CN115278877A - 基于移动式基站的井下uwb定位方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于移动式基站的井下UWB定位方法、系统及存储介质。该方法包括：UWB定位标签和移动式UWB定位基站基于设定的定位频率广播第一数据报文；接收到第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文；接收到第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文；接收到第三数据报文的UWB定位基站，基于第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给服务器；服务器基于第四数据报文，生成UWB定位标签和移动式UWB定位基站的定位信息。如此，实现了矿山井下开采环境动态变化和开采扰动情况下，便捷、高效、及时地调整UWB定位系统。
Description
技术领域
本申请涉及井下定位领域，尤其涉及一种基于移动式基站的井下UWB（Ultra WideBand，超带宽）定位方法、系统及存储介质。
背景技术
矿山井下开采有一定的危险性，开采需要在井下布置大量的设备、车辆、人员，各种自然或人为因素造成的灾害、事故对井下工作人员的人身安全造成了极大的威胁。对井下人员、车辆有效的组织管理，以及事故、灾害的救援都需要掌握井下人员、车辆、设备的精确位置数据，井下设备的远程控制、智能控制更离不开井下设备的实时精确位置数据。
精确定位技术已成为矿井安全生产的重要技术支撑，相关技术中，往往基于UWB定位技术实现井下精确定位，在井下每隔一定距离布置UWB定位基站，人员、车辆或设备携带UWB定位标签，UWB定位基站与UWB定位标签之间通过测量脉冲信号的飞行时间（Time offlight，TOF），精确计算UWB定位标签到UWB定位基站之间的距离。由于UWB定位基站的坐标是已知的，根据UWB定位标签与多个UWB定位基站之间的精确距离，可精确计算出UWB定位标签的坐标。
由于矿山井下开采环境具有动态变化和开采扰动等特性，开采环境的动态性体现在需要持续的向前掘进巷道，从而开采深部的矿体，开采环境的扰动性体现在矿山开采主要采用炸药爆破的形式，对爆破位置一定范围内的设备具有较强的破坏性。矿山井下开采环境的动态变化和开采扰动主要体现在巷道末端，因此巷道末端是矿山井下人员和设备频繁活动的位置，对巷道末端空间范围的精确定位是矿山井下开采核心诉求之一。
现有的UWB定位技术通常需要先在固定的位置安装好UWB定位基站，通过井下测量手段精确测量UWB定位基站的位置坐标，并且需要在UWB定位系统中配置UWB定位基站的位置坐标后，才能开始对UWB定位标签进行精确定位；各UWB定位基站通过光纤环网或RS-485等连线方式与服务器通讯，并将测距信息上传至服务器。上述现有的常规技术方案与矿山井下开采环境的冲突体现在如下几个方面：
（1）、巷道末端随着开采掘进会逐步往前延深，因此，需动态的调整末端UWB定位基站的安装位置，从而有效地对巷道末端空间进行精确定位，现有方法调整UWB定位基站需重新安装、测量、通讯连线、供电连线，不仅费时费力，也无法达到矿山生产时效性的要求；
（2）、巷道末端进行爆破施工时，极易损坏末端附近的UWB定位基站，因此，需要在爆破前撤离UWB定位基站，及相应的通讯线缆和供电线缆，爆破后再重新安装、连线，操作繁琐且影响施工进度。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于移动式基站的井下UWB定位方法、系统及存储介质，旨在满足巷道末端动态变化场景下的自动定位需求。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种基于移动式基站的井下UWB定位方法，应用于UWB定位系统，所述UWB定位系统包括：固定式UWB定位基站、移动式UWB定位基站及服务器，其中，所述固定式UWB定位基站靠近巷道入口设置且与所述服务器经通讯线路连接，所述移动式UWB定位基站靠近巷道出口设置，所述固定式UWB定位基站及所述移动式UWB定位基站沿所述巷道入口至所述巷道出口的方向依次增量编号；所述方法包括：
UWB定位标签和移动式UWB定位基站基于设定的定位频率广播第一数据报文；
接收到所述第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文；
接收到所述第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文；
接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，基于所述第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给所述服务器；
所述服务器基于所述第四数据报文，生成所述UWB定位标签和所述移动式UWB定位基站的定位信息。
在一些实施例中，所述第一数据报文至少携带第一广播时间和授时基站编号，所述接收到所述第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文，包括：
若接收到所述第一数据报文的UWB定位基站的基站自身编号小于或等于所述授时基站编号，则以本地时钟为基准，判断所述第一广播时间是否在正确的时间槽范围内，并对不在所述正确的时间槽范围内的所述第一广播时间计算校准时间，广播携带所述校准时间的第二数据报文；
