CN112924930A - 用于井下环境的定位系统的时间同步方法和时间同步装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，所述定位系统通过二维部署模式部署用于定位的定位基站，并基于二维到达时间差定位法(TDOA)对所述定位对象进行定位，以获得具有较高精度的定位结果。所述时间同步方法能够自动地更新所述定位系统的时间同步源，以确保所述定位系统中各定位基站的时间同步，以提高所述定位系统的鲁棒性和定位准确度。

Description

用于井下环境的定位系统的时间同步方法和时间同步装置

技术领域

本申请涉及定位领域，更具体地涉及一种用于井下环境的定位系统的时间同步方法和时间同步装置。

背景技术

如今，定位技术已被广泛地被应用于各行各业的导航，定位，授时，检测和救援等工作中。常见的定位技术包括两大类：室外定位技术和室内定位技术。室外定位技术主要包括以GPS为代表的卫星定位技术。室内定位技术有多种类型，主要包括超声波定位、红外线定位、无线射频定位、蓝牙定位、蜂窝定位和视觉定位等。

不同的定位技术具有不同的定位能力(尤其表现在定位精度上)，同时技术难度和方案成本也不尽相同。因此，在选择定位方案时，需充分考量应用场景的特点。

例如，在煤矿生产的井下环境的应用场景中，需对用于挖掘煤层的掘进机或者采煤机之类的井下设备进行定位。然而，煤矿生成的井下环境复杂，其空间狭小，巷道宽度只有5到6米，一般掘进机会在煤层中先开辟出一条巷道，然后由采煤机进行煤层的开采。现有的定位手段在用于井下环境的井下设备进行定位时，定位精度较差，无法实现对井下设备的精准跟踪，导致不能根据位置跟踪来做工作进度跟踪和是否接近危险区域的跟踪(例如，断层等)。

因此，需要一种优化的用于井下环境的定位对象的定位方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，所述定位系统通过二维部署模式部署用于定位的定位基站，并基于二维到达时间差定位法(TDOA)对所述定位对象进行定位，以获得具有较高精度的定位结果。所述时间同步方法能够自动地更新所述定位系统的时间同步源，以确保所述定位系统中各定位基站的时间同步，以提高所述定位系统的鲁棒性和定位准确度。

根据本申请的一方面，提供了一种用于井下环境的定位系统的时间同步方法，所述定位系统包括第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站，其包括：

初始化，以将所述第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站设定为第二层级的节点，其中，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；

所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据；以及

响应于接收到所述服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站被部署于同一平面，以及，所述第四定位基站与所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站不在同一平面。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，该定位系统的工作过程，包括：

通过所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中任意两个定位基站与定位对象之间的通信获得第一定位数据，其中，所述第一定位数据包括所述定位对象发送的通信信号到所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中任意两个定位基站的时间；

通过所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中另外任意两个定位基站与所述定位对象之间的通信获得第二定位数据，其中，所述第二定位数据包括所述定位对象发送的通信信号到所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中另外任意两个定位基站的时间；

通过所述第一定位基站、第二定位基站和所述第三定位基站中任意一个定位基站和所述第四定位基站与所述定位对象之间的通信获得定位校准数据，其中，所述定位校准数据包括所述定位对象发送的通信信号到所述第一定位基站、第二定位基站和所述第三定位基站中任意一个定位基站和所述第四定位基站的时间；以及

通过到达时间差定位法基于所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据，对所述定位对象进行定位。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，所述第四定位基站与由所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站设定的平面之间的距离大于等于1米。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站与所述定位对象之间的第一距离、第二距离和第三距离都小于所述第四定位基站与所述定位对象之间的第四距离。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，所述定位基站与所述定位对象之间采用超宽带通信技术进行通信。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，该预设时间间隔为1s。

在根据本申请的用于井下环境的定位系统的时间同步方法中，该预设时间段为5s。

根据本申请的另一方面，还提供了一种时间同步装置，其包括：初始化单元，用于初始化以将定位系统的第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将定位系统的第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站设定为第二层级的节点，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；以及

时间同步源更新单元，用于响应于接收到服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源，其中，所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据。

