CN114501321A - 一种井下移动基站和包括该基站的定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下移动基站，移动基站通过轨道移动，所述移动基站包括主站和与主站连接的分站，所述主站可释放可分离的分站并使分站与主站相距预定的距离，所述主站和分站设有用于接收井下定位终端发送的无线信号的接收装置。为了达到井下精确定位的要求，需要布设大量的基站，如UWB等系统，每隔50‑100米就需要布设一个基站，成本高昂，本发明提供一种移动式的定位基站，移动基站跟随井下人员或设备进行移动提供信号和一般精度的定位，满足日常需求，当需要更高精度的定位时，将主站和分站展开，采用三点定位方式进行精确定位，兼顾了较低成本和又基本满足了井下的定位需求。本发明还涉及一种包括上述移动基站的定位系统。

Description

一种井下移动基站和包括该基站的定位系统

技术领域

本发明涉及一种井下移动基站，本发明还涉及一种包括该基站的定位系统。

背景技术

井下由于环境复杂，无法接收卫星信号，井下巷道的定位系统，如常见的UWB等定位系统均需要在巷道上设有基站，基站提供通讯信号并进行定位，通常单个基站和定位终端只能进行粗略的一维定位，准确定位通常需要三个以上基站接收定位终端的信号，通过计算得出定位终端的准确位置，由于无线信号衰减和环境的影响，基站距离通常相隔50-100米，覆盖井下则需要大量的基站。

公开号CN107548152A的基于可移动基站的定位方法及系统，公开了一种具有移动基站的室内定位方法，该方法通过安保人员携带基站进行定位，虽然该方法并不适合井下巷道的稳定运用，但提供了一些有益的想法，公开号CN103052153B的一种基于TOA的煤矿井下WiFi人员定位系统及定位方法提供了一种包括基站和分站的定位系统方法，该发明通过设置基站和分站的组合，以部分分站来代替基站，使得需要设置的数量明显减少。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少井下基站设置的数量，又满足井下一般定位和精确定位需求的基站。

发明人发现，在现有技术中，如上所述的分站替代部分基站的方案，是一种相对有效地减少基站的方法，该方法本质是将部分基站的功能简化以减少成本，分站可以代替基站，但是分站加基站的总数量并不能减少。而另外一种方式，即移动式基站，如果井下设有移动式的基站，就可以在人员较少的部分巷道中不设固定基站。移动式的定位基站并不少见，但很少有应用于井下的定位基站，井下环境复杂无法接收卫星定位信号，即移动式的定位基站首先要确定自身的实时位置坐标，而这一点是困难的。另外在巷道上多数情况下可以将巷道当成一维空间进行处理，一个移动定位基站就可满足要求，但在部分情况，如需准确确定位置时，比如准确确定受困人员位置，单一定位基站又无法满足要求。如在任何时候均携带多个定位基站，巷道狭窄，又过于不便。当把上述移动基站和分设基站和分站两种方法进行结合时，发明人发现在该场合并不需要简化版的分站，两个分站和两个基站在成本上并不具备显著优势，反而分站由于功能的简化，在如何确定自身的位置坐标上反而具有明显的劣势。

为此，本发明的一种井下移动基站，所述移动基站通过轨道移动，所述移动基站包括主站和与主站连接的分站，所述主站可释放可分离的分站并使分站与主站相距预定的距离，所述主站和分站设有用于接收井下定位终端发送的无线信号的接收装置。

进一步的，所述移动基站包括里程计，所述移动基站通过位置坐标确定的初始位置、轨道的数字地图和里程计的行程计算所述移动基站的实时位置。

进一步的，所述分站和/或主站设有用于在轨道上移动的驱动装置，所述主站和分站通过电动锁止机构连接，所述移动基站可在控制指令下进行主站和分站的分离或组合动作。

进一步的，所述主站和分站间连接有固定长度的测距线，当主站和分站分离使得测距线达到最大长度时，根据主站的实时位置坐标、轨道的数字地图和测距线的长度计算分站的实时位置坐标。

