CN116600382A - 适用于井下巷道的车载终端的定位方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例公开了一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法。基站侧的定位方法包括:根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源确定测距算法;基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离;根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果:根据实际情况选择测距定位算法,降低了对系统资源和设备功率的消耗,根据定位结果自适应调整车载终端的位置,减少了定位模糊的情况发生,有利于调度中心通过远程监控保障井下生产和作业的安全。
Description
技术领域
本说明书涉及智能煤矿领域,尤其涉及一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法、装置及设备。
背景技术
煤矿安全开采受到国家的极大重视,2021年《中华人民共和国矿山安全法》鼓励矿山安全科学技术研究,推广先进定位技术。精确可靠的井下定位对于矿井安全起着至关重要的作用。
巷道车在井下巷道内运输人员和设备,提高巷道车以及车载设备的定位准确度,是降低矿井安全事故发生频率的重要措施之一。但是井下巷道的复杂环境,巷道车在某些位置处停留时车载设备的定位会出现模糊不准的情况,因此,亟需改进车载设备的定位性能。
发明内容
本说明书实施例提供一种适用于井下巷道的车载终端的定方法、装置及设备,用于解决井下巷道中车载设备的定位不准的技术问题。
为解决上述技术问题,本说明书实施例是这样实现的:
本说明书实施例提供一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法,应用于车载基站侧,包括:
根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。
本说明书实施例提供一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法,应用于车载终端侧,包括:
根据接收的预定信号的接收功率确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;基于所确定的测距算法计算第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;基于所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;若所述定位结果不满足定位要求,则沿预设的车载滑轨移动位置,并重新计算距离和定位,直到所述定位结果满足所述定位要求;若所述定位结果满足定位要求,则所述车载基站上报所述定位结果。
本说明书实施例提供了一种适用于井下巷道的车载终端的定位装置,应用于车载基站侧,所述定位装置包括:
算法确定模块,被配置为根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;距离获得模块,被配置为基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;位置计算模块,被配置为根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;信息指示模块,被配置为在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。
本说明书实施例提供了一种适用于井下巷道的车载终端的定位装置,应用于车载终端,所述定位装置包括:
算法确定模块,被配置为根据接收的预定信号的接收功率确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;距离计算模块,被配置为基于所确定的测距算法计算第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;位置计算模块,被配置为基于所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;判断模块,被配置为判断所述定位结果是否满足定位要求;位置调整模块,被配置为若所述定位结果不满足定位要求,则沿预设的车载滑轨移动位置,并重新计算距离和位置直到定位结果满足定位要求;位置上报模块,被配置为若所述定位结果满足所述定位要求,则向所述车载基站上报所述定位结果。