在根据本申请的时间同步装置中，该预设时间间隔为1s。

在根据本申请的时间同步装置中，该预设时间段为5s。

与现有技术相比，根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，所述定位系统通过二维部署模式部署用于定位的定位基站，并基于二维到达时间差定位法(TDOA)对所述定位对象进行定位，以获得具有较高精度的定位结果，其中，所述时间同步方法能够自动地更新所述定位系统的时间同步源，以确保所述定位系统中各定位基站的时间同步，以提高所述定位系统的鲁棒性和定位准确度。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统的架构示意图。

图2图示了根据本申请实施例的到达时间差定位法的原理示意图。

图3图示了根据本申请实施例的所述定位系统与定位对象之间的通信示意图。

图4图示了根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统的时间同步方法的流程图。

图5图示了根据本申请实施例的所述时间同步方法中对所述定位系统中的定位基站进行层级划分的示意图。

图6图示了根据本申请实施例的时间同步装置的框图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

申请概述

如上所述，不同的定位技术具有不同的定位能力(尤其表现在定位精度上)，同时技术成本也不尽相同。因此，在选择定位方案时，需充分考量应用场景的特点。

例如，在煤矿生产的井下环境的应用场景中，需对用于挖掘煤层的掘进机或者采煤机之类的井下设备进行定位。然而，煤矿生成的井下环境复杂，其空间狭小，巷道宽度只有5到6米，一般掘进机会在煤层中先开辟出一条巷道，然后由采煤机进行煤层的开采。但是，现有的定位手段在用于井下环境的井下设备进行定位时，定位精度较差，无法实现对井下设备的精准跟踪，导致不能根据位置跟踪来做工作进度跟踪和是否接近危险区域的跟踪(例如，断层等)。

现有的用于井下环境的定位方案常基于射频识别技术(Radio FrequencyIdentification：RFID)。RFID定位技术是一种区域定位技术，其只能实现区域定位，并且由于井下环境相较于地面环境更为复杂，其定位精度差，实现不了对掘进机等井下设备的跟踪，因此，不能根据位置数据来做工作精度的追踪、是否接近危险区域的追踪等。

还有一些厂商采用到达时间差定位法(Time difference of Arrival：TDOA)来构建定位方案。本领域普通技术人员应知晓，TDOA定位系统必须有至少三个定位基站，其中，采用三个不同的基站可以测得两个TDOA，定位对象位于两个TDOA决定的双曲线的交点上。

在现有的基于TDOA的定位方案中，通常将选择在掘进面(掘进机工作的平面)上部署三台基站，以通过三个不同的基站与掘进机之间的通信来测得两个TDOA，相应地，掘进机的位置就在两个TDOA决定的双曲线的交点上。然而，通过这样方式应用TDOA定位技术的定位精度并不能满足实际应用需求。

究其原因，本申请发明人研发发现：在应用TDOA技术时，一方面，定位基站本身的性能会影响定位精度，另一方面，基站的部署模式也会影响定位精度。

针对于定位基站本身的性能，定位基站之间的时间同步精度是一大技术难度。基于TDOA的定位原理时刻，为了对定位对象进行定位必须要算时间差，因此，必须保证各基站之间的时间同步。时间同步则需要设定时间同步源(即，以哪个定位基站的时间为准)，但是，在实际应用中，时间同步源会发生损坏，若时间同步源无法正常工作，则时间同步就完全中断，影响所述定位系统的性能鲁棒性和定位准确度。

另一方面，经测试，本申请发明人发现如果将三台基站部署于掘进面上，这相当于将三台基站部署于同一平面上，也就是说，基于这三台基站进行的定位是基于TDOA的掘进面一维定位，这种部署方式定位精度较低。

本申请发明人尝试在掘进面上尝试增加基站(例如，增加第四基站)，以通过第四基站与其他两台基站之间的配合来获得另外的定位数据来进行数据校准。然而，由于这种改进方式仍属于基于TDOA的掘进面一维定位，其所测得的校准数据的精度与通过原先三台基站获得的定位数据的精度属于同一量级，最终的定位精度依然不能满足要求。

相应地，针对上述技术问题，本申请的基本构思是一方面，调整用于井下环境的定位基站的部署模式，具体地，将定位基站的部署模式从一维增加到二维，并通过二维到达时间差定位法对用于井下环境的定位对象进行定位，以具有更高的定位精度。

