CN107146021A - 一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统及方法，系统包括设置在井上的数据接口和地面主机，数据接口与地面主机通过串口通信总线相连接，还包括位于井下之间，并延伸出井上的避雷器，避雷器的输出端通过数据线与数据接口相连接；还包括设置在井下的接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站、人员标识卡和车辆定位仪，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网。本发明能够精确获取井下的矿山人员和车辆的位置和车辆速度，将矿山人员和车辆精确定位、应急通讯、灾后急救、生产调度和日常管理一体，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及矿山管理技术领域，具体涉及一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统及方法。
背景技术
国家安全监管总局先后发布关于《金属非金属地下矿山安全避险“六大”系统安装使用和监督管理暂行规定》的通知，其中包括“井下作业人员管理系统”，矿山人员和车辆管理系统是国家强制要求安装和实施的系统。随着矿山信息化、智能化发展不断进步，矿山人员和车辆的管理在矿山生产管理中起到重要的作用，以往传统的粗放式管理已经不能适应矿山发展。矿山人员和车辆管理系统主要解决矿上人员在井下的精确分布情况无法获取，车辆井下活动监测空白，造成车辆在井下疏于管理，超速违章频发，给矿山人员和财产带来损失，而且车辆利用效率低，产能不能得到保障。
目前，矿山人员管理和车辆管理系统是相对独立，没有做到两者的有效结合，并具有以下缺点：
（1）传统系统的人与人、车与车或人与车不能做到信息对称；
（2）矿山人员和车辆定位采用区域定位，仅仅能定位到井下某个基站周围、精度低；
3.4 传统系统多采用平面图形呈现，模拟矿山井下人员和车辆的分布，实时性和真实性差。软件利用全球地理信息系统GIS和大数据分析算法进行井下场景真实呈现，一方面反映人员和车辆在井下的状态和分布，另一方面在应急救援时能够自动形成自动避灾路线
3.5 传统系统采用2.4Gzigbee或者433M无线技术，抗干扰差，井下穿透力弱。该发明采用了采用了2.4G线性调频扩频(CSS)技术，频率由高到低表示1，由低到高表示0。提高了系统的抗干扰性和井下穿透能力
3.6 传统系统主要采用工业总线485，CAN或者TCPIP通信，数据传输主要是以原型传输。当数据量大的时候会增加总线负担，造成数据量挤压，导致数据延时。该发明在兼容传统工系统传输方式同时，适时增加传输速率自适应算法和数据无损压缩算法。一方面在系统数据量增大的时候，通过提高传输速率。另外一方面利用数据无损压缩算法把数据进行压缩编码，系统软件再进行解码进行数据存储分析，大大提高了数据传输效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中矿山人员管理和车辆管理系统是相对独立，不能有效的结合，且存在缺点的问题。本发明提供的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统及方法，能够精确获取井下的矿山人员和车辆的位置和车辆速度，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，通过矿用分站采集所需要的数据，并通过GIS图形展示，将矿山人员和车辆精确定位、应急通讯、灾后急救、生产调度和日常管理一体，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，包括设置在井上的数据接口和地面主机，所述数据接口与地面主机通过串口通信总线相连接，所述地面主机内设置有数据服务器和UI服务界面，
还包括位于井下之间，并延伸出井上的避雷器，所述避雷器的输出端通过数据线与数据接口相连接；
还包括设置在井下的接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站、人员标识卡和车辆定位仪，
所述避雷器的输入端通过电缆与接线盒连接，所述接线盒通过电缆与各个矿用分站分别连接，每个矿用分站上分别用电缆连接有多台定位分站，每台定位器均连接有辅助分站，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网。
前述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，每个矿用分站上均连接有矿用电源。
前述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，所述定位分站采用TDOA定位对下井人员或下井车辆进行定位，并通过RSSI进行定位位置修正。
前述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，所述车辆检测仪包括车辆定位单元和车辆速度测量单元。
前述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，所述辅助分站在其连接的定位分站发生故障时启动，做为新的定位分站使用。
一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统的管理方法，包括以下步骤，
步骤（A），布置地面主机、数据接口到井上；布置避雷器到井下，并延伸到井上；布置接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站到井下，并通过电缆或通信总线将各部件进行连接；