若接收到所述第一数据报文的UWB定位基站的基站自身编号大于所述授时基站编号，则以所述第一广播时间更新本地时钟为基准，并广播第二数据报文。
在一些实施例中，所述第二数据报文携带第二广播时间、基站自身编号及校准时间，所述接收到所述第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文，包括：
若接收到所述第二数据报文的为固定式UWB定位基站且相应的基站自身编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟；
若接收到所述第二数据报文的为移动式UWB定位基站且相应的基站自身编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟、以所述第二数据报文携带的基站自身编号更新本地的授时基站编号及广播第三数据报文；
若接收到所述第二数据报文的为UWB定位标签且相应的授时基站编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟、以所述第二数据报文携带的基站自身编号更新本地的授时基站编号及广播第三数据报文。
在一些实施例中，所述第三数据报文携带所述第一数据报文的广播时间、所述第二数据报文的接收时间及所述第三数据报文的广播时间，所述接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，基于所述第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给所述服务器，包括：
若所述第三数据报文为UWB定位标签广播时，接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的UWB定位标签与所述UWB定位基站的距离值，将所述距离值加入所述第四数据报文；
若所述第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时，接收到所述第三数据报文的固定式UWB定位基站，根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的移动式UWB定位基站与所述固定式UWB定位基站的距离值，将所述距离值及所述第三数据报文中携带的本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值和历史测距周期中与对应的移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值加入所述第四数据报文；
若所述第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时，接收到所述第三数据报文的移动式UWB定位基站的编号小于广播所述第三数据报文的动式UWB定位基站的编号，则根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的移动式UWB定位基站与相应的移动式UWB定位基站的距离值，将所述距离值及所述第三数据报文中携带的本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值和历史测距周期中与对应的移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值加入至下一测距周期中的第三数据报文并对外广播。
在一些实施例中，所述方法还包括：
以所述第三数据报文的广播时间，更新所有接收到所述第三数据报文的UWB定位基站的本地时钟。
在一些实施例中，由固定式UWB定位基站上传所述第四数据报文给所述服务器。
在一些实施例中，生成所述移动式UWB定位基站的定位信息，包括：
所述服务器根据所有固定式UWB定位基站上传的所述第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系和固定式UWB定位基站的坐标信息，计算移动式UWB定位基站的坐标信息，基于计算的坐标信息更新相应的移动式UWB定位基站的位置状态属性。
在一些实施例中，生成所述UWB定位标签的定位信息，包括：
所述服务器端根据所有固定式UWB定位基站上传的所述第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系、固定式UWB定位基站的坐标信息和位置状态属性为坐标信息已知的移动式UWB定位基站的坐标信息，计算UWB定位标签的坐标信息。
第二方面，本申请实施例提供了一种UWB定位系统，包括：固定式UWB定位基站、移动式UWB定位基站及服务器，其中，所述固定式UWB定位基站靠近巷道入口设置且与所述服务器经通讯线路连接，所述移动式UWB定位基站靠近巷道出口设置，所述固定式UWB定位基站及所述移动式UWB定位基站沿所述巷道入口至所述巷道出口的方向依次增量编号；所述固定式UWB定位基站、所述移动式UWB定位基站及所述服务器被配置为运行计算机程序时，执行本申请实施例第一方面所述方法的步骤。
第三方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本申请实施例第一方面所述方法的步骤。