另一方面，构建用于具有二维部署模式的定位系统的时间同步方案，以提高所述定位系统的性能鲁棒性和定位准确度。

基于此，本申请提供一种用于井下环境的定位系统，其包括：第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站；所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中任意两个定位基站用于与所述定位对象之间进行通信以获得第一定位数据；所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中另外任意两个定位基站用于与所述定位对象之间进行通信以获得第二定位数据；所述第一定位基站、第二定位基站和所述第三定位基站中任意一个定位基站和所述第四定位基站用于与所述定位对象之间进行通信以获得定位校准数据；所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据用于基于到达时间差定位法对所述定位对象进行定位。

基于此，本申请提供了一种用于井下环境的定位系统的时间同步方法，所述定位系统包括第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站，其包括：初始化，以将所述第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站设定为第二层级的节点，其中，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据；以及，响应于接收到所述服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源。

在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。

示意性定位系统

图1图示了根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统的架构示意图。如图1所示，根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统，包括至少四个定位基站，所述四个定位基站以二维模式部署于所述井下环境，并基于二维到达时间差定位法(Time differenceof Arrival)对用于井下环境的井下设备进行定位。

这里，在本申请中，所述井下环境是相对于地面环境而言，其包括但不限于矿井环境(例如，煤矿环境)、地下环境(例如，运行地铁的地下环境)等；所述井下设备指在井下环境中工作的设备，例如，在煤矿环境下的掘进机、采煤机、运煤有轨列车等。当然，所述用于井下环境的定位系统还可以被应用于对在井下环境中的人进行定位，只需要人携带定位设备即可，对此，并不为本申请所局限。

以下，以所述定位系统包括四个定位基站为示例，说明本申请的所述定位系统的定位过程。为了便于说明和理解，将四个定位基站分别定义为：第一定位基站R1、第二定位基站R2、第三定位基站R3和第四定位基站R4。

特别地，在本申请实施例中，所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3被部署于同一平面，所述第四定位基站R4与所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3不在同一平面，通过这样的方式，将所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2、所述第三定位基站R3和所述第四定位基站R4以二维模式部署于所述井下环境。

这里，在本申请中，“二维部署模式”相对于“一维部署模式”而言，如前所述，一维部署模式表示将所有的定位基站部署于同一平面，相应地，在本申请中，“二维部署模式”表示将所有的定位基站部署于不同高度的两个平面上。

以所述井下环境为煤矿环境和所述井下设备为掘进机为具体示例，在二维部署模式中，所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3被部署于掘进面上，所述第四定位基站R4部署于高于掘进面的位置处。应可以理解，将所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3被部署于掘进面上相当于将所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3部署于同一平面，所述第四定位基站R4部署高度高于所述掘进面相当于将所述第四定位基站R4部署于与所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3不在同一平面。

在本申请实施例中，部署于同一平面的所述第一定位基站R1、第二定位基站R2和所述第三定位基站R3被配置用于基于到达时间差定位法(Time Difference of Arrival，TDOA)对位于所述井下环境的定位对象S进行定位以获得定位数据，所述第四定位基站R4用于与所述第一定位基站R1、第二定位基站R2和所述第三定位基站R3中任意一台定位基站进行配合，以获得定位校准数据，这样，基于所述第四定位基站R4提供的定位校准数据对所述定位数据进行辅助校准，以获得具有较高精度的所述定位对象S的定位结果。

更具体地，到达时间差定位法(Time Difference of Arrival，TDOA)的基本原理为通过测量无线电信号到达不同监测地点的天线单元时间差，来对发射无线电信号的发射源进行定位，也就是，通过测量定位对象S发出的无线电信号到达不同监测地点的所述定位基站的时间差，来对发射无线电信号的所述定位对象S进行定位。

到达时间差定位法(Time Difference of Arrival，TDOA)的定位流程为：首先，从定位基站将同一时间测量的同一信号得到的定位数据发送到服务器；然后，分别计算天线电信号到达两个定位基站的时间差；接着，将两个定位基站之间的时间差转化为距离差，就可以得到一条双曲线；这样，通过三个或者多个定位基站测得的时间差可以得到两条或者多条双曲线来实现对定位对象S的定位，如图2所示(图2图示了根据本申请实施例的到达时间差定位法的原理示意图)。

对应到本申请中，所述定位系统对所述定位对象S进行定位的过程，包括如下步骤。

首先，通过所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3中任意两个定位基站与所述定位对象S之间的通信获得第一定位数据。

然后，通过所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3中另外任意两个定位基站与所述定位对象S之间的通信获得第二定位数据。

