CN116347596A - 一种矿用本安型读卡器的定位方法 - Google Patents

一种矿用本安型读卡器的定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种矿用本安型读卡器的定位方法,属于井下定位技术领域。包括以下步骤:S1.安装本安型读卡器:在煤矿巷道的首尾处分别安装本安型读卡器,并将本安型读卡器通过线缆与UWB单基站通讯连接;S2.设置人员标识卡;S3.人员定位;S4.报警区域设定。本发明基于PDOA的UWB二维定位算法,在水仓、炸药库进行UWB单基站二维定位技术验证,并将作为危险区域接近报警保护装置拓展应用到井下掘进、运输等危险区域,利用本安型读卡器通过二维定位算法对人员位置进行准确识别,并将本安型读卡器上传位置信息结合到GIS地图对人员进行判断,当人员位置触发报警设定区域时,产生声光报警提示,增加了人员的安全性。

Description

一种矿用本安型读卡器的定位方法
技术领域
本发明涉及井下定位领域,具体而言,涉及一种矿用本安型读卡器的定位方法。
背景技术
根据《智能化煤矿验收管理办法》的要求,煤矿企业在井下掘进、运输以及危险区域等都需要建设危险区域接近报警保护装置,通常要求在距设备较近的危险区域内严禁有人存在,确保安全生产作业。目前在井下杜绝人员靠近作业设备或进入所采用的常用手段是拉警戒线并由人员来看护,但仍不能从根源上解决安全问题。当人员异常闯入生产作业区域时,无法及时做出相应预警,对安全生产作业缺少有效保障。因无法实时记录人员活动轨迹,无法做到事前预防的及时性和对事后追责提供更有力的依据。且当前煤矿井下主要应用一维定位,在地理位置上只能定位两个方向位置,无法实现全方位位置监测。而且市面上所用二维定位器大多采用多基站组网实现,建设成本较高。
发明内容
为了弥补以上不足,本发明提供了一种矿用本安型读卡器的定位方法,旨在改善上述背景技术中的问题。
本发明实施例提供了一种矿用本安型读卡器的定位方法,包括以下步骤:
S1.安装本安型读卡器:在煤矿巷道的首尾处分别安装本安型读卡器,并将本安型读卡器通过线缆与UWB单基站通讯连接;
S2.设置人员标识卡:获取煤矿巷道内部所有员工的身份信息,并将所有员工的身份信息录入到标识卡内,所述标识卡与所述本安型读卡器之间无线通讯连接;
S3.人员定位:所述本安型读卡器通过二维定位算法对人员位置进行准确识别,所述UWB单基站将所述本安型读卡器上传的位置信息结合到GIS地图对人员进行判断,获取人员坐标;
S4.报警区域设定:将危险区域设定位为报警区域,在S3中所述人员坐标在所述报警区域时,所述UWB单基站和所述本安型读卡器同时产生声光报警提示。
在一种具体的实施方案中,所述本安型读卡器包括单片机模块、无线射频发送芯片、无线射频接收芯片、显示模块、RS485通信模块和电源模块。
在一种具体的实施方案中,所述无线射频发送芯片、无线射频接收芯片、显示模块、报警模块、RS485通信模块分别与所述单片机模块连接,所述单片机模块提供统一的精度时钟,控制所述无线射频发送芯片、无线射频接收芯片与外部的人员标识卡进行信号数据的发送与接收,所述无线射频发送芯片以2秒周期发送信标信息给外部的人员标识卡,所述单片机模块还用于所述无线射频接收芯片在接收工作模式,实时接收来自人员标识卡的汇报数据,完成人员定位的ID数据无线接收工作。
在一种具体的实施方案中,所述人员标识卡包括标识卡控制器、低频唤醒模块和UWB通信模块,所述标识卡控制器用于控制切换标识卡的定位方式;所述UWB通信模块用于收发UWB数据及提供测距所用时间戳;所述低频唤醒模块用于在低频信号范围内,接收所述UWB单基站发射的低频载波信号,并定位自身所处的位置坐标。
在一种具体的实施方案中,所述人员标识卡还包括标识卡处理器、标识卡电源模块和标识卡定位模块,所述标识卡电源模块用于标识卡提供电源;所述标识卡处理器用于标识卡数据信息汇总,控制标识卡其他模块工作,实现标识卡休眠模式与正常模式之间的切换;所述标识卡定位模块用于发送、接收定位数据包,计算发送、接收数据包之间的时间延迟,并通过所述本安型读卡器的时间延迟数据计算标识卡与所述本安型读卡器之间的精确距离。
在一种具体的实施方案中,所述标识卡还包括标识卡显示模块、标识卡蜂鸣器和标识卡指示灯,所述标识卡显示模块用于显示标识卡定位信息;所述标识卡蜂鸣器用于在标识卡收到撤离命令时进行鸣叫;所述标识卡指示灯用于显示标识卡的工作状态。
在一种具体的实施方案中,所述二维定位算法具体为PDOA与TOF相结合的算法,根据PDOA与TOF相结合的算法,计算出人员所处相位角及相应位置。
在一种具体的实施方案中,所述根据PDOA与TOF相结合的算法,计算出人员所处相位角及相应位置的具体方法为:通过测量人员标识卡到UWB单基站和本安型读卡器之间无线信号的传播延迟时间Tprop,再根据电磁波在空气中传播的速度c,通过计算传播延迟时间Tprop乘以电磁波在空气中传播的速度c,得出人员标识卡到基站的距离或者到本安型读卡器的距离。
