标位卡和定位卡、采集和处理得到所述标位卡的标位数据和所述定位卡的定位数据发送给所述分站网关，并将接收到的所述分站网关发送来的信息发送给所述定位卡；

所述分站网关，用于接收本定位分站内各定位基站发出的定位卡的定位数据和标位卡的标位数据，并将上述数据发送给所述井下交换机，并将接收到的所述井下交换机的信息通过定位基站发送给所述定位卡；

所述上位机，用于对所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据进行计算，得到所述定位卡的位置。

优选地，所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在所述一维通道的一侧的内侧壁上，或者所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在所述一维通道的两侧的内侧壁上。

优选地，两个所述定位基站之间的长度为3-200m。

优选地，定位分站的间距为500-1000m。

优选地，所述上位机具体用于，接收所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据，根据发送所述定位信息的定位基站实现对所述定位卡的粗定位，再根据所述标位数据得到所述定位卡的精定位。

本发明还提供了一种定位方法，该方法包括：依次连接的上位机、井下交换机和定位分站，其中所述定位分站为一个或多个；

所述定位卡将其自身的定位信息实时发送给所述定位基站；

所述标位卡向所述定位基站发送标位数据；

所述定位基站识别标位卡和定位卡、采集和处理得到所述标位卡的标位数据和所述定位卡的定位数据发送给所述分站网关，并将接收到的所述分站网关发送来的信息发送给所述定位卡；

所述分站网关接收本定位分站内各定位基站发出的定位卡的定位数据和标位卡的标位数据，并将上述数据发送给所述井下交换机，并将接收到的所述井下交换机的信息通过定位基站发送给所述定位卡；

所述上位机对所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据进行计算，得到所述定位卡的位置。

优选地，两个所述定位基站之间的长度为3-200m。

优选地，定位分站的间距为500-1000m。

优选地，所述上位机对所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据进行计算，得到所述定位卡的位置的步骤具体包括：

所述上位机接收所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据，根据发送所述定位信息的定位基站实现对所述定位卡的粗定位，再根据所述标位数据得到所述定位卡的精定位。

本发明提供的一种定位装置及定位方法，设计了一种适用于井下一维空间特点的定位装置，通过在井下一维空间的侧壁上交替设置定位基站和标位卡，根据定位卡向基站发送位置信息，以及标位卡发送的标位数据进行计算，从而快速而方便的实现井下一维空间的定位。并且本发明的设备少计算方法简便，从而大大提高了定位速度和准确性、降低了成本的目的。而且本发明的装置具有体积小、重量轻、组网快、配置灵活、可靠性高、安装维护方便等特点，可广泛应用于矿道、巷道、楼道、走廊等多种近似一维空间内的人员及移动物体的定位。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例的定位装置结构连接示意图；

图2为本发明实施例的定位装置的定位分站布局示意图；

图3为本发明实施例的定位装置定位效果示意图；

图4为本发明实施例的定位装置标定及定位流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。

本发明设计了一种适用于井下一维空间特点的定位装置，通过在井下一维空间的侧壁上交替设置定位基站和标位卡，根据定位卡向基站发送位置信息以及标位卡发送的标位数据进行计算，从而快速而方便的实现井下一维空间的定位。并且本发明的设备少计算方法简便，从而大大提高了定位速度和准确性、降低了成本的目的。而且本发明的装置具有体积小、重量轻、组网快、配置灵活、可靠性高、安装维护方便等特点，可广泛应用于矿道、巷道、楼道、走廊等多种近似一维空间内的人员及移动物体的定位。

本发明实施例提供了一种定位装置，参见图1，该装置包括：通过以太网依次连接的上位机、井下交换机和定位分站，其中所述定位分站为一个或多个定位分站的间距为500-1000m。每个所述定位分站进一步包括分站网关、定位基站和标位卡，所述定位基站和标位卡分别为多个，所述定位基站分别与所述分站网关无线连接，所述标位卡分别通过所述定位基站与所述分站网关连接，其中，所述井下交换机通过以太网与所述分站网关连接，且所述定位基站按预定长度依次设置在井下通道的内侧壁上（定位基站和所述标位卡交替等间距设置在所述一维通道的一侧的内侧壁上，或者所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在所述一维通道的两侧的内侧壁上），每两个所述定位基站中间设置所述标位卡，两个所述定位基站之间的长度为3-200m。当然本领域的技术人员也可以根据实际需要任意设置定位分站和定位基站的长度。