步骤（B），在地面主机的UI服务界面内显示井下的GIS图形，并展示各多个矿用分站、定位分站、辅助分站的布置位置；
步骤（C），每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，且将各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网；
步骤（D），定位分站通过接收人员标识卡、车辆检测仪发送的信号飞行时间，对最靠近自己人员标识卡、车辆检测仪进行定位；
步骤（E），定位分站还通过接收人员标识卡、车辆检测仪发送的信号强度，对定位后的人员标识卡、车辆检测仪进行位置修正；
步骤（F），将修正后的人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据以及车辆速度信息数据，通过定位分站、矿用分站、接线盒、避雷器、避雷器传送给地面主机的数据服务器；
步骤（G），通过地面主机的数据服务器对修正后的人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据以及车辆速度信息数据进行分析，将人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据对应的位置以及车辆速度，在GIS图形上展示。
前述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统的管理方法，步骤（C），组建自组网是基于2.4GHz无线频段实现的。
本发明的有益效果是：本发明提供的自组网式的矿山人员和车辆管理系统及方法，能够精确获取井下的矿山人员和车辆的位置和车辆速度，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，通过矿用分站采集所需要的数据，并通过GIS图形展示，将矿山人员和车辆精确定位、应急通讯、灾后急救、生产调度和日常管理一体，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的自组网式的矿山人员和车辆管理系统的系统框图；
图2是本发明的TDOA（信号飞行时间）定位原理的示意图；
图3是本发明的RSSI（信号强度）的软件来拟合曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的自组网式的矿山人员和车辆管理系统，包括设置在井上的数据接口和地面主机，所述数据接口与地面主机通过串口通信总线相连接，所述地面主机内设置有数据服务器和UI服务界面，
还包括位于井下之间，并延伸出井上的避雷器，所述避雷器的输出端通过数据线与数据接口相连接；
还包括设置在井下的接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站、人员标识卡和车辆定位仪，
所述避雷器的输入端通过电缆与接线盒连接，所述接线盒通过电缆与各个矿用分站分别连接，每个矿用分站上分别用电缆连接有多台定位分站，每台定位器均连接有辅助分站，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网，基于2.4GHz无线频段实现的，数据传输可靠有效。
每个矿用分站上均连接有矿用电源，矿用电源直接向矿用分站供电。
所述定位分站采用TDOA（信号飞行时间）定位对下井人员或下井车辆进行定位，并通过RSSI（信号强度）进行定位位置修正，是基于时间差定位，即通过信号在空中飞行时间及电磁波光速的特性，计算出移动标签（人员标识卡、车辆检测仪）与基站（定位分站）间距离，定位标签位置，无线载波是基于线性调频扩频(CSS)技术。
所述车辆检测仪包括车辆定位单元和车辆速度测量单元，能够测试车辆的位置和车辆的速度。
所述辅助分站在其连接的定位分站发生故障时启动，做为新的定位分站使用，设置有备用装置，提高系统的可靠性。
本发明的自组网式的矿山人员和车辆管理系统的管理方法，包括以下步骤，
步骤（A），布置地面主机、数据接口到井上；布置避雷器到井下，并延伸到井上；布置接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站到井下，并通过电缆或通信总线将各部件进行连接；
步骤（B），在地面主机的UI服务界面内显示井下的GIS图形，并展示各多个矿用分站、定位分站、辅助分站的布置位置；
步骤（C），每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，且将各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网；
步骤（D），定位分站通过接收人员标识卡、车辆检测仪发送的信号飞行时间，对最靠近自己人员标识卡、车辆检测仪进行定位；
步骤（E），定位分站还通过接收人员标识卡、车辆检测仪发送的信号强度，对定位后的人员标识卡、车辆检测仪进行位置修正；
步骤（F），将修正后的人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据以及车辆速度信息数据，通过定位分站、矿用分站、接线盒、避雷器、避雷器传送给地面主机的数据服务器；
步骤（G），通过地面主机的数据服务器对修正后的人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据以及车辆速度信息数据进行分析，将人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据对应的位置以及车辆速度，在GIS图形上展示。
