CN110708659B - 一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适用于矿井路径的人员定位方法，包括步骤一，根据矿山采掘工程平面图设置井巷路径的拓扑网络线，形成拓扑网络图；步骤二，在井巷路径的拓扑网络图上设置定位基站安装的坐标位置；步骤三，依据定位基站无线信号的覆盖范围，设置可以相互配合进行定位解算的合理定位基站组合；步骤四，利用超宽带无线通信技术组建无线信息传输及距离测量网络，侦测标识卡与定位基站的距离，形成标识卡测距信息包；步骤五，通过标识卡测距信息包、定位基站的坐标位置、合理定位基站组合、井巷路径的拓扑网络图解算标识卡的坐标值。本发明解决了现有基于无线电的定位技术受环境影响大而导致定位精度下降、成本升高的问题。

Description

一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统

技术领域

本发明涉及井巷物体定位技术，具体涉及一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统。

背景技术

井巷物体(人员、车辆等)定位技术主要经历三次技术迭代。

第一代、区域识别的定位技术，原理：定位卡主动式发射无线信号，如在定位基站无线覆盖范围内，则被定位到该定位基站上，如射频识别技术(Radio FrequencyIdentification,简称FRID)。这种定位方法的优点是定位卡及基站成本低，终端耗电低等。缺点是仅实现区域识别，定位精度太差，且抗干扰能力差，不能实现区域全覆盖等。

第二代、接收信号强度指示距离的定位技术，原理：根据定位基站接收到的定位卡信号强弱进行距离计算，如ZigBee、RSSI(即Received Signal Strength Indication信号接收强度测距)、Wifi等。这种定位方法的优点是具备精度定位能力(定位精度提升到3米)，覆盖半径大于等于400米，实现了区域全覆盖等。缺点是成本较高，RSSI抗干扰能力差，定位精度不稳定，不能实现物体的实时跟踪，难以及时动态掌握井下物体分布及作业情况等。造成基于信号强度指示的定位方法不准确的根本原因是井下巷道特殊性及多径衰落，电场衰减与距离不成比例等。

第三代、信号飞行时间测距的定位技术，原理：根据信号飞行时间推算距离，如TOA(Time of Arrival基于传输时间测距)、TDOA(Time Difference of Arrival基于时间差测距)、TWR(Two Way Ranging双程测距)、SDS-TWR(Symmetric Double-Sided Two-WayRanging对称双边双程测距)等。TOA通过检测无线电波从定位分站到定位卡的传输时间，乘以电磁波传输速度，计算出定位分站到定位卡之间的距离。这种定位方法的优点是原理简单，定准精度高、抗干扰能力较强等。缺点是要求定位分站与定位卡时钟同步，并计时精确，对硬件要求较高，系统稳定性难于保证。TDOA通过检测定位卡发射的无线电信号达到两邻近定位分站的时间差，乘以电磁波传输速度，计算出定位卡到两邻近定位分站之间的距离差。这种定位方法的优点是降低了硬件的要求，实现了低同步精度下的高精度测距。缺点是需要定位分站之间时钟同步，并计时精确，系统稳定性也难于保证。TWR是TOA测距方法的改进方法，定位分站A发出信号并且记下从发射到接收的时间TA,定位卡B接收到信号并且记录下从接收信号到发送的时间TB。那么可以计算出A、B两个节点之间的距离d＝C*(TA-TB)/2。这种定位方法测距仅与定位卡从接收到测距信号到发送应答信号所用时间TB和定位分站从发送测距信号到收到定位卡应答信号所用时间TA有关，既不需要定位分站与定位卡时钟同步，也不需要定位分站之间时钟同步，更不需要定位卡之间时钟同步，适用于井下物体精确定位。缺点是节点计时时钟晶体存在频率偏差，即存在时钟漂移现象，从而影响定位精度。SDS-TWR是TWR方法的改进方法，定位卡从接收到测距信号到发送应答信号所用时间TM，定位分站从发送测距信号到收到定位卡应答信号所用时间TAM，定位分站从接收到测距信号到发送应答信号所用时间TA，定位卡从发送测距信号到收到定位分站应答信号所用时间TMA，则定位卡与基站之间的距离d＝C*(TAM-TM+TMA-TA)/4。这种定位方法的优点是只要控制定位卡、基站处理时间，误差明显低于TWR算法，同时也不用考虑节点间对时间同步的要求，降低了设备成本，提高了测距精度。缺点是信号在有障碍物的空间内传播时会产生偏移，本方法只考虑了时间同步的误差，并未考虑无线信号在介质传播中产生的偏移，在高误码率的应用场景，系统定位稳定性难于保证。

