CN114793322A - 矿井下采用无线电波进行定位的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了矿井下采用无线电波进行定位的系统，该系统旨在解决现有技术下不具备超时预警功能，无法在员工下井时间超过阈值后向员工和管理人员发送预警信息，员工长时间滞留在矿井内容易造成安全隐患，不能实时查询井下员工的位置信息，定位的精度低的技术问题。该系统包括地面监控中心、传输平台和井下数据采集设备；所述地面监控中心包括监控主机、LED显示屏、UPS电源和数据通讯接口，所述监控主机内集成有系统软件，所述系统软件包括登录模块、数据采集模块、数据分析模块、查询模块、管理模块。该系统利用数据分析模块，起到超时预警的效果，提示员工及时离开矿井，避免因长时间滞留在矿井内造成安全隐患，提高了定位的精度。

Description

矿井下采用无线电波进行定位的系统
技术领域
本发明属于矿井定位系统技术领域，具体涉及矿井下采用无线电波进行定位的系统。
背景技术
随着无线电技术的不断发展，结合数据通讯、数据处理及图形展示软件等技术的使用，能将井下各个区域人员和移动情况反映到计算机系统中，从而便于管理人员掌握井下人员的位置。
目前，专利号为CN201210306339.5的发明专利公开了基于射频识别技术的井下人员定位系统，包括标签读卡器、电子标签、交换机、上位机PC、中央显示屏和光纤，其特征在于井下巷道内安装固定至少三台标签读卡器，标签读卡器通过射频电磁波与井下人员佩戴的电子标签建立连接，标签读卡器根据测距算法测定井下人员与标签读卡器间距，将测量结果通过通信总线传至井下交换机，经交换机汇总后通过光纤传至地面上位机PC，上位机PC依据电子标签识别符将所有上传数据整合归类，将每三个相同识别符的间距值运用三边定位公式依次计算每位井下人员坐标，将定位结果连同人员基本信息统一存入服务器中，并在中央显示屏中实时显示，为井上管理人员和即将下井作业的人员提供位置参考。其采用的是时隙计数器在随机数发生器的控制下计数，可以有效的将进入标签读卡器识别范围内的电子标签分配到不同时隙中分别读取，确保读出的每位井下人员位置信息不混淆，识别度高，但该系统不具备超时预警功能，无法在员工下井时间超过阈值后向员工和管理人员发送预警信息，员工长时间滞留在矿井内容易造成安全隐患，不能实时查询井下员工的位置信息，定位的精度低。
因此，针对上述定位精度低和不具备超时预警功能的问题，亟需得到解决，以改善系统的使用场景。
发明内容
要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供矿井下采用无线电波进行定位的系统，该系统旨在解决现有技术下不具备超时预警功能，无法在员工下井时间超过阈值后向员工和管理人员发送预警信息，员工长时间滞留在矿井内容易造成安全隐患，不能实时查询井下员工的位置信息，定位的精度低的技术问题。
技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了这样矿井下采用无线电波进行定位的系统，该系统包括地面监控中心、传输平台和井下数据采集设备；其中，
所述地面监控中心包括监控主机、LED显示屏、UPS电源和数据通讯接口，所述监控主机内集成有系统软件，所述系统软件包括登录模块、数据采集模块、数据分析模块、查询模块、管理模块，所述登录模块的登录条件包括用户名和密码，所述数据采集模块用于采集数据，采集的数据包括员工的实时位置、下井时间和停留时间，所述数据分析模块内预装有数据分析规则，所述数据分析规则用于预设员工在井下的时间阈值为T，从员工进入矿井后开始统计员工在矿井下停留的时间，并用T1表示，当T1>T后，则判定员工在井下时间超出正常时限并向该员工和系统管理员的手机发送相应的警示信息，所述查询模块用于查询当前井下人员分布、对指定人员进行井下跟踪、对员工当前位置查询、对员工轨迹进行再现、对井下员工进行统计，所述管理模块包括员工信息管理单元、井下读卡分站管理单元，所述员工信息管理单元用于新建员工和删除已创建员工，所述井下读卡分站管理单元用于新建分站和删除已创建分站，所述LED显示屏用于展示相应的数据内容，所述UPS电源用于提供监控主机、LED显示屏和数据通讯接口工作时所需的电能，所述数据通讯接口与矿井下的设备进行通讯并将模拟信号转换成数字信号后发送给监控主机；