定位卡将其自身的定位信息实时发送给所述定位基站，通过所述基站实现粗定位，标位卡向所述定位基站发送标位数据，通过所述标位卡实现精确定位，定位基站识别标位卡和定位卡、采集和处理得到所述标位卡的标位数据和所述定位卡的定位数据发送给所述分站网关，并将接收到的所述分站网关发送来的信息发送给所述定位卡，分站网关接收本定位分站内各定位基站发出的定位卡的定位数据和标位卡的标位数据，并将上述数据发送给所述井下交换机，并将接收到的所述井下交换机的信息通过定位基站发送给所述定位卡；

上位机对所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据进行计算，得到所述定位卡的位置。具体为：上位机接收所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据，根据发送所述定位信息的定位基站实现对所述定位卡的粗定位，其达到的误差在定位基站所覆盖的范围的1/2半径内），再根据所述标位数据得到所述定位卡的精定位，其达到的误差在定位基站所覆盖的范围的1/4半径内。

图2是本发明适用于井下一维空间的定位装置的定位分站布局示意图。如图2所示，为一段“U”型井下通道，该通道的定位分站布局采用定位基站和标位卡交替间隔布局方式。定位基站等间距布置，间距可以根据实际地形情况进行调节，可选间距范围为：3m～200m，用于采集定位卡和标位卡信号，经处理后转发给分站网关；标位卡和定位基站交错排列，也等间距布置，用于提供几个基准的参考位置信息供定位基站使用；分站网关放置在巷道入口处，通过以太网连接至井下交换机，用于接收各定位基站采集的定位数据，经协议转换后通过井下交换机发送给上位机，上位机可以实时处理并显示当前各个定位卡在巷道内的位置。

（1）本发明实施例将井下各一维通道按长度划分为若干定位分站，每个定位分站主要由分站网关、定位基站、标位卡和定位卡四部分组成，其中，定位基站除了作定位数据处理基站外，兼作无线路由功能；

每个定位分站网络只有一个分站网关，分站网关用于接收各定位基站发出的无线定位数据，编码后传送至井下交换机，并将来自井下交换机的信息通过定位基站发送至定位卡。每个定位分站网络包括若干个定位基站，定位基站除了用于识别标位卡和定位卡、采集和处理定位数据之外，还兼作定位分站网络的路由节点，作为标位卡和定位卡的信息传递中转站。每个定位分站网络内有若干个标位卡和定位卡，标位卡作为精确定位的无线节点，是为了抑制井下环境变化等因素带来的定位误差，增强了定位系统的准确性和可靠性，定位卡相当于“井下身份证”，所有下井人员和机车各携一张，该卡不断地自动向外发送无线信号，遇异常情况时可发送报警信号，也可接收地面传来的警示通知。

（2）本发明实施例沿着井下一维通道进行布局，采用定位基站和标位卡交替等间距布局方式，这样只采取了少量的节点即可覆盖整个井下区域，并且采用定位基站和标位卡交替等间距布局的方式，既保证了每个定位基站附近都有标位功能，也满足了井下一维空间的长度覆盖需求，节省了节点设备数量。

（3）本发明实施例采用比较法、筛除法等快速处理方法代替复杂的计算公式，提高定位响应速度；

传统的二维定位装置，一般采用在接收节点测量接收功率，计算传播损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离的方法。这种方法存在测点较多、受环境影响大、计算复杂、定位准确度差、定位速度慢等缺点。而针对井下一维通道特殊环境进行定位基站和标位卡节点的巧妙布局，采用比较法、筛除法进行快速定位，省去了复杂的计算模型，简化了定位方法，提高了定位准确度和定位速度。图3是本发明适用于井下一维空间的定位装置定位效果示意图。如图所示，R1、R2、R3（正方形）表示沿一维通道等间距放置的三个定位基站；B1、B2、B3、B4（三角形）表示等间距交替放置的标位卡；E1（圆形）表示定位卡。A、B、C三个圆形区域表示三个定位基站收到的定位数据经解析后可能覆盖的分区范围。定位卡E1实际的位置处于定位基站R1和R2之间并且靠近R1。通过定位基站R1和R2的定位数据处理结果，定位卡E1的位置应该位于分区范围A和分区范围B的交叉区域（图中阴影部分），实现粗定位。再根据位于定位基站R1和定位基站R2之间中点位置的标位卡B1提供的标位数据进行比较处理，即可得出定位卡E1的实际位置处于标位卡B2的左边，即更靠近定位基站R1的位置，从而实现细定位。