第二代接收信号强度和第三代信号飞行时间的定位方法，属于基于测距的定位方法，它通过测量节点间距离或角度信息计算节点位置，更具可靠性。但井巷内存在大量的水汽、粉尘、等，发射天线发出的每一个脉冲都会发生反射、散射、绕射等现象，沿着不同的路径到达接收端，这就给定位时间参数的测算带来很大的困难。不仅如此，由于巷道的几何形状的约束和定位成本的限制，定位参考节点不能在一个平面空间内随机的、密集的部署，只能沿巷道方向部署，而单一的测距定位方法的精确度要求至少三个以上的参考点才能保证。所以，地面现有的测距定位系统不能直接应用于矿井巷道。虽然通过精确测量参考点位置及间距，有些井下人员定位系统结合井巷路径约束条件，实现了路径走向方向的人员定位，但是井下巷道路面起伏不平，定位参考点间距测量工作面临极大挑战。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于矿井路径的人员定位方法，包括如下步骤：

步骤一：根据矿山采掘工程平面图设置井巷路径的拓扑网络线，形成拓扑网络图；

步骤二：在井巷路径的拓扑网络图上设置定位基站安装的坐标位置；

步骤三：依据定位基站无线信号的覆盖范围，设置可以相互配合进行定位解算的合理定位基站组合；

步骤四：利用超宽带无线通信技术组建无线信息传输及距离测量网络，侦测标识卡与定位基站的距离，形成标识卡测距信息包；

步骤五：通过标识卡测距信息包、定位基站的坐标位置、合理定位基站组合、井巷路径的拓扑网络图解算标识卡的坐标值。

优选的，所述拓扑网络线位于井巷的中间位置，拓扑网络线的交点为空间坐标点，配置高程值，形成空间线路网络。

优选的，所述合理定位基站组合由两个定位基站组成，要求同时满足以下条件：

①两个定位基站路径相通，且在相通的路径上同时满足视线互通；

②两个定位基站彼此处于各自的最佳测距范围内。

优选的，所述标识卡测距信息包是单个标识卡至多个定位基站的测距信息单元，其构成元素包括标识卡号、基站编号、距定位基站距离、定位基站测距数值可信度。

优选的，所述标识卡的空间坐标值的解算方法具体为：以定位基站为球心，定位基站到标识卡的距离为半径形成空间球体，此空间球体的外接球面与拓扑网络线形成交点集，根据同时侦测到标识卡的定位基站数量，划分为三种情况求取标识卡的坐标值：

①标识卡被1个定位基站侦测：当空间球体的球面与拓扑网络线无交点时，定位基站的坐标位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数为1时，交点位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数大于1时，得到交点的集合JA，若之前此标识卡被两个定位基站成功定位过，则两个定位基站的坐标点形成标识卡惯性走向向量V0，若尚未形成标识卡惯性走向向量V0，则定位基站位置为标识卡坐标值，否则，依次提取集合JA中的点，计算点与定位基站组成的向量V1，取向量V0和V1趋向平行的点形成点集合SD，则点集合SD中距被两个定位基站定位的标识卡坐标值最近的点即为标识卡坐标值；