也就是，通过所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3中不同的两组两个定位基站与所述定位对象S之间的通信获得所述第一定位数据和所述第二定位数据。例如，第一组两个定位基站为所述第一定位基站R1和所述第二定位基站R2，第二组两个定位基站为所述第一定位基站R1和所述第三定位基站R3；当然，也还可以是其他组合，例如，第一组两个定位基站为所述第一定位基站R1和所述第二定位基站R2，第二组两个定位基站为所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3，对此，并不为本申请所局限。

接着，通过所述第一定位基站R1、第二定位基站R2和所述第三定位基站R3中任意一个定位基站和所述第四定位基站R4与所述定位对象S之间的通信获得定位校准数据。也就是，通过位于第二维度的第四定位基站R4与位于第一维度的所述第一定位基站R1、第二定位基站R2和所述第三定位基站R3中任意一个定位基站形成一组定位基站与所述定位对象S进行通信，以获得所述定位校准数据。

然后，通过到达时间差定位法基于所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据，对所述定位对象S进行定位。这里，通过到达时间差定位法基于所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据，对所述定位对象S进行定位的过程，包括：首先，通过到达时间差定位法基于所述第一定位数据，获得第一双曲线；然后，通过到达时间差定位法基于所述第二定位数据，获得第二双曲线；接着，基于时间差定位基于所述第三定位数据，获得第三双曲线；最终，将所述第一双曲线、所述第二双曲线和所述第三双曲线之间的交点，确定为所述定位对象S的定位信息。

图3图示了根据本申请实施例的所述定位系统与定位对象S之间的通信示意图。如图3所示，所述定位系统与定位对象S之间通信过程，包括：首先，首先，所述第一定位基站R1和所述第二定位基站R2与所述定位对象S之间进行通信以获得第一定位数据；接着，所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3与所述定位对象S之间进行通信获得第二定位数据；然后，所述第四定位基站R4与所述第三定位基站R3与所述定位对象S之间进行通信获得定位校准数据，其中，所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据用于：基于到达时间差定位法对所述定位对象S进行定位。在具体实施中，可另外配置一台服务器(图中未示意)，所述服务器用于接收所述第一定位数据、第二定位数据和定位校准数据，并基于到达时间差定位法对所述所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据进行处理，以获得所述定位对象S的定位结果。

应注意到，在本申请中，处于同一平面的所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3没有直接对所述定位对象S进行定位，而是通过所述第四定位基站R4所提供的定位校准数据结合所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3所测得的定位数据最终获得所述定位对象S的定位结果，这样，保证了定位位置的精确度。

在具体实施中，所述定位对象S与所述定位基站(所述第一定位基站R1、第二定位基站R2、所述第三定位基站R3和所述第四定位基站R4)之间通过无线信号进行通信，例如，可基于蜂窝通信技术实现所述定位对象S和所述定位基站之间的通信，即，所述定位基站被实施为蜂窝通信技术，所述定位对象S携带有蜂窝通信标签。优选地，在本申请实施例中，所述定位对象S与所述定位基站之间采用超宽带技术实现通信，超宽带技术是一种无线载波通信技术，其不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此，其所占的频谱范围很宽，UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰减不敏感、截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于本申请涉及的用于井下环境的定位系统。也就是，优选地，在本申请实施例中，所述定位基站被实施为超宽带定位基站，所述定位对象S携带有超宽带通信标签。

进一步地，在本申请实施例中，为了进一步地优化所述定位系统的定位精度，经测试本申请发明人发现：优选地，在本申请实施例中，所述第四定位基站R4与由所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3设定的平面之间的距离大于等于1米，这样可尽量地避免所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3对所述第四定位基站R4与所述定位对象S之间的通信造成干扰，以提高第四定位基站R4的通信信噪比。

并且，在本申请实施例中，在部署所述定位系统时，优选地，所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3与所述定位对象S之间的第一距离、第二距离和第三距离都小于所述第四定位基站R4与所述定位对象S之间的第四距离。也就是，所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3距离所述定位对象S较近，所述第四定位基站R4距离所述定位对象S较远。也就是，优选地，在本申请实施例中，距离所述定位对象S近的所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3是定位功能，距离所述定位对象S比较远位置的第四定位基站R4对由所述第一定位基站R1、所述第二定位基站R2和所述第三定位基站R3定位出的坐标进行辅助校准。