本申请实施例提供的技术方案，UWB定位标签和移动式UWB定位基站基于设定的定位频率广播第一数据报文；接收到第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文；接收到第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文；接收到第三数据报文的UWB定位基站，基于第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给服务器；服务器基于第四数据报文，生成UWB定位标签和移动式UWB定位基站的定位信息。如此，可以在巷道末端处设置移动式UWB定位基站，并对移动式UWB定位基站进行自动定位，免去安装和测量的工作，实现了矿山井下开采环境动态变化和开采扰动情况下，便捷、高效、及时地调整UWB定位系统，简化系统维护工作，满足生产时效性要求。
附图说明
图1为本申请实施例井下UWB定位方法的流程示意图；
图2为本申请一应用示例中巷道空间拓扑关系及UWB定位基站配置信息的示意图；
图3为本申请应用示例中S1时刻T1的位置示意图；
图4为本申请应用示例中S11时刻T1的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本申请再作进一步详细的描述。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
本申请实施例提供了一种基于移动式基站的井下UWB定位方法，应用于UWB定位系统，所述UWB定位系统包括：固定式UWB定位基站、移动式UWB定位基站及服务器，其中，所述固定式UWB定位基站靠近巷道入口设置且与所述服务器经通讯线路连接，所述移动式UWB定位基站靠近巷道出口设置，所述固定式UWB定位基站及所述移动式UWB定位基站沿所述巷道入口至所述巷道出口的方向依次增量编号。
可以理解的是，本申请实施例中，UWB定位基站包括固定式UWB定位基站和移动式UWB定位基站两种类型，其中，移动式UWB定位基站具有级联级数属性，将距离巷道末端固定式UWB定位基站最近的移动式UWB定位基站的级联级数设为一，其次的设为二，依此类推。移动式UWB定位基站具有位置状态属性，分为自身位置坐标未知和自身位置坐标已知两种类型，初始时将移动式UWB定位基站的状态属性设为“自身位置坐标未知”。
UWB定位基站具有编号属性，示例性地，设置UWB定位基站编号的原则是：（1）越靠近巷道入口的固定式基站编号越小，越靠近巷道末端的固定式基站编号越大；（2）固定式UWB定位基站的编号小于移动式UWB定位基站的编号；（3）级联级数小的移动式UWB定位基站的编号小于级联级数大的移动式UWB定位基站的编号；（4）编号最小值为0。
需要说明的是，在巷道末端采用移动式UWB定位基站，并对移动式UWB定位基站进行自动定位，免去安装和测量工作；将移动式UWB定位基站与UWB定位标签的测距信息通过UWB自身的通讯方式传输至固定式UWB定位基站，再上传至服务器，同时结合移动电源，免去通讯连线和供电连线的工作；当巷道末端形态复杂或延深较远时，通过移动式UWB定位基站级联方式测距和通讯。实现矿山井下开采环境动态变化和开采扰动情况下，便捷、高效、及时地调整UWB精确定位系统，简化系统维护工作，满足生产时效性要求。
如图1所示，本申请实施例井下UWB定位方法包括：
步骤101，UWB定位标签和移动式UWB定位基站基于设定的定位频率广播第一数据报文。
步骤102，接收到所述第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文。
步骤103，接收到所述第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文。
步骤104，接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，基于所述第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给所述服务器。
步骤105，所述服务器基于所述第四数据报文，生成所述UWB定位标签和所述移动式UWB定位基站的定位信息。
可以理解的是，本申请实施例的方法，基于上述数据报文的配合，可以实现移动式UWB定位基站和UWB定位标签的自动定位，免去安装和测量的工作，实现了矿山井下开采环境动态变化和开采扰动情况下，便捷、高效、及时地调整UWB定位系统，简化系统维护工作，满足生产时效性要求。
本申请实施例中，由于UWB定位标签和移动式UWB定位基站存在定位需求，可以基于设定的定位频率广播第一数据报文。例如，假定定位频率为f，则可以每间隔1/f时间广播一次第一数据报文。
需要说明的是，UWB定位系统的定位周期为1/f，设单个UWB定位标签的定位周期为∆T，则可以将定位周期1/f划分为
个时间槽，设UWB定位系统中移动式UWB定位基站的数量为Nv，则该UWB定位系统可以容纳的UWB定位标签的数量为
。可以将UWB定位标签和移动式UWB定位基站的数据报文广播时间分配至各时间槽进行时序管理，从而避免UWB信号冲突，分配的顺序原则可以为：（1）UWB定位标签优先于移动式UWB定位基站；（2）移动式UWB定位基站级联级数较小的优先于级联级数较大的。
在一些实施例中，所述第一数据报文至少携带第一广播时间和授时基站编号，所述接收到所述第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文，包括：
若接收到所述第一数据报文的UWB定位基站的基站自身编号小于或等于所述授时基站编号，则以本地时钟为基准，判断所述第一广播时间是否在正确的时间槽范围内，并对不在所述正确的时间槽范围内的所述第一广播时间计算校准时间，广播携带所述校准时间的第二数据报文；
若接收到所述第一数据报文的UWB定位基站的基站自身编号大于所述授时基站编号，则以所述第一广播时间更新本地时钟为基准，并广播第二数据报文。
