CN110532336A - 基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统及路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统，包括浏览器客户端、WebSocket服务器、定位基站、定位识别卡片，所述浏览器客户端的输入输出端与所述WebSocket服务器的输入输出端配合通讯联接，所述定位基站的输入输出端与所述WebSocket服务器的输入输出端配合通讯联接，所述定位基站上设置有左右对称分布的基站天线，所述基站天线用于增加虚拟基站，形成虚拟路径；所述定位识别卡片的输入输出端通过所述基站天线与所述定位基站的输入输出端配合通讯联接。本发明还提出一种路径规划方法，包括如下步骤：建立虚拟基站，形成虚拟路径：通过双向迪杰斯特拉拓展算法计算出基站之间的最短路径。本发明解决了现有的矿山井下定位系统，无法计算出最优路径的技术缺陷。

Description

基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统及路径规划 方法

技术领域

本发明涉及一种基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统及路径规划方法，属于井下作业定位技术领域。

背景技术

自2016年《煤矿安全规程》第十二条提出，煤矿企业必须建立入井检身制度和出入井人员清点制度；必须掌握井下人员数量、位置等实时信息，入井人员必须佩带标识卡。近年来，国内外有很多企业对矿山定位系统的研究越来越深入，功能越来越多。

地理信息系统(GIS) 是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上, 这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。例如，根据在数据库中的位置对数据进行识别，实习者通常也认为整个GIS系统包括操作人员以及输入系统的数据。地理信息系统（GIS）技术能够应用于科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划。

基于大多数定位系统都采用Client/Server结构设计开发的，由于Browser/Server结构具备通用性，开发成本低，而且不需要安装客户端，只要更新后台代码即可实现所有客户端的更新，维护成本较低。

发明内容

本发明采用Browser/Server结构来设计，利用国际最新的无线技术，使用WebSocket协议方法，进行数据交互通信，使用双向迪杰斯特拉拓展算法可以计算出基站之间的最短路径。能够及时、准确的将井下各个区域动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、车辆、生产设备的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据井下定位系统所提供的数据、图形，迅速了解位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

本发明所要解决的技术问题是：第一，克服现有技术的缺陷，解决现有的矿山井下定位系统，采用的是Client/Server结构，是基于TopMap GIS地理信息系统实现定位的，TopMap无法直接导入CAD文件，需要人工画图，跟实际地图会有一定误差，人工压力较大，维护成本、开发成本会增加；第二，解决现有的矿山井下定位系统，无法计算出最优路径；第三，解决现有的TopMap GIS地理信息系统软件已经不再更新，无法满足日益变化的矿山需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统，其特征在于，包括浏览器客户端、WebSocket服务器、定位基站、定位识别卡片，所述浏览器客户端的输入输出端与所述WebSocket服务器的输入输出端配合通讯联接，所述定位基站的输入输出端与所述WebSocket服务器的输入输出端配合通讯联接，所述定位基站上设置有左右对称分布的基站天线，所述基站天线用于增加虚拟基站，形成虚拟路径；所述定位识别卡片的输入输出端通过所述基站天线与所述定位基站的输入输出端配合通讯联接。

作为一种较佳的实施例，所述浏览器客户端用于向客户展示当前人员、车辆或者生产设备的详细信息，所述WebSocket服务器用来解析来自所述定位基站的定位数据，所述定位基站通过所述基站天线向所述定位识别卡片发送信号进行定位。

作为一种较佳的实施例，所述定位识别卡片采用RFID标签。

本发明还提出一种基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统的路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：建立虚拟基站，形成虚拟路径：通过双向迪杰斯特拉拓展算法计算出基站之间的最短路径。

作为一种较佳的实施例，具体包括：

步骤SS1：在巷道内新建基站A、基站B、基站C、基站D；

步骤SS2：在巷道交叉口，新建虚拟基站A’、虚拟基站B’、虚拟基站C’；

步骤SS3：形成路径A——A’、A’——B、B——B’、B’——D、D——C’、C’——C、A’——C’；

步骤SS4：通过双向迪杰斯特拉拓展算法可以计算出从基站A到基站C的最短路径为A——A’——C’——C。

作为一种较佳的实施例，所述双向迪杰斯特拉拓展算法具体包括：分别从s顶点和t顶点开始执行单向迪杰斯特拉算法，从s点开始执行的迪杰斯特拉算法定义为前向迪杰斯特拉搜索，从t点开始执行的迪杰斯特拉算法定义为后向迪杰斯特拉搜索；所述双向迪杰斯特拉拓展算法结束的条件是：前向迪杰斯特拉搜索求得当前最短路径上的顶点为u，且在后向迪杰斯特拉搜索已经计算出到u的最短路径，此时s顶点到t顶点的最短路径可以表示为sp(s,u)+sp(t,u)；或者后向迪杰斯特拉搜索求得当前最短路径上的顶点为u，且在前向迪杰斯特拉搜索已经计算出到u的最短路径，此时s顶点到t顶点的最短路径可以表示为sp(s,u)+sp(t,u)。