本说明书实施例还提供一种适用于井下巷道的车载终端的定位设备,包括:
至少一个处理器;以及,与所述至少一个处理器通信连接的存储器;
其中,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,使所述至少一个处理器能够执行如前所述的适用于井下巷道的车载终端的基站侧的定方法或终端侧的定位方法。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果:根据实际情况选择测距定位算法,降低了对系统资源和设备功率的消耗,根据定位结果自适应调整车载终端的位置,减少了定位模糊的情况发生,有利于调度中心通过远程监控保障井下生产和作业的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为智能矿山的场景示意图;
图2为实施例一提供的基站侧定位方法的流程图;
图3为基于到达时间的测距算法的示意图;
图4为井下巷道内设置1个5G基站的场景示意图;
图5为5G基站和车载基站发射功率相同时的定位示意图;
图6为5G基站和车载基站发射功率不同时的定位示意图;
图7为5G基站和车载基站定向波束时的定位示意图;
图8为井下巷道内设置2个5G基站的场景示意图;
图9为2个5G基站和车载基站为全向波束时的定位示意图;
图10为2个5G基站和车载基站为定向波束时的定位示意图;
图11为车载终端沿滑轨移动的示意图;
图12为实施例二提供的终端侧定位方法的流程图;
图13为基站侧的装置结构示意图;
图14为终端侧的装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案,下面将结合本说明书实施例中的附图,对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本说明书实施例,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例,都应当属于本申请保护的范围。
我国的煤炭资源情况特殊,且开采地质复杂,尽管储量丰富,但可供露天开采的煤矿很少,绝大多数为矿井下开采方式。相对于露天场景,矿井下环境更加复杂,错综复杂的巷道,大量煤炭、矸石等井下障碍物的存在,以及黑暗、高温、高湿、高粉尘的特殊性质。随着开采规模的不断扩大,井下安全问题日益突出。
煤矿安全开采受到国家的极大重视,灾后的人员定位及搜救工作被视为重中之重。2021年《中华人民共和国矿山安全法》鼓励矿山安全科学技术研究,推广先进定位技术。精确可靠的井下定位对于矿井安全起着至关重要的作用。为保障生产人员和井下作业的安全,应时刻获取矿工及重要重要设备的状态和位置信息,便于在煤矿事故及时对人员展开救援。由于矿井巷道的复杂环境因素,例如高空气湿度,空气中高水平的浮尘以及可变复杂的电磁干扰带来的不确定性,针对井下设备的定位结果难以令人满意。
随着智能矿山的建设推进,以5G技术为代表的新一代信息技术广泛应用于矿山场景中,一种典型的智能矿山场景如图1所示。该场景中包括地面上的调度中心和各类基站、终端和交换机等,还包括矿井下的各类井下终端、基站和传感器等,井上和井下的设备通过环网交换机实现互联。在智能矿山场景下,还有在巷道中运输人员和设备的巷道车,巷道车上设有车载终端和车载基站。这些地面和井下设备通过互联,实现调度中心的远程定位和监控。
目前,矿井下巷道内多采用射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)、红外线(Infrared-Ray,IR),Wi-Fi、蓝牙、超宽带(Ultra-Wideband,UWB)等无线定位技术。这其中,超宽带(Ultra-Wideband,UWB)技术是一项近年来兴起的无线通信技术,不同于传统的通信技术,它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,是一种用于传输分布在大带宽(通常≥500MHz)上的技术,且理论上,可以实现多用户频谱共享。与扩频技术不同,UWB因其特殊的窄脉冲信号传输方式,即通过在特定的时间间隔产生无线电能量并占用较大的带宽来传输信息,从而实现脉冲定位或时间调制,并不会干扰同一频带内的其它载波调制信号(比如4G或5G信号)。目前,对于基于UWB的定位精度,静止状态的定位精度可保持在亚米级,动态状态的定位精度往往在米级。