综上，基于本申请实施例的定位系统被阐明，其通过“二维部署模式”部署用于定位的定位基站，并基于二维到达时间差定位法对所述定位对象进行定位，以获得具有较高精度的定位结果。

示例性时间同步方法

如前所述，基于TDOA的定位原理时刻，为了对定位对象进行定位必须要算时间差，因此，必须保证各基站之间的时间同步。时间同步则需要设定时间同步源(即，以哪个定位基站的时间为准)，但是，在实际应用中，时间同步源会发生损坏，若时间同步源无法正常工作，则时间同步就完全中断，影响所述定位系统的性能鲁棒性和定位准确度。

相应地，在本申请实施例中，进一步构建用于所述定位系统的时间同步方案，其中，所述时间同步方案能够自动地更新所述定位系统的时间同步源，以确保所述定位系统中各定位基站的时间同步，以提高所述定位系统的鲁棒性和定位准确度。

图4图示了根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统的时间同步方法的流程图。如图4所示，根据本申请实施例的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，所述定位系统包括第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站，其中，所述时间同步方法，包括：S110，初始化，以将所述第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站设定为第二层级的节点，其中，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；S120，所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据；以及，S130，响应于接收到所述服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源。

在步骤S110中，初始化，以将所述第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站设定为第二层级的节点，其中，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间。

也就是，将所述定位系统中的所有定位基站进行分层级组织，以形成层级结构，如图5所示。在如图5所示意的示例中，所述定位系统包括7个定位基站，该6个定位基站被划分为三个层级：第一层级、第二层级和第三层级，其中，第一层级包括一个定位基站，第二层级包括2个定位基站，第三层级包括4个定位基站，并且，在初始化的阶段，所述第一层级的节点被设定为根节点，所述根节点为时间同步源，即，所述定位系统中其他定位基站的时间以所述根节点的时间为准进行同步。

对应到本申请实施例中，将所述第一基站、第二定位基站和所述第三定位基站划分为两个层级，其中，所述第一层级包括所述第一定位基站、所述第二层级包括所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站，也就是，在本申请实施例中，所述第一层级包括一个节点，所述第二层级包括三个节点，其中，所述第一层级的所述第一定位基站被设定为根节点，所述根节点为时间同步源，即，在初始化阶段，所述定位系统中所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站的的时间以所述第一定位基站的时间为准进行同步。

在步骤S120中，所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器(例如，如图5中所示意的S)发送心跳数据。如前所述，在实际应用中，时间同步源会发生损坏，若时间同步源无法正常工作，则时间同步就完全中断，影响所述定位系统的性能鲁棒性和定位准确度。相应地，在本申请实施例中，对所述定位系统中各定位基站的工作状态进行监控，具体地，设定所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据，以通过所述心跳数据对相应的定位基站的工作状态进行判断。

在本申请的技术方案中，该预设时间间隔为1s，也就是，所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以1s为时间间隔向服务器发送心跳数据

应可以理解，如果相应节点能够连续不断地发送心跳数据至所述服务器，则可判断该节点的定位基站的工作状态正常；相反，如果服务器没有在预设时间段内接收到相应节点的心跳数据，则可判断该节点的定位基站工作异常。对应到本申请的技术方案中，可通过根节点的心跳数据判断根节点的工作状态是否正常，如果根节点的工作状态为正常，则可保持原先的时间同步源的设定，即，设定所述根节点为时间同步源，相应地，如果根节点的工作状态为不正常，则可需要更换时间同步源。

在步骤S130中，响应于接收到所述服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源。也就是，响应于所述服务器的判断结果为所述根节点的工作状态异常，则重新设定时间同步源。具体地，将所述第二层级中的任一节点设定为时间同步源，例如，将所述第二层级中的第二定位基站设定为时间同步源，并由服务器负责通知。

在本申请实施例中，该预设时间段为5s，也就是，如果所述服务器在5s内未收到时间同步源的心跳数据，则重新设定根节点为第二层级的某个节点，有服务器负责通知，节点负责更新。