（4）装置采用实时自适应标定技术，时刻修正信号链路质量，改变采集到的定位数据，将环境因素的影响降到最低，提高定位准确度。

装置采用功率自调节技术，可根据井下一维空间地形特点和环境变化带来的不同信道衰减进行实时功率自调节和系统动态标定，在不同的位置和不同的环境采用不同的发射功率，达到最佳的信号链路质量，保证定位精度不受影响。

图4是本发明适用于井下一维空间的定位装置标定及定位流程图。如图4所示，上位机将“标定指令”通过以太网发送至分站网关，分站网关通过无线方式将“标定指令分发”信号广播给各定位基站，各定位基站随后通过无线方式向各定位卡广播发送“定位卡启动标定”命令，向各标位卡广播发送“标位卡启动标定”命令。各定位卡和标位卡开始启动自适应标定过程。各定位卡和标位卡向各定位基站发送“变功率信息广播”，并从对应的定位基站接收“链路质量信息”，经过循环处理，直到链路质量符合环境要求为止。标定完成后，各定位卡开始向各定位基站发送“定位广播”，各标位卡开始向各定位基站发送“标位广播”，定位基站对收到的定位数据进行预处理，并将“预处理定位信息”和“预处理标位信息”通过无线发送给分站网关。分站网关再进行数据处理和打包后，将“粗定位数据”和“粗标位数据”通过以太网发送至上位机进行处理和显示，上位机先根据“粗定位数据”进行处理后实现粗定位，再根据“粗标位数据”进行处理后实现细定位。

所述定位卡将其自身的定位信息实时发送给所述定位基站；

所述标位卡向所述定位基站发送标位数据；

所述上位机对所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据进行计算，得到所述定位卡的位置，该步骤具体包括：上位机接收所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据，根据发送所述定位信息的定位基站实现对所述定位卡的粗定位，再根据所述标位数据得到所述定位卡的位置。

本发明提供的一种定位装置及定位方法至少能够带来以下有益效果：

1、本发明通过在井下一维空间的侧壁上交替设置定位基站和标位卡，根据定位卡向基站发送位置信息，以及标位卡发送的标位数据进行计算，从而快速而方便的实现井下一维空间的定位；

2、本发明的设备少计算方法简便，大大提高了定位速度和准确性、降低了成本的目的；

3、本发明的装置具有体积小、重量轻、组网快、配置灵活、可靠性高、安装维护方便等特点，可广泛应用于矿道、巷道、楼道、走廊等多种近似一维空间内的人员及移动物体的定位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种定位装置，其特征在于，包括：依次连接的上位机、井下交换机和定位分站，其中所述定位分站为一个或多个；

定位卡，用于将其自身的定位信息实时发送给所述定位基站；

所述标位卡，用于向所述定位基站发送标位数据；

2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在一维通道的一侧的内侧壁上，或者所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在所述一维通道的两侧的内侧壁上。

3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，两个所述定位基站之间的长度为3-200m。

4.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，定位分站的间距为500-1000m。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的定位装置，其特征在于，

所述上位机具体用于，接收所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据，根据发送所述定位信息的定位基站对所述定位卡的粗定位，再根据所述标位数据得到所述定位卡的精定位。

6.一种定位方法，其特征在于，包括：依次连接的上位机、井下交换机和定位分站，其中所述定位分站为一个或多个；

定位卡将其自身的定位信息实时发送给所述定位基站；

所述标位卡向所述定位基站发送标位数据；

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在一维通道的一侧的内侧壁上，或者所述定位基站和所述标位卡交替等间距设置在所述一维通道的两侧的内侧壁上。

8.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，两个所述定位基站之间的长度为3-200m。

9.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，定位分站的间距为500-1000m。

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的定位方法，其特征在于，所述上位机对所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据进行计算，得到所述定位卡的位置的步骤具体包括：

所述上位机接收所述井下交换机发送来的所述定位卡的定位信息、所述标位卡的标位数据，根据发送所述定位信息的定位基站对所述定位卡的粗定位，再根据所述标位数据得到所述定位卡的精定位。