所述传输平台包括设置在地面的地面交换机和设置在矿井下的井下交换机，通过地面交换机和井下交换机把要传输的信息送到符合要求的相应的节点上；
所述井下数据采集设备包括读卡分站、电源箱和标识卡，所述读卡分站和电源箱安装在矿井通道中，且读卡分站和电源箱的具体位置和数量根据矿井现场条件进行设置，所述电源箱用于提供所述读卡分站工作时所需的电能，所述读卡分站包括发射天线、采集处理板和接收天线，所述发射天线用于将读卡分站的高频电流转变为无线电波向周围空间辐射，所述采集处理板用于提取出员工标识卡内的识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心，所述接收天线用于接收标识卡发射出去的信号，所述标识卡包括高频发射模块和微处理器，所述高频发射模块用于将标识卡内将载有识别码的信息发射出去，所述微处理器用于控制高频发射模块进行信息的向外发射操作。
优选地，所述新建员工要填写的内容包括：姓名、性别、出生年月、手机号码、家庭住址、所属部门、职位、标识卡编号，新建员工后自动生成该员工的员工编号。
优选地，所述数据分析模块中设定的员工在井下的时间阈值T为5-8小时。
优选地，所述新建分站要填写的内容包括分站名称和分站具体位置，新建分站后自动生成该分站的分站编号。
优选地，所述查询模块在进行当前井下人员分布查询操作后根据绘制的井下巷道图在各个区域显示当前人数，且该井下巷道图是动态的，随着人员的移动，各区域的人数实时更新。
优选地，所述员工当前位置查询可通过输入员工姓名或员工编号进行查询，员工当前位置查询后的显示结果包括：员工当前位置、到达该位置时间、当前位置停留时间、下井时间、井下停留时间。
优选地，所述数据通讯接口的模数转换过程为：按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值，将时间和取值都连续的模拟信号在时间上离散化，然后在连续两次采样之间，将上一次采样结束时得到的样值通过保持电路保持一段时间，保持电路输出的采样值按照近似方式归并到相应的离散电平上，结果用二进制代码表示，得到的二进制代码就是输出的数字量。
优选地，所述读卡分站最大并行识别标识卡的数量为200个，所述读卡分站中发射天线的识别距离为9-100米。
优选地，所述井下数据采集设备具体工作步骤为：读卡分站中采集处理板将低频加密数据载波型号经发射天线向外发送，带有标识卡的员工进入发射天线工作区域后被激活，标识卡内的微处理器将载有识别码的信息经高频发射模块发射出去，接收天线接收到信号后，经采集处理板处理后提取出识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心。
优选地，所述标识卡由每个下了矿井的员工随身携带，所述标识卡内预设有识别码。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的系统利用数据分析模块，起到超时预警的效果，在员工下井时间超过阈值后及时向员工和管理人员发送预警信息，提示员工及时离开矿井，避免因长时间滞留在矿井内造成安全隐患，保证员工的生命安全，且通过查询模块的设计，可以进行当前井下人员分布查询、指定人员进行井下跟踪、员工当前位置查询、员工轨迹再现、井下员工统计等操作，便于矿井下员工的管理，且提高了定位的精度。
附图说明
图1为本发明系统一种具体实施方式的整体框架结构示意图；
图2为本发明系统一种具体实施方式的原理图；
图3为本发明系统一种具体实施方式中系统软件的框架结构示意图；
图4为本发明系统一种具体实施方式中读卡分站的框架结构示意图；
图5为本发明系统一种具体实施方式中标识卡的框架结构示意图。
具体实施方式
本具体实施方式是矿井下采用无线电波进行定位的系统，其整体框架结构示意图如图1所示，其原理图如图2所示，该系统包括地面监控中心、传输平台和井下数据采集设备；