②标识卡被两个定位基站侦测：标识卡被定位基站A和定位基站B侦测到，若定位基站A和B形成的配对组合不符合预设置的合理定位基站组合时，则无解；若定位基站A和B形成的配对组合符合预设置的合理定位基站组合时，定位基站A至标识卡的距离为半径形成的空间球体S1的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SA，定位基站B至标识卡的距离为半径形成的空间球体S2的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SB，若集合SA或SB的其中一个为空，则无解；否则，从集合SA的点至集合SB的点形成空间线段集合SAB，若标识卡至定位基站A的距离为Lca，标识卡至定位基站B的距离为Lcb，定位基站A和B之间的距离Lab，若(Lab-Lca-Lcb)>-0.001，即空间球体S1和S2相离或相切时，则空间线段集合SAB中的最短线段的中点为标识卡坐标值；否则，空间球体S1和S2相交时，若线段集合SAB中所有与两个定位基站形成的线段AB趋向平行的线段的中点形成可选解点集合SR,则其中距定位基站A和B最短距离的点即为标识卡坐标值，否则判定为无解；

③标识卡被多于两个定位基站侦测：每两个定位基站配对形成配对集合PAB，若集合PAB中无组合为预设置的合理定位基站组合，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值；否则，依据标识卡是否处于配对定位基站的中间，将组合集PAB划分为处于配对定位基站中间的集合MPAB和不处于配对定位基站中间的集合OPAB，先从集合MPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合MPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，再从集合OPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合OPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值。

一种适用于矿井路径的人员定位系统，包括

管理服务器，侦听和采集矿用本安型智能分站通过交换机从井下发送的二进制数据信息；把采集到的二进制数据根据通信协议转化成描述标识卡和定位基站之间距离的标识卡测距信息包；对标识卡测距信息包进行解算得到标识卡的位置信息并保存；向人员定位监控终端发送通过解算得到的标识卡的位置信息；通过交换机向井下的矿用本安型智能分站发送指令；

人员定位监控终端，接收管理服务器发出的标识卡位置信息，并结合矿图在屏幕上可视化地显示出来人员的位置；显示每个标识卡和定位基站之间的距离数据；绘制人员定位所使用的拓扑网络线，人员最终会定位到所绘制的拓扑网络线上的某一点；结合矿图设置矿用本安型定位网关和定位基站在井下的安装位置；设置定位基站之间的关联关系，形成合理定位基站组合；

矿用本安型智能分站，接收矿用本安型定位网关发送的定位信息，记录并且转发到管理服务器；接收由管理服务器发送的控制或者显示信息，显示到矿用本安型智能分站的显示屏中；

交换机，连通井下的矿用本安型智能分站和井上的管理服务器；

矿用本安型光纤转换器，实现井下双绞线网络到光纤网络的转换；

矿用本安型定位网关，执行本安型智能分站发送的组网指令；返回本安型智能分站发送的传输指令；接收定位基站发送的定位信息并且传输到本安型智能分站；

定位基站，为矿用本安型定位基站，与标识卡进行通信，同时产生测距信息；传输测距信息到本安型定位网关；

标识卡为矿用本安型标识卡，与定位基站通信，产生测距信息；设有救援按钮，长按救援按钮可以发送救援指令到定位基站；

矿用隔爆直流稳压电源，将矿上的工业电压转化为矿用本安型智能分站、矿用本安型定位网关、定位基站使用的24V直流电压；使输出直流电压不受电网电压波动的影响，提高电压稳定性；

信号避雷器，用来防护雷电产生的高电压，也可以防护操作高电压，保护井下的信号线路设备免受浪涌损害。

本发明解决了现有基于无线电的定位技术受环境影响大而导致定位精度下降、成本升高的问题；定位性能稳定，在不需要精确测量定位基站位置及间距的情况下，最多参照二个定位基站，即可在井巷路径上对目标进行定位，属于为矿井企业量身打造、轻量级部署的、对采掘面生产环境干涉最小的、实用型人员定位系统。

附图说明

构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解。

在附图中：

图1为本发明一种适用于矿井路径的人员定位方法的工作流程图。

图2为本发明定位基站布局示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出的适用于矿井路径的人员定位方法的定位原理是以定位基站为球心，定位基站到标识卡的距离为半径形成空间球体，矿井路径为空间拓扑网络图，充分利用人员活动限定范围为矿井路径和累积的活动轨迹信息，在粗略标定定位基站位置和近似测量标识卡距定位基站距离的情况下，通过解算空间球面与线段的交点，结合判定规则从多个解算结果中选取合理值作为标识卡估算位置。