下面根据图2，介绍TDOA（信号飞行时间）定位原理，
其中，（A）右侧为基站，左侧为移动标签；
（B）标签首先向基站发送一个测距包(DATA Packet)，并记录下发送时间t1、发送频率等信息；
（C）基站接收到测距包后，记录下接收时间t2及接收频率等信息并且硬件自动回送一个应答包(Ack Packet)，且记录下发送应答包的时间t3,及发送频率等信息；
（D）标签接收到应答包后记录下接收收到是时间t4、接收频率等信息最后基站由软件回送第二个应答包，此包中包含基站在测距过程中的各种信息(t2、t3)；
（E）这时标签已经获得了测距所需的所有信息，根据t1、t4、标签发送接收频率等信息计算出信息交互是时间T1,再根据t2、t3、基站发送接收频率等信息计算基站出信息处理时间T2；
（F）这时信号在空中传播时间为dT=（T1-T2）/2，则标签与基站距离D = c*dT(c为光速)。
下面介绍RSSI（信号强度）修正原理，无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型(Shadowing Model)，
d=10^((ABS(RSSI)-A)/(10*n))
其中，A为无线收发节点相距1 m时接收节点接收到的无线信号强度RSSI值，A和n都是经验值，具体使用的硬件节点和无线信号传播的环境密切相关，因此在不同的实际环境下A和n参数不同，其测距模 型不同。根据RSSI测距原理，进行程序实现，并利用软件来拟合曲线如下图3。
综上所述，本发明提供的自组网式的矿山人员和车辆管理系统及方法，能够精确获取井下的矿山人员和车辆的位置和车辆速度，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，通过矿用分站采集所需要的数据，并通过GIS图形展示，将矿山人员和车辆精确定位、应急通讯、灾后急救、生产调度和日常管理一体，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，其特征在于：包括设置在井上的数据接口和地面主机，所述数据接口与地面主机通过串口通信总线相连接，所述地面主机内设置有数据服务器和UI服务界面，
还包括位于井下之间，并延伸出井上的避雷器，所述避雷器的输出端通过数据线与数据接口相连接；
还包括设置在井下的接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站、人员标识卡和车辆定位仪，
所述避雷器的输入端通过电缆与接线盒连接，所述接线盒通过电缆与各个矿用分站分别连接，每个矿用分站上分别用电缆连接有多台定位分站，每台定位器均连接有辅助分站，每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网。
2.根据权利要求1所述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，其特征在于：每个矿用分站上均连接有矿用电源。
3.根据权利要求1所述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，其特征在于：所述定位分站采用TDOA定位对下井人员或下井车辆进行定位，并通过RSSI进行定位位置修正。
4.根据权利要求1所述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，其特征在于：所述车辆检测仪包括车辆定位单元和车辆速度测量单元。
5.根据权利要求1所述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统，其特征在于：所述辅助分站在其连接的定位分站发生故障时启动，做为新的定位分站使用。
6.一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统的管理方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），布置地面主机、数据接口到井上；布置避雷器到井下，并延伸到井上；布置接线盒和多个矿用分站、定位分站、辅助分站到井下，并通过电缆或通信总线将各部件进行连接；
步骤（B），在地面主机的UI服务界面内显示井下的GIS图形，并展示各多个矿用分站、定位分站、辅助分站的布置位置；
步骤（C），每个下井人员佩戴有人员标识卡，每辆下井车辆安装有车辆检测仪，且将各人员标识卡、车辆检测仪分别与最靠近的定位分站进行无线通讯，组建自组网；
步骤（D），定位分站通过接收人员标识卡、车辆检测仪发送的信号飞行时间，对最靠近自己人员标识卡、车辆检测仪进行定位；
步骤（E），定位分站还通过接收人员标识卡、车辆检测仪发送的信号强度，对定位后的人员标识卡、车辆检测仪进行位置修正；
步骤（F），将修正后的人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据以及车辆速度信息数据，通过定位分站、矿用分站、接线盒、避雷器、避雷器传送给地面主机的数据服务器；
步骤（G），通过地面主机的数据服务器对修正后的人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据以及车辆速度信息数据进行分析，将人员标识卡、车辆检测仪位置信息数据对应的位置以及车辆速度，在GIS图形上展示。
7.根据权利要求6所述的一种自组网式的矿山人员和车辆管理系统的管理方法，其特征在于：步骤（C），组建自组网是基于2.4GHz无线频段实现的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170908 |