地面监控中心包括监控主机、LED显示屏、UPS电源和数据通讯接口，监控主机内集成有系统软件，系统软件包括登录模块、数据采集模块、数据分析模块、查询模块、管理模块，登录模块的登录条件包括用户名和密码，数据采集模块用于采集数据，采集的数据包括员工的实时位置、下井时间和停留时间，数据分析模块内预装有数据分析规则，数据分析规则用于预设员工在井下的时间阈值为T，从员工进入矿井后开始统计员工在矿井下停留的时间，并用T1表示，当T1>T后，则判定员工在井下时间超出正常时限并向该员工和系统管理员的手机发送相应的警示信息，查询模块用于查询当前井下人员分布、对指定人员进行井下跟踪、对员工当前位置查询、对员工轨迹进行再现、对井下员工进行统计，管理模块包括员工信息管理单元、井下读卡分站管理单元，员工信息管理单元用于新建员工和删除已创建员工，井下读卡分站管理单元用于新建分站和删除已创建分站，LED显示屏用于展示相应的数据内容，UPS电源用于提供监控主机、LED显示屏和数据通讯接口工作时所需的电能，数据通讯接口与矿井下的设备进行通讯并将模拟信号转换成数字信号后发送给监控主机；
传输平台包括设置在地面的地面交换机和设置在矿井下的井下交换机，通过地面交换机和井下交换机把要传输的信息送到符合要求的相应的节点上；
井下数据采集设备包括读卡分站、电源箱和标识卡，读卡分站和电源箱安装在矿井通道中，且读卡分站和电源箱的具体位置和数量根据矿井现场条件进行设置，电源箱用于提供读卡分站工作时所需的电能，读卡分站包括发射天线、采集处理板和接收天线，发射天线用于将读卡分站的高频电流转变为无线电波向周围空间辐射，采集处理板用于提取出员工标识卡内的识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心，接收天线用于接收标识卡发射出去的信号，标识卡包括高频发射模块和微处理器，高频发射模块用于将标识卡内将载有识别码的信息发射出去，微处理器用于控制高频发射模块进行信息的向外发射操作。
其中，新建员工要填写的内容包括：姓名、性别、出生年月、手机号码、家庭住址、所属部门、职位、标识卡编号，新建员工后自动生成该员工的员工编号，数据分析模块中设定的员工在井下的时间阈值T为5-8小时。
同时，新建分站要填写的内容包括分站名称和分站具体位置，新建分站后自动生成该分站的分站编号，查询模块在进行当前井下人员分布查询操作后根据绘制的井下巷道图在各个区域显示当前人数，且该井下巷道图是动态的，随着人员的移动，各区域的人数实时更新。
另外，员工当前位置查询可通过输入员工姓名或员工编号进行查询，员工当前位置查询后的显示结果包括：员工当前位置、到达该位置时间、当前位置停留时间、下井时间、井下停留时间，数据通讯接口的模数转换过程为：按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值，将时间和取值都连续的模拟信号在时间上离散化，然后在连续两次采样之间，将上一次采样结束时得到的样值通过保持电路保持一段时间，保持电路输出的采样值按照近似方式归并到相应的离散电平上，结果用二进制代码表示，得到的二进制代码就是输出的数字量。
此外，读卡分站最大并行识别标识卡的数量为200个，读卡分站中发射天线的识别距离为9-100米，井下数据采集设备具体工作步骤为：读卡分站中采集处理板将低频加密数据载波型号经发射天线向外发送，带有标识卡的员工进入发射天线工作区域后被激活，标识卡内的微处理器将载有识别码的信息经高频发射模块发射出去，接收天线接收到信号后，经采集处理板处理后提取出识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心，标识卡由每个下了矿井的员工随身携带，标识卡内预设有识别码。
该系统中系统软件的框架结构示意图如图3所示，其读卡分站的框架结构示意图如图4所示，其标识卡的框架结构示意图如图5所示。
实施例1
使用本技术方案的系统时，根据井下数据采集设备的距离设定读卡分站中发射天线的识别距离，首先管理人员输入用户名和密码登录系统软件，然后从员工信息管理单元进行新建员工操作，新建员工要填写的内容包括：姓名、性别、出生年月、手机号码、家庭住址、所属部门、职位、标识卡编号，新建员工后自动生成该员工的员工编号，管理人员新建分站，新建分站要填写的内容包括分站名称和分站具体位置，新建分站后自动生成该分站的分站编号，设定的员工在井下的时间阈值T为8小时，带有标识卡的员工进入矿井后，读卡分站中采集处理板将低频加密数据载波型号经发射天线向外发送，带有标识卡的员工进入发射天线工作区域后被激活，标识卡内的微处理器将载有识别码的信息经高频发射模块发射出去，接收天线接收到信号后，经采集处理板处理后提取出识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心，井下数据采集设备的数据经过矿井下的井下交换