本发明还包括上述移动基站的一种定位系统，包括设在井下巷道中的轨道、轨道的数字地图、定位终端和控制服务器，当所述定位终端进入预定范围时，控制服务器通过有线方式向移动基站发送移动指令，移动基站移动至预定范围，提供信号并对定位终端进行实时定位，当定位终端向前移动使得定位终端与移动基站的距离大于预定值时，移动基站向前移动。

进一步的，还包括固定基站，固定基站安装在巷道中，所述固定基站的位置坐标确定并可向移动基站发送带有所述固定基站ID信息的位置坐标，所述移动基站可接收固定基站带有ID信息的位置坐标，通过数字地图修正自身的位置坐标。

进一步的，所述轨道的弯道内侧设有修正杆，修正杆上设有与轨道平行的修正带，所述修正带的高度与测距线的高度相同用以修正弯道对测距线测距准确度的影响。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的具体实施例通过设置可分离的主站和分站，通常情况下，主站和分站连接，并自动跟随对应的人群移动，提供信号和较为粗略的定位服务，当需要进行精确定位时，主站和分站分离至预定距离，利用主站和分站接收定位终端发出的信息来实现准确定位，准确定位完成后，主站和分站进行组合进行移动。

(2)本发明的具体实施例中，定位基站具有一个坐标确定的初始位置，当定位基站完成任务后返回该初始位置，执行任务时从该初始位置进行，定位基站中存储有轨道的数字地图，该书中和里程计的行程计算所述定位基站的实时位置。

附图说明

图1为本发明的主站和分站分离的示意图；

图2为实现本发明的具体实施例示意图；

图3为主站和分站的连接示意图；

图4为轨道和定位基站的剖视图；

图5为修正杆的示意图。

附图标记说明：1、轨道；101、轨道上层；102、轨道下层；2、移动基站；201、主站；202、分站；3、驱动装置；301、驱动轮；302、辅助轮；4、电动锁止机构；401、插入端；402、插入槽；403、插入孔；404、锁杆；405、安置槽；406、弹簧；407、电磁铁；5、测距线；6、修正杆；7、修正带；8、固定基站；9、线缆；10、移动载具；11、线筒。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参照图1到图4所示，本发明的一种井下移动基站，移动基站2通过轨道1移动，移动基站2包括主站201和与主站201连接的分站202，主站201可释放可分离的分站202并使分站202与主站201相处不同的位置，主站201和分站202设有用于接收井下定位终端发送的无线信号的接收装置。本实施例解决单一基站无法准确定位的问题，主站201为整体模块化基站，利用UWB等现有井下定位技术进行定位，并提供WIFI或5G信号，分站202具有信号接收装置，正常情况下主站201和分站202连接，移动基站2通过有线方式与控制服务器连接，定位基站可在控制服务器的控制下自动跟随人群移动，提供简单定位，当进行准确定位时，主站201和分站202分离，利用主站201和分站202的不同位置接收定位终端的信号，从而实现准确的定位。

在上述实施例中，移动基站2需要确定自身实时位置坐标，本实施例用以下方案来实现，移动基站2采用轨道移动方式，轨道移动方式是一种路径固定的移动方式，轨道1可以为设在矿井巷道的侧壁上的单轨系统，预先绘制轨道1的精确数字地图，该数字地图轨道的位置参数作为移动基站2的实时位置计算的参照储存在移动基站2中，该移动基站2设有里程计用于测量移动基站2移动的距离，移动基站2具有一个位置坐标确定的初始位置，初始位置为轨道1上设置的一个用于移动基站2执行任务时的基准位置，回到该位置时将里程计的数值清零。移动基站2执行任务时，由初始位置出发，完成任务后返回初始位置，移动基站2沿固定的轨道路线移动，通过初始位置、轨道的数字地图和里程计的行程计算就可以得到移动基站2的实时位置坐标。在本实施例中，参照图2、图4所示，轨道1采用上下双层的工形轨道，包括上下两层，轨道上层101用于移动基站2的移动，移动基站2设有与轨道1配合的驱动轮301和辅助轮302，轨道下层102则用于移动载具10移动之用，移动载具10挂载与移动基站2连接的线缆9。