示例性地，第一数据报文的负载内容格式如下表1所示：
表1
设M1个UWB定位基站接收到了第一数据报文，对于其中任意UWB定位基站Ai，存在以下情形：
（1）若Ai的编号小于或等于第一数据报文中的授时基站编号，则以Ai的时钟为基准，判断第一数据报文的广播时间是否在正确的时间槽范围内（即不存在时序冲突），当第一数据报文的广播时间不在正确的时间槽范围内，计算校准时间，回复第二数据报文；
（2）若Ai的编号大于第一数据报文中的授时基站编号，则以第一数据报文中的广播时间，更新UWB定位基站Ai的时钟，回复第二数据报文。
示例性地，第二数据报文的负载内容格式如下表2所示：
表2
在一些实施例中，所述第二数据报文携带第二广播时间、基站自身编号及校准时间，所述接收到所述第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文，包括：
若接收到所述第二数据报文的为固定式UWB定位基站且相应的基站自身编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟；
若接收到所述第二数据报文的为移动式UWB定位基站且相应的基站自身编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟、以所述第二数据报文携带的基站自身编号更新本地的授时基站编号及广播第三数据报文；
若接收到所述第二数据报文的为UWB定位标签且相应的授时基站编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟、以所述第二数据报文携带的基站自身编号更新本地的授时基站编号及广播第三数据报文。
在一应用示例中，设M2个固定式UWB定位基站接收到了第二数据报文，对于其中任意固定式UWB定位基站Aj，若Aj的编号大于第二数据报文中的基站自身编号，则以第二数据报文中的广播时间，更新固定式UWB定位基站Aj的时钟。
设M3个移动式UWB定位基站接收到了第二数据报文，对于其中任意移动式UWB定位基站Ak，若Ak的编号大于第二数据报文中的基站自身编号，则以第二数据报文中的广播时间，更新移动式UWB定位基站Ak的时钟，以第二数据报文中的基站自身编号，更新移动式UWB定位基站Ak的授时基站编号，并广播第三数据报文；否则，跳过该步骤。
设M4个UWB定位标签接收到了第二数据报文，对于其中任意UWB定位标签Ti，若Ti的授时基站编号大于第二数据报文中的基站自身编号，则以第二数据报文中的广播时间，更新UWB定位标签Ti的时钟，以第二数据报文中的基站自身编号，更新UWB定位标签Ti的授时基站编号，并广播第三数据报文；否则，跳过该步骤。
示例性地，第三数据报文的负载内容格式如下表3所示：
表3
在一些实施例中，所述第三数据报文携带所述第一数据报文的广播时间、所述第二数据报文的接收时间及所述第三数据报文的广播时间，所述接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，基于所述第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给所述服务器，包括：
若所述第三数据报文为UWB定位标签广播时，接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的UWB定位标签与所述UWB定位基站的距离值，将所述距离值加入所述第四数据报文；
若所述第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时，接收到所述第三数据报文的固定式UWB定位基站，根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的移动式UWB定位基站与所述固定式UWB定位基站的距离值，将所述距离值及所述第三数据报文中携带的本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值和历史测距周期中与对应的移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值加入所述第四数据报文；
若所述第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时，接收到所述第三数据报文的移动式UWB定位基站的编号小于广播所述第三数据报文的动式UWB定位基站的编号，则根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的移动式UWB定位基站与相应的移动式UWB定位基站的距离值，将所述距离值及所述第三数据报文中携带的本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值和历史测距周期中与对应的移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值加入至下一测距周期中的第三数据报文并对外广播。
在一些实施例中，所述方法还包括：
以所述第三数据报文的广播时间，更新所有接收到所述第三数据报文的UWB定位基站的本地时钟。
在一些实施例中，由固定式UWB定位基站上传所述第四数据报文给所述服务器。
示例性地，设M7个UWB定位基站接收到了第三数据报文，各UWB定位基站根据第三数据报文的信息，结合自身记录的第一数据报文接收时间、第二数据报文广播时间和第三数据报文接收时间，采用TWR（Two Way Ranging，双向测距）算法计算广播第三数据报文的UWB定位标签与该UWB定位基站的距离值。