因此,针对井下巷道内的车载设备,可以基于矿山的5G基站及5G终端设备实现定位,也可以通过部署在矿井下的UWB定位基站,配合对应的UWB终端设备如UWB定位卡实现定位。巷道车随车设置有车载基站,通常情况下车载基站设置在巷道车尾部,车载设备在车头处,巷道中设置有固定的基站,巷道车在行进过程中,车载终端根据信号强度可以与巷道基站连接通信。
以下将以5G基站和终端间的定位方法为例,通过实施例具体说明本公开的实施方式。需说明,本公开以下实施例的方法或装置可实施于基于UWB技术的UWB定位基站和UWB定位卡(类似于终端)间的定位,实现同样的发明目的。
本公开的实施例一,提供了一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法,应用于车载基站侧。如图2所示,实施例一提供的定位方法包括步骤S110~S140。
S110:根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离。
测距算法用于测量车载终端与车载基站间的距离,也用于测量车载终端与巷道基站间的距离。
测距算法包括基于到达时间的测距算法和基于信号强度的测距算法。下面分别说明这两种算法。
(a)基于到达时间的测距算法
如图3所示,基于到达时间的测距算法,需要基站和终端之间的信息交互。终端向基站发送信息M1,发送时间为T1,基站接收该信息的时间为T2,处理该信息后,在T3时刻向终端反馈信息M2,信息M2在T4时刻被终端接收。可以算出信息在基站和终端之间的单程传输时间为:
T=1/2[(T4-T1)-(T3-T2)] (1)
基站和终端之间之间的距离为:
D=c*T ,c为光速 (2)
该算法是目前使用较普遍的测距算法,通常,为了提高测距精度,还会增加多次的信息交互。也就是说,基站和终端之间需要进行至少两次的信息传输,这就会占用较多的系统资源,还会增加终端的功率消耗。但是该算法的测距准确性较高。
(b)基于信号强度的测距算法
定义接收端的信号接收功率为Pr(D),其可以写成与接收端和发射端之间的距离D有关的函数,表达式如下:
其中,参数D表示接收端和发射端之间的距离,Pt表示发射端的发射功率,Gr表示接收端的天线增益,Gt表示发射端的天线增益,λ表示无线信号的波长,与具体的无线系统的工作频点有关。
因此,接收端和发射端之间的距离D可表示成:
其中,参数Pt、Gt和Gr均为已知值,λ也是确定的值,Pr可由接收端测量获得。
在上述公式(4)的基础上,针对井下实际环境,可进行适当的参数调整,例如增加功率损耗的调整因子,使得接收功率Pr与距离D之间的关系更准确,从而提高测距准确性。具体而言,若选择基于信号强度的测距算法,则增加井下环境的功率损耗调整因子G,调整因子G的取值在3-8dB范围内。
基于信号强度的测距算法无需基站和终端之间的信息交互,不会消耗系统资源和终端的功率,但是其测距准确度不如基于到达时间的测距算法,受传播环境的影响较大。
一般情况下,当接收端接收的信号强度足够高时,可以认为当前的无线传播环境较好,此时采用基于信号强度的测距算法得到的测距结果,准确性较高。如果接收信号的强度不高,则不宜采用基于信号强度的测距算法。
由于井下巷道内有固定设置的基站,巷道车上也设置有车载基站,在存在多个基站的情况下,可以将其中一个基站作为主基站来判断接收信号的功率是否低于预设门限,本公开实施例中,以车载基站为主基站为例进行说明。
车载基站在确定测距算法时,可以有以下几种确定方式:
第一种,判断预定信号的接收功率是否低于预设门限,若接收的预定信号的接收功率低于预设门限,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法。
在本公开实施例中,预定信号是终端发送的已知信号,用于测量上行链路;预设门限为正常解调终端发送的数据信号的最低功率值。
确定测距算法可以由车载基站根据其接收的信号的功率值进行判断,如果该功率值低于预设门限,则说明当前与该终端间的无线传播环境不佳,因此选择采用基于到达时间的测距算法。在5G场景下,预定信号是上行测量信号SRS,基站可以判断车载终端发送的SRS的接收功率是否低于预设门限。