如图1所示，一种适用于矿井路径的人员定位方法，包括如下步骤：

步骤一：根据矿山采掘工程平面图设置井巷路径的拓扑网络线，形成拓扑网络图；

步骤二：在井巷路径的拓扑网络图上设置定位基站安装的坐标位置；

步骤三：依据定位基站无线信号的覆盖范围，设置可以相互配合进行定位解算的合理定位基站组合；

步骤四：利用超宽带无线通信技术组建无线信息传输及距离测量网络，侦测标识卡与定位基站的距离，形成标识卡测距信息包；

步骤五：通过标识卡测距信息包、定位基站的坐标位置、合理定位基站组合、井巷路径的拓扑网络图解算标识卡的坐标值。

所述拓扑网络线的布局近似于井巷的导线，即线尽量处于井巷的中间位置；拓扑网络线的交点为空间坐标点，配置高程值，形成空间线路网络，即除了平面坐标值(x,y)外，还可以配置高程值z。

所述合理定位基站组合由两个定位基站组成，要求同时满足以下条件：

①两个定位基站路径相通，且在相通的路径上同时满足视线互通；

②两个定位基站彼此处于各自的最佳测距范围内。

根据现场实际安装情况，将定位基站标注到拓扑网络图中。定位基站在拓扑网络图的位置不要求精确测量，坐标位置相近即可。标识卡需要精确定位的路段，要求相邻定位基站间路径相通，且在相通的路径上同时满足视线互通，同时相邻定位基站彼此处于各自的最佳测距范围内(最佳测距范围根据定位基站所采用测距芯片的出厂指标确定)，形成合理定位基站组合。合理定位基站组合是预设置的可以相互结合进行标识卡位置解算的定位基站集合，由两个定位基站组成。若检测到某个标识卡的定位基站不属于同一个合理定位基站组合，则不能相互配合求解标识卡位置。合理定位基站组合的选择如图2所示，一个交叉路口总共安装A、B、C、D、E、F六个定位基站，其中合理基站组合为集合(A,B)、(A,F)、(C,F)和(C,D)。若标识卡P处于巷道路径交叉点时被定位基站A、B、C、E和F同时侦测到，实际情况是标识卡P和定位基站C视线不互通，无线电信号存在折射和衍射现象，造成P至C的距离测量不精确；标识卡P和定位基站E之间的路径不相通，存在封堵现象，无线电信号容易出现不稳定情况，造成P至E的距离测量不精确；标识卡P虽然可以被定位基站B监测到，但是由于不处于B的最佳测距范围之内，造成P至B的距离测量误差变大；因此，将路径相通且视线互通的两个定位基站设置为合理定位基站组合，同时要求这两个定位基站彼此处于各自的最佳测距范围内，即定位基站集合(A、B)、(A,F)、(C,F)和(C,D)为合理定位基站组合。本发明提出的定位算法能够从定位基站集合(A、B、C、E、F)中选取出合理定位基站集合(A、F)解算出标识卡位置P点，即从所有的合理定位基站组合(A,B)、(A,F)、(C,F)和集合(C,D)中选取定位基站A和F为标识卡P的最优合理定位基站组合，极大提高标识卡位置解算的精确度。

所述标识卡测距信息包是单个标识卡至多个定位基站的测距信息单元，其构成元素包括标识卡号、基站编号、距定位基站距离、定位基站测距数值可信度。假设标识卡c被n个基站同时侦测到，则标识卡测距信息包构成元素主要包括[标识卡号c、1基站编号，距1基站距离，1基站测距数值可信度…n基站编号，距n基站距离，n基站测距数值可信度]。