示例性地，当第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时：
设M8个固定式UWB定位基站接收到了第三数据报文，各固定式UWB定位基站根据第三数据报文的信息，结合自身记录的第一数据报文接收时间、第二数据报文广播时间和第三数据报文接收时间，采用TWR算法计算广播第三数据报文的移动式UWB定位基站与该固定式UWB定位基站的距离值。并将第三数据报文中的“本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离”、“1/f-1测距周期，与级联级数+1的移动式UWB定位基站测距的标签的编号及距离”、“1/f-L测距周期，与级联级数+L的移动式UWB定位基站测距的标签的编号及距离”等信息记录至第四数据报文。
设M9个移动式UWB定位基站接收到了第三数据报文，对于其中任意移动式UWB定位基站Ap：
若Ap的级联级数小于广播第三数据报文的移动式UWB定位基站的级联级数，Ap根据第三数据报文的信息，结合Ap自身记录的第一数据报文接收时间、第二数据报文广播时间和第三数据报文接收时间，采用TWR算法计算广播第三数据报文的移动式UWB定位基站与Ap的距离。并将第三数据报文中的“本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离”、“1/f-1测距周期，与级联级数+1的移动式UWB定位基站测距的标签的编号及距离”、“1/f-L测距周期，与级联级数+L的移动式UWB定位基站测距的标签的编号及距离”等信息记录至Ap中，在下一测距周期中，通过Ap的第三数据报文对外广播；
若Ap的级联级数大于广播第三数据报文的移动式UWB定位基站的级联级数，则不做处理。
示例性地，固定式UWB定位基站上传第四数据报文至服务器，第四数据报文的负载内容格式如下表4所示：
表4
| 名称 | 占用大小 | 备注 |
| 第四数据报文流水号 | 1字节 | |
| 该固定式UWB定位基站后续级联的移动式UWB定位基站数目L’ | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 本测距周期，与该固定式UWB定位基站测距的标签数量M4 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第1个与该固定式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第1个与该固定式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第2个与该固定式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第2个与该固定式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| … | 仅移动式UWB定位基站 | |
| 第M4个与该固定式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第M4个与该固定式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| “1/f-1测距周期”与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的标签数量M5 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第1个与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第1个与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第2个与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第2个与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| … | 仅移动式UWB定位基站 | |
| 第M5个与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第M5个与“级联级数+1”的移动式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| … | 仅移动式UWB定位基站 | |
| “1/f- L’测距周期”与“级联级数+ L’”的移动式UWB定位基站测距的标签数量M6 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第1个与“级联级数+L’ ”的移动式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第1个与“级联级数+L’ ”的移动式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第2个与“级联级数+L’ ”的移动式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第2个与“级联级数+L’ ”的移动式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| … | 仅移动式UWB定位基站 | |