本发明所达到的有益效果：第一，本发明由于使用虚拟基站，使得在不增加基站的情况下，就能规划出最优路径，节约了布置基站的成本；第二，本发明通过双向迪杰斯特拉拓展算法可以计算出基站之间的最短路径，能够节约网络通信能耗；第三，本发明通过HTML5定义了WebSocket协议，能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯；第四，本发明通过可缩放矢量图形（SVG）技术可以实现GIS图的放大和缩小，SVG矢量图形可更好地缩放，SVG 图形的加载速度快，使用的带宽少；第五，本发明解决了现有的矿山井下定位系统，采用的是Client/Server结构，仅仅是基于TopMap GIS地理信息系统实现定位的，TopMap无法直接导入CAD文件，需要人工画图，跟实际地图会有一定误差，人工压力较大，维护成本、开发成本会增加的技术缺陷；第六，本发明解决了现有的矿山井下定位系统，无法计算出最优路径的技术缺陷，提供了最短路径的规划方法；第七，本发明解决了现有的TopMap GIS地理信息系统软件已经不再更新，无法满足日益变化的矿山需求，通过浏览器客户端与WebSocket服务器的配合，实现对于某个或者所有井下人员、车辆或者生产设备的实时轨迹更新以及历史轨迹调用。

附图说明

图1是本发明的基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统的优选实施例的架构拓扑图，其中，1为浏览器客户端，2为WebSocket服务器，3为定位基站，4为定位识别卡片，5为基站天线，6为数据库。

图2是应用本发明显示所有井下人员、车辆或者生产设备的行径轨迹流程图。

图3是应用本发明显示某个井下人员、车辆或者生产设备的行径轨迹流程图。

图4是本发明的轨迹最短路径的流程图。

图5是应用本发明显示井下人员、车辆或者生产设备的实时轨迹流程图。

图6是应用本发明的人员、车辆或者生产设备的历史轨迹流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是：HTML5是Web中核心语言HTML的规范，用户使用任何手段进行网页浏览时看到的内容原本都是HTML格式的，在浏览器中通过一些技术处理将其转换成为了可识别的信息。

JavaScript一种直译式脚本语言，是一种动态类型、弱类型、基于原型的语言，内置支持类型。它的解释器被称为JavaScript引擎，为浏览器的一部分，广泛用于客户端的脚本语言，最早是在HTML（标准通用标记语言下的一个应用）网页上使用，用来给HTML网页增加动态功能。

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。WebSocket通信协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455，并由RFC7936补充规范。WebSocketAPI也被W3C定为标准。

WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

如图1所示的是本发明的一种基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统的优选实施例的架构拓扑图，其中，1为浏览器客户端，2为WebSocket服务器，3为定位基站，4为定位识别卡片，5为基站天线，6为数据库。本发明的定位系统包括浏览器客户端1、WebSocket服务器2、定位基站3、定位基站3左右两侧的基站天线5和待RFID标签的定位识别卡片4，浏览器客户端1用于向客户展示当前人员、车辆或者生产设备的详细信息，WebSocket服务器2用来解析来自各基站的定位数据，每个定位基站3有左右两侧的两个基站天线5，通过增加虚拟基站，形成虚拟路径，使用双向迪杰斯特拉拓展算法实现从一个定位基站到另一个定位基站的最短路径，本发明实现了最短路径规划。