在一种具体的实施方案中,所述UWB单基站和所述本安型读卡器均设置有报警模块,所述报警模块用于在人员坐标出现在所述报警区域时,同时产生声光报警提示,所述报警模块包括声光报警器。
在一种具体的实施方案中,所述S3中的人员定位还包括:将本安型读卡器和人员标识卡接入现有的煤矿人员定位系统,使用一套系统完成两种方式的定位工作。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明基于PDOA的UWB二维定位算法,在水仓、炸药库进行UWB单基站二维定位技术验证,并将作为危险区域接近报警保护装置拓展应用到井下掘进、运输等危险区域,利用本安型读卡器通过二维定位算法对人员位置进行准确识别,并将本安型读卡器上传位置信息结合到GIS地图对人员进行判断,当人员位置触发报警设定区域时,产生声光报警提示,增加了人员的安全性,另外能够在危险环境中对人员位置进行方向位置监测,为下一步智能控制作业打下基础,从而实现矿山采集、运输的安全化、智能化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的流程图。
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描述。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明提供一种矿用本安型读卡器的定位方法,包括以下步骤:
S1.安装本安型读卡器:在煤矿巷道的首尾处分别安装本安型读卡器,并将本安型读卡器通过线缆与UWB单基站通讯连接;
S2.设置人员标识卡:获取煤矿巷道内部所有员工的身份信息,并将所有员工的身份信息录入到标识卡内,所述标识卡与所述本安型读卡器之间无线通讯连接;
S3.人员定位:所述本安型读卡器通过二维定位算法对人员位置进行准确识别,所述UWB单基站将所述本安型读卡器上传的位置信息结合到GIS地图对人员进行判断,获取人员坐标;
S4.报警区域设定:将危险区域设定位为报警区域,在S3中所述人员坐标在所述报警区域时,所述UWB单基站和所述本安型读卡器同时产生声光报警提示。
具体的,所述本安型读卡器包括单片机模块、无线射频发送芯片、无线射频接收芯片、显示模块、RS485通信模块和电源模块。
在具体设置时,所述无线射频发送芯片、无线射频接收芯片、显示模块、报警模块、RS485通信模块分别与所述单片机模块连接,所述单片机模块提供统一的精度时钟,控制所述无线射频发送芯片、无线射频接收芯片与外部的人员标识卡进行信号数据的发送与接收,所述无线射频发送芯片以2秒周期发送信标信息给外部的人员标识卡,所述单片机模块还用于所述无线射频接收芯片在接收工作模式,实时接收来自人员标识卡的汇报数据,完成人员定位的ID数据无线接收工作。
需要说明的是,所述人员标识卡包括标识卡控制器、低频唤醒模块和UWB通信模块,所述标识卡控制器用于控制切换标识卡的定位方式;所述UWB通信模块用于收发UWB数据及提供测距所用时间戳;所述低频唤醒模块用于在低频信号范围内,接收所述UWB单基站发射的低频载波信号,并定位自身所处的位置坐标。
在一些具体的实施方案中,所述人员标识卡还包括标识卡处理器、标识卡电源模块和标识卡定位模块,所述标识卡电源模块用于标识卡提供电源;所述标识卡处理器用于标识卡数据信息汇总,控制标识卡其他模块工作,实现标识卡休眠模式与正常模式之间的切换;所述标识卡定位模块用于发送、接收定位数据包,计算发送、接收数据包之间的时间延迟,并通过所述本安型读卡器的时间延迟数据计算标识卡与所述本安型读卡器之间的精确距离。
在其他一些实施方案中,所述标识卡还包括标识卡显示模块、标识卡蜂鸣器和标识卡指示灯,所述标识卡显示模块用于显示标识卡定位信息;所述标识卡蜂鸣器用于在标识卡收到撤离命令时进行鸣叫;所述标识卡指示灯用于显示标识卡的工作状态。
在本发明中,所述二维定位算法具体为PDOA与TOF相结合的算法,根据PDOA与TOF相结合的算法,计算出人员所处相位角及相应位置。
可以理解,在其他实施例中,所述根据PDOA与TOF相结合的算法,计算出人员所处相位角及相应位置的具体方法为:通过测量人员标识卡到UWB单基站和本安型读卡器之间无线信号的传播延迟时间Tprop,再根据电磁波在空气中传播的速度c,通过计算传播延迟时间Tprop乘以电磁波在空气中传播的速度c,得出人员标识卡到基站的距离或者到本安型读卡器的距离。
在本实施例中,所述UWB单基站和所述本安型读卡器均设置有报警模块,所述报警模块用于在人员坐标出现在所述报警区域时,同时产生声光报警提示,所述报警模块包括声光报警器。
可选地,所述S3中的人员定位还包括:将本安型读卡器和人员标识卡接入现有的煤矿人员定位系统,使用一套系统完成两种方式的定位工作。
该矿用本安型读卡器的定位方法的原理及优点:
本发明基于PDOA的UWB二维定位算法,在水仓、炸药库进行UWB单基站二维定位技术验证,并将作为危险区域接近报警保护装置拓展应用到井下掘进、运输等危险区域,利用本安型读卡器通过二维定位算法对人员位置进行准确识别,并将本安型读卡器上传位置信息结合到GIS地图对人员进行判断,当人员位置触发报警设定区域时,产生声光报警提示,增加了人员的安全性,另外能够在危险环境中对人员位置进行方向位置监测,为下一步智能控制作业打下基础,从而实现矿山采集、运输的安全化、智能化。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
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,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.安装本安型读卡器:在煤矿巷道的首尾处分别安装本安型读卡器,并将本安型读卡器通过线缆与UWB单基站通讯连接;
S2.设置人员标识卡:获取煤矿巷道内部所有员工的身份信息,并将所有员工的身份信息录入到标识卡内,所述标识卡与所述本安型读卡器之间无线通讯连接;
S3.人员定位:所述本安型读卡器通过二维定位算法对人员位置进行准确识别,所述UWB单基站将所述本安型读卡器上传的位置信息结合到GIS地图对人员进行判断,获取人员坐标;
S4.报警区域设定:将危险区域设定位为报警区域,在S3中所述人员坐标在所述报警区域时,所述UWB单基站和所述本安型读卡器同时产生声光报警提示。
2.根据权利要求1所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述本安型读卡器包括单片机模块、无线射频发送芯片、无线射频接收芯片、显示模块、RS485通信模块和电源模块。
3.根据权利要求2所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述无线射频发送芯片、无线射频接收芯片、显示模块、报警模块、RS485通信模块分别与所述单片机模块连接,所述单片机模块提供统一的精度时钟,控制所述无线射频发送芯片、无线射频接收芯片与外部的人员标识卡进行信号数据的发送与接收,所述无线射频发送芯片以2秒周期发送信标信息给外部的人员标识卡,所述单片机模块还用于所述无线射频接收芯片在接收工作模式,实时接收来自人员标识卡的汇报数据,完成人员定位的ID数据无线接收工作。
4.根据权利要求1所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述人员标识卡包括标识卡控制器、低频唤醒模块和UWB通信模块,所述标识卡控制器用于控制切换标识卡的定位方式;所述UWB通信模块用于收发UWB数据及提供测距所用时间戳;所述低频唤醒模块用于在低频信号范围内,接收所述UWB单基站发射的低频载波信号,并定位自身所处的位置坐标。
5.根据权利要求4所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述人员标识卡还包括标识卡处理器、标识卡电源模块和标识卡定位模块,所述标识卡电源模块用于标识卡提供电源;所述标识卡处理器用于标识卡数据信息汇总,控制标识卡其他模块工作,实现标识卡休眠模式与正常模式之间的切换;所述标识卡定位模块用于发送、接收定位数据包,计算发送、接收数据包之间的时间延迟,并通过所述本安型读卡器的时间延迟数据计算标识卡与所述本安型读卡器之间的精确距离。
6.根据权利要求5所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述标识卡还包括标识卡显示模块、标识卡蜂鸣器和标识卡指示灯,所述标识卡显示模块用于显示标识卡定位信息;所述标识卡蜂鸣器用于在标识卡收到撤离命令时进行鸣叫;所述标识卡指示灯用于显示标识卡的工作状态。
7.根据权利要求1所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述二维定位算法具体为PDOA与TOF相结合的算法,根据PDOA与TOF相结合的算法,计算出人员所处相位角及相应位置。
8.根据权利要求7所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述根据PDOA与TOF相结合的算法,计算出人员所处相位角及相应位置的具体方法为:通过测量人员标识卡到UWB单基站和本安型读卡器之间无线信号的传播延迟时间Tprop,再根据电磁波在空气中传播的速度c,通过计算传播延迟时间Tprop乘以电磁波在空气中传播的速度c,得出人员标识卡到基站的距离或者到本安型读卡器的距离。
9.根据权利要求1所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述UWB单基站和所述本安型读卡器均设置有报警模块,所述报警模块用于在人员坐标出现在所述报警区域时,同时产生声光报警提示,所述报警模块包括声光报警器。
10.根据权利要求1所述的一种矿用本安型读卡器的定位方法,其特征在于,所述S3中的人员定位还包括:将本安型读卡器和人员标识卡接入现有的煤矿人员定位系统,使用一套系统完成两种方式的定位工作。
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