所述标识卡的空间坐标值的解算方法名称为“近直线路径上的空间球-线相交定位法(sphere-line precision positioning on the approximate straight route,简称SLPP-ASR”，具体为：以定位基站为球心，定位基站到标识卡的距离为半径形成空间球体，此空间球体的外接球面与拓扑网络线形成交点集，根据同时侦测到标识卡的定位基站数量，划分为三种情况求取标识卡的坐标值，若无解或求解失败，则无法得到标识卡的坐标值：

①标识卡被1个定位基站侦测：当空间球体的球面与拓扑网络线无交点时，定位基站的坐标位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数为1时，交点位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数大于1时，得到交点的集合JA，若之前此标识卡被两个定位基站成功定位过，则两个定位基站的坐标点形成标识卡惯性走向向量V0，若尚未形成标识卡惯性走向向量V0，则定位基站位置为标识卡坐标值，否则，依次提取集合JA中的点，计算点与定位基站组成的向量V1，取向量V0和V1趋向平行的点形成点集合SD，则点集合SD中距被两个定位基站定位的标识卡坐标值最近的点即为标识卡坐标值；

②标识卡被两个定位基站侦测：标识卡被定位基站A和定位基站B侦测到，若定位基站A和B形成的配对组合不符合预设置的合理定位基站组合时，则无解；若定位基站A和B形成的配对组合符合预设置的合理定位基站组合时，定位基站A至标识卡的距离为半径形成的空间球体S1的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SA，定位基站B至标识卡的距离为半径形成的空间球体S2的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SB，若集合SA或SB的其中一个为空，则无解；否则，从集合SA的点至集合SB的点形成空间线段集合SAB，若标识卡至定位基站A的距离为Lca，标识卡至定位基站B的距离为Lcb，定位基站A和B之间的距离Lab，若(Lab-Lca-Lcb)>-0.001，即空间球体S1和S2相离或相切时，则空间线段集合SAB中的最短线段的中点为标识卡坐标值；否则，空间球体S1和S2相交时，若线段集合SAB中所有与两个定位基站形成的线段AB趋向平行的线段的中点形成可选解点集合SR,则其中距定位基站A和B最短距离的点即为标识卡坐标值，否则判定为无解；

③标识卡被多于两个定位基站侦测：每两个定位基站配对形成配对集合PAB，若集合PAB中无组合为预设置的合理定位基站组合，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值；否则，依据标识卡是否处于配对定位基站的中间，将组合集PAB划分为处于配对定位基站中间的集合MPAB和不处于配对定位基站中间的集合OPAB，先从集合MPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合MPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，再从集合OPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合OPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值。

一种适用于矿井路径的人员定位系统，从空间上划分，包括地上设备和地下设备两部分；从功能上划分，包括矿井人员定位业务操控平台、有线信息传输网络和无线信息传输及距离测量网络三部分。所述地上设备包括信号避雷器、管理服务器、交换机、人员定位监控终端；所述地下设备包括矿用本安型光纤转换器、矿用隔爆直流稳压电源、矿用本安型智能分站、矿用本安型定位网关、定位基站、标识卡。所述矿井人员定位业务操控平台包括信号避雷器、管理服务器、交换机和人员定位监控终端。所述有线信息传输网络包括管理服务器、矿用本安型光纤转换器、矿用隔爆直流稳压电源、矿用本安型智能分站和矿用本安型定位网关。所述无线信息传输及距离测量网络包括矿用本安型定位网关、定位基站和标识卡。

管理服务器，侦听和采集矿用本安型智能分站通过交换机从井下发送的二进制数据信息；把采集到的二进制数据根据通信协议转化成描述标识卡和定位基站之间距离的标识卡测距信息包；对标识卡测距信息包进行解算得到标识卡的位置信息并保存；向人员定位监控终端发送通过解算得到的标识卡的位置信息；通过交换机向井下的矿用本安型智能分站发送指令；

人员定位监控终端，接收管理服务器发出的标识卡位置信息，并结合矿图在屏幕上可视化地显示出来人员的位置；显示每个标识卡和定位基站之间的距离数据；绘制人员定位所使用的拓扑网络线，人员最终会定位到所绘制的拓扑网络线上的某一点；结合矿图设置矿用本安型定位网关和定位基站在井下的安装位置；设置定位基站之间的关联关系，形成合理定位基站组合；