需要说明的是，本发明的定位识别卡片设置在井下所有人员、车辆或者生产设备上。

本发明采用的是Browser/Server结构开发的，可以实时监控人员、车辆或者生产设备所在位置、数量以及移动轨迹，实时动态跟踪、位置自动显示。

图2是应用本发明显示所有井下人员、车辆或者生产设备的行径轨迹流程图，用户在浏览器客户端1开始加载GIS地图；然后浏览器客户端1判断加载GIS地图是否成功；加载GIS地图成功后，使用HTML5的SVG技术对导入的CAD地图进行放大与缩小操作，便于操作员更加清楚的看清巷道的位置、定位基站的位置和人员、车辆或者生产设备的行径轨迹；使用HTML5的drag 和 drop技术对GIS地图的定位基站和区域的信息进行编辑，可以移动定位基站和区域的位置；定位基站3通过定位识别卡片4搜寻人员、车辆或者生产设备的位置信息，定位基站3对左右两个基站天线5接收的定位卡片信息分为两个缓存进行存储填充和处理并通过逻辑判断给出定位识别卡片4在定位基站3的左侧或者右侧，并计算出实际距离，将正确的位置信息存储到数据库，WebSocket服务器2通过对数据库的位置信息解析转换成轨迹结构体来判断是否为最新轨迹数据，判定是否为区域定位或者精确定位的数据，通过双向迪杰斯特拉拓展算法，将当前井下人员、车辆或者生产设备的轨迹数据推送到浏览器客户端1中，使用HTML5的animate技术可在GIS地图上描绘出当前井下所有人员、车辆或者生产设备的轨迹。

图3是应用本发明显示某个井下人员、车辆或者生产设备的行径轨迹流程图，用户在浏览器客户端1开始加载GIS地图；然后浏览器客户端1判断加载GIS地图是否成功；加载GIS地图成功后，使用HTML5的SVG技术对导入的CAD地图进行放大与缩小操作，便于操作员更加清楚的看清巷道的位置、定位基站的位置和人员、车辆或者生产设备的行径轨迹；使用HTML5的drag 和 drop技术对GIS地图的定位基站和区域的信息进行编辑，可以移动定位基站和区域的位置；定位基站3通过定位识别卡片4搜寻人员、车辆或者生产设备的位置信息，定位基站3对左右两个基站天线5接收的定位卡片信息分为两个缓存进行存储填充和处理并通过逻辑判断给出定位识别卡片4在定位基站3的左侧或者右侧，并计算出实际距离，将正确的位置信息存储到数据库，WebSocket服务器2通过对数据库的位置信息解析转换成轨迹结构体来判断是否为最新轨迹数据，判定是否为区域定位或者精确定位的数据，通过双向迪杰斯特拉拓展算法，将当前井下人员、车辆或者生产设备的轨迹数据推送到浏览器客户端1中，使用HTML5的animate技术可在GIS地图上描绘出选中人员、车辆或者生产设备的轨迹。

图4是本发明的基站最短路径的流程图，本发明的关键点为提出一种最短路径的规划方法，包括如下步骤：步骤1：建立虚拟基站，形成虚拟路径；步骤2：通过双向迪杰斯特拉拓展算法可以计算出基站之间的最短路径。

该最短路径规划方法具体包括：在巷道内新建基站A、基站B、基站C、基站D；在巷道交叉口，新建虚拟基站A’、虚拟基站B’、虚拟基站C’；形成路径A——A’、A’——B、B——B’、B’——D、D——C’、C’——C、A’——C’；通过双向迪杰斯特拉拓展算法可以计算出从基站A到基站C的最短路径为A——A’——C’——C。

双向迪杰斯特拉算法的思想是：分别从s顶点和t顶点开始执行单向迪杰斯特拉算法，从s点开始执行的迪杰斯特拉算法定义为前向迪杰斯特拉搜索，从t点开始执行迪杰斯特拉算法定义为后向迪杰斯特拉搜索。算法结束的条件是：前向(后向) 迪杰斯特拉搜索求得当前最短路径上的顶点为u，且在后向(前向) 迪杰斯特拉搜索已经计算出到u的最短路径，此时s到t的最短路径可以表示为sp(s,u)+sp(t,u)。

图5是应用本发明显示井下人员、车辆或者生产设备的实时轨迹流程图。用户通过浏览器客户端1开始加载GIS地图；判断加载GIS地图是否成功；GIS地图加载成功以后，判断所选择人员、车辆或者生产设备是否在井下；如果人员、车辆或者生产设备在井下，则从数据库6中获取存储的位置信息，通过WebSocket服务器2解析成轨迹数据；判断是否有轨迹数据，如果有轨迹数据，则根据轨迹数据使用HTML5的animate技术可以描绘出选中人员、车辆或者生产设备的实时行走轨迹。