| 第M6个与“级联级数+L’ ”的移动式UWB定位基站测距的标签编号 | 1字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
| 第M6个与“级联级数+L’ ”的移动式UWB定位基站测距的距离 | 4字节 | 仅移动式UWB定位基站 |
在一些实施例中，生成所述移动式UWB定位基站的定位信息，包括：
所述服务器根据所有固定式UWB定位基站上传的所述第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系和固定式UWB定位基站的坐标信息，计算移动式UWB定位基站的坐标信息，基于计算的坐标信息更新相应的移动式UWB定位基站的位置状态属性。
示例性地，服务器根据所有固定式UWB定位基站上传的第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系和固定式UWB定位基站的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算移动式UWB定位基站的位置坐标信息，并将完成位置坐标信息计算的移动式UWB定位基站的状态属性设为“自身位置坐标已知”。
在一些实施例中，生成所述UWB定位标签的定位信息，包括：
所述服务器端根据所有固定式UWB定位基站上传的所述第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系、固定式UWB定位基站的坐标信息和位置状态属性为坐标信息已知的移动式UWB定位基站的坐标信息，计算UWB定位标签的坐标信息。
示例性地，服务器根据所有固定式UWB定位基站上传的第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系、固定式UWB定位基站的坐标信息和状态属性为“自身位置坐标已知”的移动式UWB定位基站的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算UWB定位标签的位置坐标信息。
下面结合一应用示例，对本申请实施例的井下UWB定位方法进行示例性说明：
本应用示例中，某井下矿山采用UWB进行人员高精度定位，定位频率为1，则整个UWB定位系统的定位周期为1s，某处巷道末端的巷道空间拓扑关系及UWB定位基站配置信息如图2所示。图2示出了巷道1、第一定位基站2、第二定位基站3、第三定位基站4、第四定位基站5、第五定位基站6、第六定位基站7、第七定位基站8和巷道末端9，其中，第一定位基站2为固定式UWB定位基站A1，基站编号为0；第二定位基站3为固定式UWB定位基站A2，基站编号为1；第三定位基站4为固定式UWB定位基站A3，基站编号为2；第四定位基站5为固定式UWB定位基站A4，基站编号为3；第五定位基站6为移动式UWB定位基站A5，基站编号为4，级联级数为一；第六定位基站7为移动式UWB定位基站A6，基站编号为5，级联级数为二；第七定位基站8为移动式UWB定位基站A7，基站编号为6，级联级数为三。
S1时刻，UWB定位标签T1进入系统，此时T1的授时基站编为255，A5、A6及A7的授时基站编号分别为4、5和6，S1时刻T1的位置如图3所示。
T1广播第一数据报文，A3和A4接收到第一数据报文。A3的编号为2，小于第一数据报文中的授时基站编号255，以A3的时钟为基准，判断出该第一数据报文的广播时间在正确的时间槽范围内，A3回复第二数据报文；A4的编号为3，小于第一数据报文中的授时基站编号255，以A4的时钟为基准，判断出该第一数据报文的广播时间在正确的时间槽范围内，A4回复第二数据报文。
T1接收到A3回复的第二数据报文，T1的授时基站编号为255，大于第二数据报文中的基站编号2，以第二数据报文中的广播时间更新T1的时钟，并将T1的授时基站编号更新为2。
T1接收到A4回复的第二数据报文，T1的授时基站编号为2，小于第二数据报文中的基站编号3，不做处理。
T1广播第三数据报文，A3和A4接收到T1广播的第三数据报文，A3和A4分别计算出T1与各自的距离。
A3和A4分别上上传第四数据报文，主要负载内容为T1与各自的距离。
服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A3和A4的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算T1的位置坐标信息。
A5广播第一数据报文，A4和A6接收到第一数据报文。A4的编号为3，小于第一数据报文中的授时基站编号4，以A4的时钟为基准，判断出该第一数据报文的广播时间在正确的时间槽范围内，A4回复第二数据报文；A6的编号为5，大于第一数据报文中的授时基站编号4，以第一数据报文中的广播时间，更新A6的时钟，A6回复第二数据报文。
A5接收到A4回复的第二数据报文，A5的授时基站编号为4，小于第二数据报文中的基站编号3，以第二数据报文中的广播时间更新T1的时钟，并将A5的授时基站编号更新为3。
A5接收到A6回复的第二数据报文，A5的授时基站编号为3，小于第二数据报文中的基站编号5，不做处理。
A5广播第三数据报文，A4和A6接收到A5广播的第三数据报文，A4和A6分别计算出A5与各自的距离。
A4上传第四数据报文，主要负载内容为A5与A4的距离。
服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A4的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算A5的位置坐标信息。并将A5的状态属性设为“自身位置坐标已知”。