第二种,判断预设的时频资源是否充足,若预设的时频资源充足,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法。
在本公开实施例中,预设的时频资源是预先划的定专用于分配给车载终端测距的时频资源,包括上行资源和/或上行资源。
由于基于到达时间的测距算法会占用较多的系统资源,因此,基站可以根据时频资源是否充足来确定选择哪种测距算法。可以预先设定成下行时频资源,或者是上行时频资源,基站根据当前的调度情况进行判断。在矿山场景下,下行带宽资源往往较为紧缺,因此,可以将下行时频资源作为预设的时频资源。如果当前业务较多,下行资源不足,则选择基于信号强度的测距算法,降低系统的资源压力。
第三种,根据预定信号的接收功率和时频资源结合判断,若接收的预定信号的接收功率低于预设门限且预设的时频资源充足,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法。
这种方式结合了第一种和第二种方式,结合两种条件选择测距算法,可以提供更好的效果。
当然,确定测距算法也可以由车载终端侧来执行,具体方法将在后面的实施例二中进行说明。
前述的两种测距算法各有优劣,基站侧可以根据实际情况进行选择,并且在选择后还可以重新触发确定测距算法。确定测距算法的触发条件可以是来自调度中心的指令,或者是设定的周期间隔,或者是接收信号的功率或者时频资源满足预设条件。
S120:基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离。
在确定测距算法后,可以根据前述的公式(1)~(4)计算得到车载终端与各个基站间的距离。测距计算可以由各个基站完成,然后汇总到主基站,或者由车载终端完成测距计算后上报给主基站。
具体而言,基站根据当前的系统负载、测量得到无线传播环境等参数,综合判断当前环境是否满足预设终端测距条件,若满足终端测距条件,则指示所述车载终端测距并上报;接收所述车载终端上报的第一距离和第二距离,所述第一距离和所述第二距离由所述车载终端根据所确定的测距算法计算得到。
若不满足所述终端测距条件,则基于所确定的测距算法计算与所述车载终端间的第一距离,并获取第二距离,所述第二距离由巷道基站基于所确定的测距算法计算得到,并通过所述车载终端转发至所述车载基站。
在本公开的实施例中,终端测距条件包括终端的能力、可调度的时频资源和无线链路质量中的一种或多种。
满足终端测距条件时,测量计算与各个基站间的距离的操作由车载终端来执行,作为主基站的车载基站,指示车载终端测距计算并上报。不满足终端测距条件时,测距计算由各个基站完成,作为主基站的车载基站,可以通过车载终端转发巷道基站计算得到的第二距离,也可以直接从巷道基站处获取第二距离。最终,将第一距离和第二距离都汇总到作为主基站的车载基站处。
例如,当确定的测距算法是基于到达时间的测距算法,且由车载终端进行测距计算时,作为主基站的车载基站向车载终端发送指示信息,车载终端收到该指示信息后,分别向车载基站和巷道基站发送信息M1,启动如图3所示的测距过程,再由车载终端根据接收的信息M2完成测距计算,然后将测距结果汇总到主基站。当确定的测距算法是基于到达时间的测距算法,且由各个基站进行测距计算时,主基站通知其他基站,并由各个基站向终端设备发送信息M1,启动测距过程,测距完成后各基站将测距结果汇总到主基站,在这个过程中,多个基站间的通信可能需要网络侧的参与,例如在5G场景下,通过Xn接口或X2接口与其他基站间进行通信。
S130:根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果。
计算车载终端的定位结果,可以基于三角定位法的原理进行计算。考虑到在巷道内设置的基站数量的不同,下面将以5G基站为例分别说明定位原理。
如图4所示是第一种场景,巷道内只有1个5G基站,5G基站位于巷道的一侧,巷道车在巷道内作业和移动。
定义5G基站的位置坐标A为(x0,y0,z0),车载基站的位置坐标B为(x1,y1,z1),车载终端的位置坐标C为(x2,y2,z2)。
其中,5G基站是固定的,位置坐标已知,车载基站和车载终端的位置随着车子的移动而变化,同时,车载基站的位置坐标也是已知的。现在需要准确定位车载终端的坐标位置。