在上述实施例中，参照图3、4所示，移动基站2通过电驱动装置3在轨道1上移动，电驱动装置3通常包括电机，电机可仅设在分站202或主站201，也可在分站202和主站201上设置单独的电机，主站201和分站202通过电动锁止机构4连接，该电动锁止机构4可在控制指令下进行解锁和锁止动作。当仅在分站202上设电机时，移动基站2接收到精确测量指令时，锁止机构在控制指令下解锁，主站201和分站202解锁完成后，主站201失去驱动能力停留在原地，分站202在电机驱动下向轨道1的两端移动一定距离后停止，分站202和主站201交互并根据主站201的位置坐标确定分站202的位置坐标，分站202位置坐标确定后，主站201和分站202接收定位终端发送的信号并发送给控制服务器计算得到定位终端的准确位置坐标。当电机仅设置主站201上时，主站201先解锁第一分站，第一分站停留在原地，主站201向前移动一段距离后，释放第二分站，再向前移动一段距离后，参照上述过程进行精确定位。在本实施例中，参照图3所示，锁止装置包括一个插入端401、一个与插入端401配合的插入槽402，插入端401和插入槽402可分别设在分站202或主站201上，插入端401上设有插入孔403，插入槽402中设有与插入孔403配合的锁杆404，锁杆404设在安置槽405中，锁杆404的一端压装有弹簧406，另一端与一强磁体连接，安置槽405的另一端设有电磁铁407，当所述电磁铁407通电时，电磁铁407与锁杆404相斥并推动锁杆404离开插入块，锁杆404与插入孔403解锁，反之，锁止装置锁止，上述锁止装置也可采用现有技术中的其他锁止装置来替代。

参照图1、图4、图5所示，本发明的具体实施例提供了另一种确定分站202位置坐标的方式，在上述实施例中，分站202的位置坐标是通过与主站201的交互来确定的，主站201的位置坐标是确定的，而分站202的位置坐标是未知的，分站202利用主站201的位置来定位分站202的位置坐标，属于一维定位，即实际得到的是分站202和主站201的距离，并将该距离与轨道1数字地图进行计算得到了分站202的位置坐标，该距离是作为分站202和主站201之间的轨道1长度进行计算的，如果分站202或主站201所处的轨道一段不是直轨时，该距离和轨道1的实际长度就存在明显的偏差，分站202的位置坐标是不准确的，因此为了克服该不足，在上述实施例中，轨道1通常需要设置得较为平直或在平直段进行准确定位。在本实施例中，主站201和分站202间连接有固定长度的测距线5，当主站201和分站202分离使得测距线5达到最大长度时，根据主站201的实时位置坐标、轨道的数字地图和分站202及测距线5的长度计算分站202的实时位置坐标。通过测距线5在平直段也可以计算得到分站202的位置坐标。轨道1的弯道内侧设有修正杆6，修正杆6上设有与轨道1平行的修正带7，修正带7的高度与测距线5的高度相同用以修正弯道对测距线5测距准确度的影响。当在弯道上时，测距线5环绕与轨道1的弯道平行的修正带7，测距线5可以测量出包括弯道在内的轨道1的实际长度，从而使得测距线5的长度可以代替实际轨道1的长度参与计算，减少了分站202的位置偏差。参照3所示，在本实施例中，测距线一端与分站连接，另一端与主站连接，所述测距线可绕在线筒11上，线筒11设置在分站或主站中，线筒11与电机连接，电机可控制线筒11旋转将测距线收起或放开。