同理，A6的授时基站标号更新为3，A6完成与A5、A7的测距，由于A6与A5的距离需要在下一测距时刻，通过A5的第三数据报文广播给A4，故当前时刻A6的状态属性依然为“自身位置坐标未知”。
同理，A7的授时基站标号更新为3，A7完成与A6的测距，由于A7与A6的距离需要在下一测距时刻，通过A6的第三数据报文广播给A5，故当前时刻A7的状态属性依然为“自身位置坐标未知”。
S2时刻，T1位置不变，此时，服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A3和A4的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算T1的位置坐标信息。
A4的第四数据报文中，含S1时刻A6与A5的测距信息，服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A5的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算A6的位置坐标信息。并将A6的状态属性设为“自身位置坐标已知”。
S3时刻，T1位置不变，此时，服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A3和A4的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算T1的位置坐标信息。
A4的第四数据报文中，含S1时刻A7与A6的测距信息，服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A6的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算A7的位置坐标信息。并将A7的状态属性设为“自身位置坐标已知”。
S11时刻，T1位置如图4所示。
此时A5和A6的授时基站编号更新为2，经过完整的测距周期，可得到T1与A5和A6的距离，但服务器未接收到任何含T1与UWB定位基站的测距信息，故S11时刻，无法对T1定位。
S12时刻，T1位置不变，经过完整的测距周期，可得到T1与A5和A6的距离，且A4上传的第四数据报文中，含S11时刻T1与A5的测距信息，故S12时刻，服务器端结合巷道空间拓扑关系，根据A5的坐标信息，采用基于测距的空间定位算法计算T1的位置坐标信息。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种UWB定位系统，包括：固定式UWB定位基站、移动式UWB定位基站及服务器，其中，所述固定式UWB定位基站靠近巷道入口设置且与所述服务器经通讯线路连接，所述移动式UWB定位基站靠近巷道出口设置，所述固定式UWB定位基站及所述移动式UWB定位基站沿所述巷道入口至所述巷道出口的方向依次增量编号；所述固定式UWB定位基站、所述移动式UWB定位基站及所述服务器被配置为运行计算机程序时，执行本申请实施例第一方面所述方法的步骤。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种存储介质，即计算机存储介质，具体可以是计算机可读存储介质，例如包括存储计算机程序的存储器，上述计算机程序可由处理器执行，以完成本申请实施例方法所述的步骤。计算机可读存储介质可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器。
需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
另外，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于移动式基站的井下UWB定位方法，其特征在于，应用于UWB定位系统，所述UWB定位系统包括：固定式UWB定位基站、移动式UWB定位基站及服务器，其中，所述固定式UWB定位基站靠近巷道入口设置且与所述服务器经通讯线路连接，所述移动式UWB定位基站靠近巷道出口设置，所述固定式UWB定位基站及所述移动式UWB定位基站沿所述巷道入口至所述巷道出口的方向依次增量编号；所述方法包括：
UWB定位标签和移动式UWB定位基站基于设定的定位频率广播第一数据报文；
接收到所述第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文；
接收到所述第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文；
接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，基于所述第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给所述服务器；
所述服务器基于所述第四数据报文，生成所述UWB定位标签和所述移动式UWB定位基站的定位信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数据报文至少携带第一广播时间和授时基站编号，所述接收到所述第一数据报文的UWB定位基站，广播第二数据报文，包括：
若接收到所述第一数据报文的UWB定位基站的基站自身编号小于或等于所述授时基站编号，则以本地时钟为基准，判断所述第一广播时间是否在正确的时间槽范围内，并对不在所述正确的时间槽范围内的所述第一广播时间计算校准时间，广播携带所述校准时间的第二数据报文；