定义A(x0,y0,z0)与C(x,y,z)之间的距离为D2,计算式为:
定义B(x1,y1,z1)与C为(x2,y2,z2)之间的距离为D3,计算式为:
当限定巷道内的定位精度在水平和垂直两个维度上时,计算式如下:
当限定巷道内的定位精度仅在水平方向上时,计算式如下:
可以根据实际需要限定定位精度,选择对应的距离计算公式。
以定位精度在水平和垂直二维方向为例,若5G基站与车载基站的发射功率相同,则将车载终端放置在D2=D3的位置处时,定位是精准的,如图5所示。
对于巷道内的5G基站与车载基站发射功率不同的场景,比如巷道内的5G基站的发射功率大于车载基站的发射功率,车载终端位于图6中两圆相切的位置处时,位置点唯一,定位是精准的。
图5和图6示意了巷道内的5G基站与车载基站的波束为全向波束的情形。图7的case 1和case 2示意了的定向波束的情形。图7的case 1中,5G基站和车载基站同时对着车载终端“打”波束,且5G基站与车载基站的发射功率相同;图7的case 2中,5G基站与车载基站的发射功率不同,或者5G基站与车载基站的波束朝向并非仅对着车载终端,因而基站发射信号到达车载终端的功率并不相同。但无论哪种情形,定位车载终端时仍然适用上述公式(5)至公式(10),也就是说,5G基站与车载基站的波束方向,对本实施例的方法并无影响。
如图8所示是第二种场景,巷道内有两个5G基站,分别设置在巷道两侧,巷道车在巷道内作业或移动。
定义5G基站#1的位置坐标A为(x0,y0,z0),5G基站#2的位置坐标B为(x1,y1,z1),车载基站的位置坐标C为(x2,y2,z2),车载终端的位置坐标D为(x,y,z)。
其中,位置坐标A和B一般是固定的,位置坐标可知,位置坐标C和位置坐标D的随着车载的移动而变化,位置坐标C也是可知的。
定义5G基站#1的位置坐标A(x0,y0,z0)与车载终端的位置坐标D(x,y,z)之间的距离为D4,其计算公式如下:
定义5G基站#2的位置坐标B(x1,y1,z1)与车载终端的位置坐标D(x,y,z)之间的距离为D5,其计算公式如下:
定义车载基站的位置坐标C(x2,y2,z2)与车载终端的位置坐标D(x,y,z)的距离为D6,其计算式如下:
当限定巷道内的定位精度在水平和垂直两个维度上时,计算式如下:
当限定巷道内的定位精度仅在水平方向上时,计算式如下:
可以根据实际需要限定定位精度,选择对应的距离计算公式。
以二维方向的定位精度为例,假设巷道5G基站#1、巷道5G基站#2和车载基站使用全向天线,车载终端在图9中5G基站#1、5G基站#2和车载基站三圆交汇处时,位置坐标唯一,定位是精准的。
在图9中,巷道5G基站与车载基站的波束为全向波束,而图10中示出了定向波束的场景。无论是全向波束还是定向波束的场景,上述公式(11)~(19)依然适用。也就是说,巷道5G基站与车载基站的波束方向对本实施例的方法并无影响。
现在计算车载终端的坐标D。
以图8所示的井下巷道布设2个5G基站的场景为例,对公式(11)~(13)进行改写,得到如下公式(20)~(22):
其中,5G基站#1的位置坐标A(x0,y0,z0)、5G基站#2的位置坐标B(x1,y1,z1)与车载基站的位置坐标C(x2,y2,z2)已知,D4、D5和D6可根据前述的测距算法测量得到,此时将(x,y,z)作为未知量,求解x、y和z。可以看到,公式(10)~(12)中,参数x、y和z分别和x0、y0、z0、x1、y1、z1、x2、y2、z2、D4、D5和D6有关。
随后,对公式(20)~(22)中的参数x、y和z进行求解,若求解结果是唯一的,即得到的定位结果中包含唯一的坐标值,则可确定车载终端的准确的坐标位置;若求解结果不唯一,即得到的定位结果中包含不唯一的坐标值,则无法确定车载终端的具体位置,此时,需要执行下述的步骤S140。
类似地,可以对定位精度限定在二维方向,或者限定在水平方向时的位置进行求解。
同理,在井下巷道布设1个5G基站的场景下,根据公式(5)~(10)求解x、y、z时,若求解结果是唯一的,则可确定车载终端的坐标位置;若求解结果不唯一,则定位是模糊的,无法确定车载终端的具体位置,此时,需要执行步骤S140。
S140:在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。