矿用本安型智能分站，接收矿用本安型定位网关发送的定位信息，记录并且转发到管理服务器；接收由管理服务器发送的控制或者显示信息，显示到矿用本安型智能分站的显示屏中；

交换机，连通井下的矿用本安型智能分站和井上的管理服务器；转发管理服务器向井下设备发送的指令；转发矿用本安型智能分站发送给管理服务器的数据。

矿用本安型光纤转换器，位于交换机和矿用本安型智能分站之间，实现井下双绞线网络到光纤网络的转换；

矿用本安型定位网关，执行本安型智能分站发送的组网指令；返回本安型智能分站发送的传输指令；接收定位基站发送的定位信息并且传输到本安型智能分站；

定位基站为矿用本安型定位基站，与标识卡进行通信，同时产生测距信息；传输测距信息到本安型定位网关；

标识卡为矿用本安型标识卡，与定位基站通信，产生测距信息；设有救援按钮，长按救援按钮可以发送救援指令到定位基站；

矿用隔爆直流稳压电源，将矿上的工业电压转化为矿用本安型智能分站、矿用本安型定位网关、定位基站使用的24V直流电压；使输出直流电压不受电网电压波动的影响，提高电压稳定性，充分保证上述设备维持正常工作；

信号避雷器，用来防护雷电产生的高电压，也可以防护操作高电压，保护井下的信号线路设备免受浪涌损害。

本发明定位性能稳定，提出球-线交点间均方差中值点即为标识卡位置的方法，避免线性方程组迭代求解再来的性能下降问题，同时通过中值降噪回归法提高定位结果的稳定性；通过采用定位节点间不需要时钟同步的测距技术，提出了“近直线路径上的空间球-线相交定位法”，在不需要精确测量定位基站位置及间距的情况下，最多参照两个定位基站，即可在井巷路径上对目标进行定位，属于为矿井企业量身打造、轻量级部署的、对采掘面生产环境干涉最小的、实用型人员定位系统。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于矿井路径的人员定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：根据矿山采掘工程平面图设置井巷路径的拓扑网络线，形成拓扑网络图；所述拓扑网络线位于井巷的中间位置，拓扑网络线的交点为空间坐标点，配置高程值，即垂直高度的高程值，形成空间线路网络；

步骤二：在井巷路径的拓扑网络图上设置定位基站安装的坐标位置；

步骤三：依据定位基站无线信号的覆盖范围，设置可以相互配合进行定位解算的合理定位基站组合；

步骤四：利用超宽带无线通信技术组建无线信息传输及距离测量网络，侦测标识卡与定位基站的距离，形成标识卡测距信息包；

步骤五：通过标识卡测距信息包、定位基站的坐标位置、合理定位基站组合、井巷路径的拓扑网络图解算标识卡的坐标值；

所述标识卡的空间坐标值的解算方法具体为：以定位基站为球心，定位基站到标识卡的距离为半径形成空间球体，此空间球体的外接球面与拓扑网络线形成交点集，根据同时侦测到标识卡的定位基站数量，划分为三种情况求取标识卡的坐标值：

①标识卡被1个定位基站侦测：当空间球体的球面与拓扑网络线无交点时，定位基站的坐标位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数为1时，交点位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数大于1时，得到交点的集合JA，若之前此标识卡被两个定位基站成功定位过，则两个定位基站的坐标点形成标识卡惯性走向向量V0，若尚未形成标识卡惯性走向向量V0，则定位基站位置为标识卡坐标值，否则，依次提取集合JA中的点，计算点与定位基站组成的向量V1，取向量V0和V1趋向平行的点形成点集合SD，则点集合SD中距被两个定位基站定位的标识卡坐标值最近的点即为标识卡坐标值；