通过这样的方式，所述时间同步方案能够自动地更新所述定位系统的时间同步源，以确保所述定位系统中各定位基站的时间同步，以提高所述定位系统的鲁棒性和定位准确度。

示例性时间同步装置

图6图示了根据本申请实施例的时间同步装置的框图。

如图6所示，根据本申请实施例的所述时间同步装置600，包括：初始化单元610，用于初始化以将定位系统的第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将定位系统的第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站设定为第二层级的节点，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；以及，时间同步源更新单元620，用于响应于接收到服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源，其中，所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据。

在上述时间同步装置中，在一个示例中，该预设时间间隔为1s。

在上述时间同步装置中，在一个示例中，该预设时间段为5s。

这里，本领域技术人员可以理解，上述时间同步装置中的各个单元和模块的具体功能和操作已经在上面参考图4和图5的用于井下环境的定位系统的时间同步方法的描述中得到了详细介绍，并因此，将省略其重复描述。

如上所述，根据本申请实施例的时间同步装置600可以实现在各种终端设备中，例如定位基站等。在一个示例中，根据本申请实施例的时间同步装置600可以作为一个软件模块和/或硬件模块而集成到终端设备中。例如，该时间同步装置600可以是该终端设备的操作系统中的一个软件模块，或者可以是针对于该终端设备所开发的一个应用程序；当然，该时间同步装置600同样可以是该终端设备的众多硬件模块之一。

替换地，在另一示例中，该时间同步装置600与该终端设备也可以是分立的设备，并且该时间同步装置600可以通过有线和/或无线网络连接到该终端设备，并且按照约定的数据格式来传输交互信息

应理解，本文中属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确认，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件和计算机软件结合来实现。这些功能究竟以硬件还是以软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅是一种逻辑功能划分，实际表现时可以有其他的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用是，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网络设备)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、制度存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易地想到变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之外。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求中的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种用于井下环境的定位系统的时间同步方法，所述定位系统包括第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站，其特征在于，包括：

初始化，以将所述第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将所述第二定位基站、所述第三定位基站和所述第四定位基站设定为第二层级的节点，其中，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；

所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据；以及

响应于接收到所述服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源。

2.根据权利要求1所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站被部署于同一平面，以及，所述第四定位基站与所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站不在同一平面。

3.根据权利要求2所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，该定位系统的工作过程，包括：

通过所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中任意两个定位基站与定位对象之间的通信获得第一定位数据，其中，所述第一定位数据包括所述定位对象发送的通信信号到所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中任意两个定位基站的时间；

通过所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中另外任意两个定位基站与所述定位对象之间的通信获得第二定位数据，其中，所述第二定位数据包括所述定位对象发送的通信信号到所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站中另外任意两个定位基站的时间；

通过所述第一定位基站、第二定位基站和所述第三定位基站中任意一个定位基站和所述第四定位基站与所述定位对象之间的通信获得定位校准数据，其中，所述定位校准数据包括所述定位对象发送的通信信号到所述第一定位基站、第二定位基站和所述第三定位基站中任意一个定位基站和所述第四定位基站的时间；以及

通过到达时间差定位法基于所述第一定位数据、所述第二定位数据和所述定位校准数据，对所述定位对象进行定位。

4.根据权利要求3所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，所述第四定位基站与由所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站设定的平面之间的距离大于等于1米。

5.根据权利要求4所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，所述第一定位基站、所述第二定位基站和所述第三定位基站与所述定位对象之间的第一距离、第二距离和第三距离都小于所述第四定位基站与所述定位对象之间的第四距离。

6.根据权利要求3所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，所述定位基站与所述定位对象之间采用超宽带通信技术进行通信。

7.根据权利要求1所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，该预设时间间隔为1s。

8.根据权利要求1所述的用于井下环境的定位系统的时间同步方法，其中，该预设时间段为5s。

9.一种时间同步装置，其特征在于，包括：

初始化单元，用于初始化以将定位系统的第一定位基站设定为第一层级的根节点和分别将定位系统的第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站设定为第二层级的节点，所述根节点被设定为时间同步源，用于同步所述第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站和第四定位基站的时间；以及

时间同步源更新单元，用于响应于接收到服务器的判断结果为没有在预设时间段内接收到所述根节点的心跳数据，将所述第二层级的某一节点设定为所述时间同步源，其中，所述第一层级的根节点和所述第二层级的节点分别以预设间隔向服务器发送心跳数据。

10.根据权利要求9所述的时间同步装置，其中，该预设时间间隔为1s。

11.根据权利要求9所述的时间同步装置，其中，该预设时间段为5s。

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