实时监控井下人员、车辆或者生产设备的算法实现：1，在进行实时监控或者实时跟踪之前首先设置定位基站最大距离和方向，并在GIS地图上描绘出定位基站的位置；2，根据设置的刷新时间定位系统自动从数据库获取当前井下人员、车辆或者生产设备的数量、当前井下最新人员轨迹，将当前人员、车辆或者生产设备的轨迹数据根据不同类型（区域定位、精确定位）转换成相应的数据结构；3，将最新轨迹数据与上一条轨迹数据进行比较，若轨迹数据相同则表示该人员、车辆或者生产设备的位置未发生变化，若不同则在GIS地图上将该人员、车辆或者生产设备的轨迹移至最新的轨迹点处。

实时轨迹：此功能用于通过硬件系统获得数据跟踪井下特定人员、车辆或者生产设备的行走轨迹，并且可以动态跟踪展示出来。

图6是应用本发明的人员、车辆或者生产设备的历史轨迹流程图，用户通过浏览器客户端1开始加载GIS地图；加载GIS地图成功以后，从数据库6中获取选中人员、车辆或者生产设备的位置信息；判断是否为新的位置；如果判断为是，则将位置信息通过HTML5的animate算法处理成轨迹数据，描绘出人员、车辆或者生产设备的历史行走轨迹。

历史轨迹：该功能用于展示特定人员、车辆或者生产设备在特定的时间范围内在井下的历史轨迹。

关于精确定位轨迹点移动备注：根据精确定位基站的方向点计算出最大距离方向点到基站的最短路径长度，轨迹点移动的路径长度=（最短路径距离*当前定位距离）/最大距离。

轨迹算法实现：1，轨迹读取步长为用户设置步长，范围值为10-20000；2，当前轨迹需要通过数据库脚本语句判断该人员当前是否在井下，若不在井下直接弹框提示，历史轨迹需要根据数据库返回的轨迹数据判断该人员在特定时间范围是否下过井，若没有下过井则直接弹框提示；3，将数据库返回的轨迹数据转换成预定义的数据结构按时间排序保存至内存中；4，轨迹播放时，预先描绘出基站轨迹点然后跟转换后的数据结构描绘出人员运动轨迹。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统，其特征在于，包括浏览器客户端、WebSocket服务器、定位基站、定位识别卡片，所述浏览器客户端的输入输出端与所述WebSocket服务器的输入输出端配合通讯联接，所述定位基站的输入输出端与所述WebSocket服务器的输入输出端配合通讯联接，所述定位基站上设置有左右对称分布的基站天线，所述基站天线用于增加虚拟基站，形成虚拟路径；所述定位识别卡片的输入输出端通过所述基站天线与所述定位基站的输入输出端配合通讯联接。

2.根据权利要求1所述的基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统，其特征在于，所述浏览器客户端用于向客户展示当前人员、车辆或者生产设备的详细信息，所述WebSocket服务器用来解析来自所述定位基站的定位数据，所述定位基站通过所述基站天线向所述定位识别卡片发送信号进行定位。

3.根据权利要求1所述的基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统，其特征在于，所述定位识别卡片采用RFID标签。

4.一种如权利要求1所述的基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统的路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：建立虚拟基站，形成虚拟路径：通过双向迪杰斯特拉拓展算法计算出基站之间的最短路径。

5.根据权利要求4所述的基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统的路径规划方法，其特征在于，具体包括：

步骤SS1：在巷道内新建基站A、基站B、基站C、基站D；

步骤SS2：在巷道交叉口，新建虚拟基站A’、虚拟基站B’、虚拟基站C’；

步骤SS3：形成路径A——A’、A’——B、B——B’、B’——D、D——C’、C’——C、A’——C’；

步骤SS4：通过双向迪杰斯特拉拓展算法可以计算出从基站A到基站C的最短路径为A——A’——C’——C。

6.根据权利要求4所述的基于Javascript和Html5的矿山井下定位系统的路径规划方法，其特征在于，所述双向迪杰斯特拉拓展算法具体包括：分别从s顶点和t顶点开始执行单向迪杰斯特拉算法，从s点开始执行的迪杰斯特拉算法定义为前向迪杰斯特拉搜索，从t点开始执行的迪杰斯特拉算法定义为后向迪杰斯特拉搜索；所述双向迪杰斯特拉拓展算法结束的条件是：前向迪杰斯特拉搜索求得当前最短路径上的顶点为u，且在后向迪杰斯特拉搜索已经计算出到u的最短路径，此时s顶点到t顶点的最短路径可以表示为sp(s,u)+sp(t,u)；或者后向迪杰斯特拉搜索求得当前最短路径上的顶点为u，且在前向迪杰斯特拉搜索已经计算出到u的最短路径，此时s顶点到t顶点的最短路径可以表示为sp(s,u)+sp(t,u)。