本发明还包括采用上述移动基站的一种定位系统，包括设在井下巷道中的轨道1、轨道1的数字地图、定位终端和控制服务器，控制服务器与移动基站2通过有线方式连接，当定位终端进入预定范围时，控制服务器通过有线方式向移动基站2发送移动指令，移动基站2移动至预定范围，提供信号并对定位终端进行实时定位，当定位终端向前移动使得定位终端与移动基站2的距离大于预定值时，移动基站2向前移动。在本实施例中，定位终端为电子工牌，电子工牌将带有该电子工牌标识的实时定位信息发送给控制服务器，控制服务器创建管理任务，并实时监控该定位工牌的移动轨迹，电子工牌可以将任务目的或任务路线发送给控制服务器，当电子工牌的使用人即将进入没有固定基站覆盖的区域时，控制服务器向对应区域的移动基站2发出跟随指令，移动基站2从初始位置出发进入预定区域为电子工牌提供无线信号和实时定位，移动基站2控制电子工牌与移动基站2的距离，当电子工牌的距离超过某个预设的值时，移动基站2向前移动，当电子工牌与移动基站2的距离小于某个预设的值时，则停止移动。以这样的方式，使得在没有固定基站8或固定基站8无法全面覆盖的情况下，为人群提供信号和定位。

在上实施例中，参照图1所示，还包括固定基站8，固定基站8安装在巷道中，所述固定基站8的位置坐标确定并可向移动基站2发送带有所述固定基站ID信息的位置坐标，移动基站2可接收固定基站8带有ID信息的位置坐标，通过数字地图修正自身的位置坐标。移动基站2通过里程计和数字地图计算自身的位置坐标，移动基站2的实时坐标不可避免地受到里程计误差的影响，在巷道上按照一定的距离设置少量位置坐标确定的固定基站8，并利用这些固定基站8作为道标来修正移动基站2的位置误差，可以提高移动基站2定位的精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种井下移动基站，其特征在于：所述移动基站通过轨道移动，所述移动基站包括主站和与主站连接的分站，所述主站可释放可分离的分站并使分站与主站相距预定的距离，所述主站和分站设有用于接收井下定位终端发送的无线信号的接收装置。

2.根据权利要求1所述的一种井下移动基站，其特征在于：所述移动基站包括里程计，所述移动基站通过位置坐标确定的初始位置、轨道的数字地图和里程计的行程计算所述移动基站的实时位置。

3.根据权利要求1所述的一种井下移动基站，其特征在于：所述分站和/或主站设有用于在轨道上移动的驱动装置，所述主站和分站通过电动锁止机构连接，所述移动基站可在控制指令下进行主站和分站的分离或组合动作。

4.根据权利要求1或2所述的一种井下移动基站，其特征在于：所述主站和分站间连接有固定长度的测距线，当主站和分站分离使得测距线达到最大长度时，根据主站的实时位置坐标、轨道的数字地图和测距线的长度计算分站的实时位置坐标。

5.一种定位系统，包括权利要求4所述的井下移动基站，其特征在于：包括设在井下巷道中的轨道、轨道的数字地图、定位终端和控制服务器，当所述定位终端进入预定范围时，控制服务器通过有线方式向移动基站发送移动指令，移动基站移动至预定范围，提供信号并对定位终端进行实时定位，当定位终端向前移动使得定位终端与移动基站的距离大于预定值时，移动基站向前移动。

6.根据包括权利要求5所述的一种定位系统，其特征在于：还包括固定基站，固定基站安装在巷道中，所述固定基站的位置坐标确定并可向移动基站发送带有所述固定基站ID信息的位置坐标，所述移动基站可接收固定基站带有ID信息的位置坐标，通过数字地图修正自身的位置坐标。

7.根据权利要求5所述的一种定位系统，其特征在于：所述轨道的弯道内侧设有修正杆，修正杆上设有与轨道平行的修正带，所述修正带的高度与测距线的高度相同用以修正弯道对测距线测距准确度的影响。

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