CN105578592A - 一种综采工作面人员定位的装置和系统 - Google Patents

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Abstract

一种综采工作面人员定位的装置，包括定位标签和基站，所述定位标签包括控制器、3DAFE和高频模块，所述3D？AFE和高频模块分别连接所述控制器；所述基站包括控制模块、高频模块、低频模块和通信模块，所述高频模块、低频模块和通信模块分别连接所述控制模块；所述定位标签和所述基站之间具有通讯连接。本发明实现了工作面人员感知定位，定位精度到亚米级；所用的原理简单、便于实现；可在传统综采工作面电液控制系统技术上进行升级，保护人员安全，大大提升系统安全级别；实现成本低廉，适用于国内数百个综采电液控制系统工作面。

Description

一种综采工作面人员定位的装置和系统
技术领域
本发明涉及一种综采工作面人员定位的装置和系统，尤其涉及一种使用3D天线进行人员定位的系统。
背景技术
随着煤炭开采深度不断增加，开采技术不断提高，煤炭综采工作面逐步向信息化、自动化、少人化甚至无人化发展。大型机械设备、信息化设备、智能设备的大量采用将采煤工作面人员数量大幅度减少，采面人员职能从操作设备运行逐步转换到巡检维护，然而如果在采掘工作面推进过程中有效保障深入其中的人员安全，避免设备与人员干涉，杜绝设备伤人事故首先需对综采工作面人员精确定位，且满足一个支架的定位精度。目前在煤矿井下广泛采用了多种定位系统，如基于射频技术的人员定位系统、基于超宽带的定位系统等。但是由于上述定位系统多属于区域定位无法满足工作面人员精确定位的需要，另外采掘工作面存在液压支架等大型设备，并形成金属半封闭区域，电磁波在该区域被反射、绕射、屏蔽，从而影响定位精度。传统的定位方法无法满足工作面精确定位的需求。
为解决综采工作面人员定位问题，本领域急需一套适用于综采工作面人员定位的系统和方法，其可以实现工作面人员的安全感知与在线监控，并可以与电液控制系统相连接实现工作面安全基础上的自动化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种综采工作面人员定位的装置，包括定位标签和基站，所述定位标签包括控制器、3DAFE和高频模块，所述3DAFE和高频模块分别连接所述控制器；所述基站包括控制模块、高频模块、低频模块和通信模块，所述高频模块、低频模块和通信模块分别连接所述控制模块；所述定位标签和所述基站之间具有通讯连接。
优选所述3DAFE包括3D天线及低频模拟前端。
优选所述3D天线包括三个线圈，三个线圈两两正交设置。
优选所述基站有多个，多个基站通过级联的形式连接构成网络。
一种采用上述装置的综采工作面人员定位系统，所述基站设置在工作面设备上，所述定位标签由工作面人员随身携带。
优选所述工作面设备为液压支架。
本发明实现了工作面人员感知定位，定位精度到亚米级；所用的原理简单、便于实现，其中标签电路部分功耗极低，平均工作电流在微安级别，可以使用电池供电，且避免经常充电或者更换电池；可在传统综采工作面电液控制系统技术上进行升级，通过安装成本低廉的基站及人员佩戴标签的方法实现工作面人员感知，及时闭锁人员所在支架，保护人员安全，大大提升系统安全级别；实现成本低廉，适用于国内数百个综采电液控制系统工作面，具有良好的市场前景。
附图说明
附图1为本发明所述综采工作面人员定位装置的结构示意图；
附图2为本发明所述综采工作面人员定位系统的结构示意图；
附图3为综采工作面人员定位装置中基站的工作流程图；
附图4为综采工作面人员定位装置中定位标签的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见附图1，综采工作面人员感知及定位装置包括基站和定位标签等关键设备，基站含有通信模块、电源模块、控制模块、低频(发送)模块、高频模块等，定位标签包括电源、控制器、3DAFE(ThreeDimensionAnalogFrontEnd，三维天线模拟前端)、高频模块等，定位标签具有低功耗功能，电源直接采用电池，可以维持数月不用更换。3DAFE包含3D天线及低频模拟前端，3D天线由x，y，z三个两两正交的线圈组成，分别感应3个方向上的电磁场强度，定位标签控制器对3个方向上的电磁场强度进行计算，得到电磁场矢量并根据该参数计算标签到基站的距离，避免由于标签方向导致的距离误差。
在综采工作面的使用过程中，多个基站分别设置在工作面设备上，如液压支架，而定位标签则由工作面人员随身携带，参见附图2，基站安装于工作面各个支架中央位置，通过级联的形式连接构成网络，各个基站可以直接连接到电液控制系统控制器，并通过控制器网络连接成系统。
在工作过程中，参见附图3-4，各个基站分别在不同时刻以低频的方式发送定位数据帧，基站可以通过有线网络(含控制器网络)进行同步，也可以通过高频模块进行同步，保证同一区域定位数据帧依次发送避免出现低频信息重叠导致信息错误。定位数据帧含有基站地址信息，当人员携带定位标签在工作面穿行过程时，定位标签内部的3D天线感应到低频数据信息，并由此数据信息获得所在基站信息，同时3DAFE对于接收到的载波信息进行测量获取RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)，并根据RSSI数据计算定位标签到基站的距离，当定位标签位于多个基站的覆盖范围时通过定位标签到不同基站的信息计算获取标签当前位置，上述低频模块和3DAFE采用125kHz工作频率，保证低频数据具有有效的穿透性。定位标签获取当前位置信息后通过高频模块将其自身信息以高频的方式发送给邻近的基站，并通过基站网络通知电液控制系统并执行相应的闭锁等程序。上述高频模块可采用433MHz，800MHz，900MHz，1GHz，2.4GHz等频段，且不仅限于此，同时，高频模块采用的信道可以采用加密传输的方式，避免不同系统之间的互相串扰及避免其它节点误接入系统。
以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利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专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种综采工作面人员定位的装置，包括定位标签和基站，其特征在于：
所述定位标签包括控制器、3DAFE和高频模块，所述3DAFE和高频模块分别连接所述控制器；
所述基站包括控制模块、高频模块、低频模块和通信模块，所述高频模块、低频模块和通信模块分别连接所述控制模块；
所述定位标签和所述基站之间具有通讯连接。
2.如权利要求1所述的综采工作面人员定位的装置，其特征在于：所述3DAFE包括3D天线及低频模拟前端。
3.如权利要求2所述的综采工作面人员定位的装置，其特征在于：所述3D天线包括三个线圈，三个线圈两两正交设置。
4.如权利要求3所述的综采工作面人员定位的装置，其特征在于：所述基站有多个，多个基站通过级联的形式连接构成网络。
5.一种采用如权利要求1-4任一所述装置的综采工作面人员定位系统，其特征在于：所述基站设置在工作面设备上，所述定位标签由工作面人员随身携带。
6.如权利要求5所述的综采工作面人员定位系统，其特征在于：所述工作面设备为液压支架。
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