机和地面交换机，发送至数据通讯接口，然后由数据通讯接口将模拟信号转换为数字信号，数据通讯接口的模数转换过程为：按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值，将时间和取值都连续的模拟信号在时间上离散化，然后在连续两次采样之间，将上一次采样结束时得到的样值通过保持电路保持一段时间，保持电路输出的采样值按照近似方式归并到相应的离散电平上，结果用二进制代码表示，得到的二进制代码就是输出的数字量，利用监控主机集成的系统软件进行以下操作：当前井下人员分布查询、指定人员进行井下跟踪、员工当前位置查询、员工轨迹再现或井下员工统计，并将相应的结果展示在LED显示屏上，员工当前位置查询可通过输入员工姓名或员工编号进行查询，员工当前位置查询后的显示结果包括：员工当前位置、到达该位置时间、当前位置停留时间、下井时间、井下停留时间，在进行当前井下人员分布查询操作后根据绘制的井下巷道图在各个区域显示当前人数，且该井下巷道图是动态的，随着人员的移动，各区域的人数实时更新，从员工进入矿井后开始统计员工在矿井下停留的时间，并用T1表示，当T1>T后，则判定员工在井下时间超出正常时限并向该员工和系统管理员的手机发送相应的警示信息。
实施例2
使用本技术方案的系统时，根据井下数据采集设备的距离设定读卡分站中发射天线的识别距离，首先管理人员输入用户名和密码登录系统软件，然后从员工信息管理单元进行新建员工操作，新建员工要填写的内容包括：姓名、性别、出生年月、手机号码、家庭住址、所属部门、职位、标识卡编号，新建员工后自动生成该员工的员工编号，管理人员新建分站，新建分站要填写的内容包括分站名称和分站具体位置，新建分站后自动生成该分站的分站编号，设定的员工在井下的时间阈值T为6小时，带有标识卡的员工进入矿井后，读卡分站中采集处理板将低频加密数据载波型号经发射天线向外发送，带有标识卡的员工进入发射天线工作区域后被激活，标识卡内的微处理器将载有识别码的信息经高频发射模块发射出去，接收天线接收到信号后，经采集处理板处理后提取出识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心，井下数据采集设备的数据经过矿井下的井下交换机和地面交换机，发送至数据通讯接口，然后由数据通讯接口将模拟信号转换为数字信号，数据通讯接口的模数转换过程为：按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值，将时间和取值都连续的模拟信号在时间上离散化，然后在连续两次采样之间，将上一次采样结束时得到的样值通过保持电路保持一段时间，保持电路输出的采样值按照近似方式归并到相应的离散电平上，结果用二进制代码表示，得到的二进制代码就是输出的数字量，利用监控主机集成的系统软件进行以下操作：当前井下人员分布查询、指定人员进行井下跟踪、员工当前位置查询、员工轨迹再现或井下员工统计，并将相应的结果展示在LED显示屏上，员工当前位置查询可通过输入员工姓名或员工编号进行查询，员工当前位置查询后的显示结果包括：员工当前位置、到达该位置时间、当前位置停留时间、下井时间、井下停留时间，在进行当前井下人员分布查询操作后根据绘制的井下巷道图在各个区域显示当前人数，且该井下巷道图是动态的，随着人员的移动，各区域的人数实时更新，从员工进入矿井后开始统计员工在矿井下停留的时间，并用T1表示，当T1>T后，则判定员工在井下时间超出正常时限并向该员工和系统管理员的手机发送相应的警示信息。

Claims (10)

1.矿井下采用无线电波进行定位的系统，该系统包括地面监控中心、传输平台和井下数据采集设备；其特征在于，
所述地面监控中心包括监控主机、LED显示屏、UPS电源和数据通讯接口，所述监控主机内集成有系统软件，所述系统软件包括登录模块、数据采集模块、数据分析模块、查询模块、管理模块，所述登录模块的登录条件包括用户名和密码，所述数据采集模块用于采集数据，采集的数据包括员工的实时位置、下井时间和停留时间，所述数据分析模块内预装有数据分析规则，所述数据分析规则用于预设员工在井下的时间阈值为T，从员工进入矿井后开始统计员工在矿井下停留的时间，并用 T1表示，当T1>T后，则判定员工在井下时间超出正常时限并向该员工和系统管理员的手机发送相应的警示信息，所述查询模块用于查询当前井下人员分布、对指定人员进行井下跟踪、对员工当前位置查询、对员工轨迹进行再现和对井下员工进行统计，所述管理模块包括员工信息管理单元、井下读卡分站管理单元，所述员工信息管理单元用于新建员工和删除已创建员工，所述井下读卡分站管理单元用于新建分站和删除已创建分站，所述LED显示屏用于展示相应的数据内容，所述UPS电源用于提供监控主机、LED显示屏和数据通讯接口工作时所需的电能，所述数据通讯接口与矿井下的设备进行通讯并将模拟信号转换成数字信号后发送给监控主机；