②标识卡被两个定位基站侦测：标识卡被定位基站A和定位基站B侦测到，若定位基站A和B形成的配对组合不符合预设置的合理定位基站组合时，则无解；若定位基站A和B形成的配对组合符合预设置的合理定位基站组合时，定位基站A至标识卡的距离为半径形成的空间球体S1的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SA，定位基站B至标识卡的距离为半径形成的空间球体S2的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SB，若集合SA或SB的其中一个为空，则无解；否则，从集合SA的点至集合SB的点形成空间线段集合SAB，若标识卡至定位基站A的距离为Lca，标识卡至定位基站B的距离为Lcb，定位基站A和B之间的距离Lab，若(Lab-Lca-Lcb)>-0.001，即空间球体S1和S2相离或相切时，则空间线段集合SAB中的最短线段的中点为标识卡坐标值；否则，空间球体S1和S2相交时，若线段集合SAB中所有与两个定位基站形成的线段AB趋向平行的线段的中点形成可选解点集合SR,则其中距定位基站A和B最短距离的点即为标识卡坐标值，否则判定为无解；

③标识卡被多于两个定位基站侦测：每两个定位基站配对形成配对集合PAB，若集合PAB中无组合为预设置的合理定位基站组合，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值；否则，依据标识卡是否处于配对定位基站的中间，将组合集PAB划分为处于配对定位基站中间的集合MPAB和不处于配对定位基站中间的集合OPAB，先从集合MPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合MPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，再从集合OPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合OPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种适用于矿井路径的人员定位方法，其特征在于：所述合理定位基站组合由两个定位基站组成，要求同时满足以下条件：

①两个定位基站路径相通，且在相通的路径上同时满足视线互通；

②两个定位基站彼此处于各自的最佳测距范围内。

3.根据权利要求1所述的一种适用于矿井路径的人员定位方法，其特征在于：所述标识卡测距信息包是单个标识卡至多个定位基站的测距信息单元，其构成元素包括标识卡号、基站编号、距定位基站距离、定位基站测距数值可信度。

4.一种适用于矿井路径的人员定位系统，用以实现权利要求1-3的人员定位方法，其特征在于：包括

管理服务器，侦听和采集矿用本安型智能分站通过交换机从井下发送的二进制数据信息；把采集到的二进制数据根据通信协议转化成描述标识卡和定位基站之间距离的标识卡测距信息包；对标识卡测距信息包进行解算得到标识卡的位置信息并保存；向人员定位监控终端发送通过解算得到的标识卡的位置信息；通过交换机向井下的矿用本安型智能分站发送指令；

人员定位监控终端，接收管理服务器发出的标识卡位置信息，并结合矿图在屏幕上可视化地显示出来人员的位置；显示每个标识卡和定位基站之间的距离数据；绘制人员定位所使用的拓扑网络线，人员最终会定位到所绘制的拓扑网络线上的某一点；结合矿图设置矿用本安型定位网关和定位基站在井下的安装位置；设置定位基站之间的关联关系，形成合理定位基站组合；

矿用本安型智能分站，接收矿用本安型定位网关发送的定位信息，记录并且转发到管理服务器；接收由管理服务器发送的控制或者显示信息，显示到矿用本安型智能分站的显示屏中；

交换机，连通井下的矿用本安型智能分站和井上的管理服务器；

矿用本安型光纤转换器，实现井下双绞线网络到光纤网络的转换；

矿用本安型定位网关，执行本安型智能分站发送的组网指令；返回本安型智能分站发送的传输指令；接收定位基站发送的定位信息并且传输到本安型智能分站；

定位基站为矿用本安型定位基站，与标识卡进行通信，同时产生测距信息；传输测距信息到本安型定位网关；

标识卡为矿用本安型标识卡，与定位基站通信，产生测距信息；设有救援按钮，长按救援按钮可以发送救援指令到定位基站；

矿用隔爆直流稳压电源，将矿上的工业电压转化为矿用本安型智能分站、矿用本安型定位网关、定位基站使用的24V直流电压；使输出直流电压不受电网电压波动的影响，提高电压稳定性；

信号避雷器，用来防护雷电产生的高电压，也可以防护操作高电压，保护井下的信号线路设备免受浪涌损害。

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