若接收到所述第一数据报文的UWB定位基站的基站自身编号大于所述授时基站编号，则以所述第一广播时间更新本地时钟为基准，并广播第二数据报文。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二数据报文携带第二广播时间、基站自身编号及校准时间，所述接收到所述第二数据报文的UWB定位标签和UWB定位基站，更新本地时钟和/或授时基站编号，并广播第三数据报文，包括：
若接收到所述第二数据报文的为固定式UWB定位基站且相应的基站自身编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟；
若接收到所述第二数据报文的为移动式UWB定位基站且相应的基站自身编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟、以所述第二数据报文携带的基站自身编号更新本地的授时基站编号及广播第三数据报文；
若接收到所述第二数据报文的为UWB定位标签且相应的授时基站编号大于所述第二数据报文携带的基站自身编号，则以所述第二广播时间更新本地时钟、以所述第二数据报文携带的基站自身编号更新本地的授时基站编号及广播第三数据报文。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三数据报文携带所述第一数据报文的广播时间、所述第二数据报文的接收时间及所述第三数据报文的广播时间，所述接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，基于所述第三数据报文进行测距，并上传第四数据报文给所述服务器，包括：
若所述第三数据报文为UWB定位标签广播时，接收到所述第三数据报文的UWB定位基站，根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的UWB定位标签与所述UWB定位基站的距离值，将所述距离值加入所述第四数据报文；
若所述第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时，接收到所述第三数据报文的固定式UWB定位基站，根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的移动式UWB定位基站与所述固定式UWB定位基站的距离值，将所述距离值及所述第三数据报文中携带的本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值和历史测距周期中与对应的移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值加入所述第四数据报文；
若所述第三数据报文为移动式UWB定位基站广播时，接收到所述第三数据报文的移动式UWB定位基站的编号小于广播所述第三数据报文的动式UWB定位基站的编号，则根据所述第三数据报文，结合自身记录的所述第一数据报文的接收时间、所述第二数据报文的广播时间和所述第三数据报文的接收时间，计算广播所述第三数据报文的移动式UWB定位基站与相应的移动式UWB定位基站的距离值，将所述距离值及所述第三数据报文中携带的本测距周期与该移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值和历史测距周期中与对应的移动式UWB定位基站测距的各UWB定位标签的编号及距离值加入至下一测距周期中的第三数据报文并对外广播。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
以所述第三数据报文的广播时间，更新所有接收到所述第三数据报文的UWB定位基站的本地时钟。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
由固定式UWB定位基站上传所述第四数据报文给所述服务器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述移动式UWB定位基站的定位信息，包括：
所述服务器根据所有固定式UWB定位基站上传的所述第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系和固定式UWB定位基站的坐标信息，计算移动式UWB定位基站的坐标信息，基于计算的坐标信息更新相应的移动式UWB定位基站的位置状态属性。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，生成所述UWB定位标签的定位信息，包括：
所述服务器端根据所有固定式UWB定位基站上传的所述第四数据报文，结合巷道空间拓扑关系、固定式UWB定位基站的坐标信息和位置状态属性为坐标信息已知的移动式UWB定位基站的坐标信息，计算UWB定位标签的坐标信息。
9.一种UWB定位系统，其特征在于，包括：固定式UWB定位基站、移动式UWB定位基站及服务器，其中，所述固定式UWB定位基站靠近巷道入口设置且与所述服务器经通讯线路连接，所述移动式UWB定位基站靠近巷道出口设置，所述固定式UWB定位基站及所述移动式UWB定位基站沿所述巷道入口至所述巷道出口的方向依次增量编号；所述固定式UWB定位基站、所述移动式UWB定位基站及所述服务器被配置为运行计算机程序时，执行权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
10.一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
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