所述传输平台包括设置在地面的地面交换机和设置在矿井下的井下交换机，通过地面交换机和井下交换机把要传输的信息送到符合要求的相应的节点上；
所述井下数据采集设备包括读卡分站、电源箱和标识卡，所述读卡分站和电源箱安装在矿井通道中，且读卡分站和电源箱的具体位置和数量根据矿井现场条件进行设置，所述电源箱用于提供所述读卡分站工作时所需的电能，所述读卡分站包括发射天线、采集处理板和接收天线，所述发射天线用于将读卡分站的高频电流转变为无线电波向周围空间辐射，所述采集处理板用于提取出员工标识卡内的识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心，所述接收天线用于接收标识卡发射出去的信号，所述标识卡包括高频发射模块和微处理器，所述高频发射模块用于将标识卡内将载有识别码的信息发射出去，所述微处理器用于控制高频发射模块进行信息的向外发射操作。
2.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述新建员工要填写的内容包括：姓名、性别、出生年月、手机号码、家庭住址、所属部门、职位、标识卡编号，新建员工后自动生成该员工的员工编号。
3.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述数据分析模块中设定的员工在井下的时间阈值T为5-8小时。
4.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述新建分站要填写的内容包括分站名称和分站具体位置，新建分站后自动生成该分站的分站编号。
5.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述查询模块在进行当前井下人员分布查询操作后根据绘制的井下巷道图在各个区域显示当前人数，且该井下巷道图是动态的，随着人员的移动，各区域的人数实时更新。
6.根据权利要求2所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述员工当前位置查询可通过输入员工姓名或员工编号进行查询，员工当前位置查询后的显示结果包括：员工当前位置、到达该位置时间、当前位置停留时间、下井时间、井下停留时间。
7.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述数据通讯接口的模数转换过程为：按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值，将时间和取值都连续的模拟信号在时间上离散化，然后在连续两次采样之间，将上一次采样结束时得到的样值通过保持电路保持一段时间，保持电路输出的采样值按照近似方式归并到相应的离散电平上，结果用二进制代码表示，得到的二进制代码就是输出的数字量。
8.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述读卡分站最大并行识别标识卡的数量为200个，所述读卡分站中发射天线的识别距离为9-100米。
9.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述井下数据采集设备具体工作步骤为：读卡分站中采集处理板将低频加密数据载波型号经发射天线向外发送，带有标识卡的员工进入发射天线工作区域后被激活，标识卡内的微处理器将载有识别码的信息经高频发射模块发射出去，接收天线接收到信号后，经采集处理板处理后提取出识别码，并将对应的人员信息发送至地面监控中心。
10.根据权利要求1所述的矿井下采用无线电波进行定位的系统，其特征在于，所述标识卡由每个下了矿井的员工随身携带，所述标识卡内预设有识别码。
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