根据前述的定位算法,对车载终端的坐标位置进行求解,根据求解结果判断是否需要调整车载终端的位置。具体而言,所述定位结果不符合定位要求的情况为所述定位结果中包含不唯一的坐标值。若所述定位结果中包含唯一的坐标值,则上报至调度中心,此时认定对所述车载终端的定位是准确的。
在本公开的实施例中,在巷道车上设置有滑轨,车载终端可以在此滑轨上移动位置。从而能够保证在巷道车停留作业时,车载终端的位置也可以移动,避免在定位模糊的位置处长时间停留。
为保证车载终端的坐标具有唯一解,车载终端在滑轨上移动。其中,该滑轨可以是沿坐标轴x或y方向的一维滑轨,也可以是二维或者三维的滑轨。图11示出了二维滑轨的一个示例,车载终端在滑轨上的多个位置停留,例如,从位置2移动到位置1或者位置3。
车载基站指示车载终端沿预设的车载滑轨移动位置后,再次对车载终端进行测距和定位,求解线性方程,直到求解的坐标值唯一,方可确定车载终端的位置。
本公开实施例一的方案,基站侧根据实际情况选择测距定位算法,降低了对系统资源和设备功率的消耗,根据定位结果自适应调整车载终端的位置,减少了定位模糊的情况发生,有利于调度中心通过远程监控保障井下生产和作业的安全。
本公开的实施例二,提供了一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法,应用于车载终端。实施例二终端侧的定位方法与基站侧的定位方法的主要区别是:测量与各个基站的距离以及计算车载终端的定位结果的操作都是由车载终端来执行的,并且由车载终端自适应地调整位置。下面具体说明。
如图12所示,实施例二提供的车载终端侧的定位方法包括步骤S210~S240。
S210:根据接收的预定信号的接收功率或车载基站的指示确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离。
车载终端在确定测距算法时,可以有两种方式:根据车载基站的指示选择测距算法;或者,判断预定信号的接收功率是否低于预设门限,若是,则选择基于到达时间的测距算法,若否,则选择基于信号强度的测距算法。
在车载终端根据车载基站的指示选择测距算法的场景下,由作为主基站的车载基站来确定要采用的测距算法,车载基站可以判断预定信号的接收功率是否低于预设门限,若是,则选择基于到达时间的测距算法,若否,则选择基于信号强度的测距算法。或者,车载基站确定测距算法时,还可以判断预设的时频资源是否充足,若是,则选择基于到达时间的测距算法,若否,则选择基于信号强度的测距算法。或者,车载基站确定测距算法时,还可以结合接收功率和时频资源判断,若接收的预定信号的接收功率低于预设门限且预设的时频资源充足,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法。在车载基站选择了测距算法后,通过信息指示车载终端采用对应的测距算法。例如,如果指示车载终端选择基于到达时间的测距算法,则车载终端开始向各个基站发送信息M1,启动如图3所示的测距流程。
在实施例二中,预定信号是基站发送的已知信号,用于测量下行链路;预设门限为正常解调基站发送的数据信号的最低功率值。
在车载终端自主选择测距算法的场景下,车载终端根据基站发送的下行信号的接收功率来判断。5G场景下,通过接收下行的测量信号PRS信号的接收功率来判断当前的无线传播环境。如果接收信号的功率低于预设门限,则说明无线传播环境较差,不宜采用基于信号强度的测距算法,此时,车载终端选择采用基于到达时间的测距算法,向各个基站发送信息M1,启动如图3所示的测距流程。如果接收信号的功率高于预设门限,则说明无线传播环境较好,直接通过测量信号强度来计算与基站间的距离。
S220:基于所确定的测距算法计算第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离。
车载终端根据确定的测距算法计算得到与各个基站间的距离,具体的测距算法的原理在实施例一中已有说明,可以参照实施例一实施。
S230:基于所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果。
车载终端根据第一距离、第二距离,以及各个基站的已知的坐标,自行计算定位结果,具体的定位算法在实施例一中已有说明,可以参照实施例一实施。
S240:若所述定位结果不满足定位要求,则沿预设的车载滑轨移动位置,并重新计算距离和定位,直到所述定位结果满足所述定位要求。
S250:若所述定位结果满足所述定位要求,则向所述车载基站上报所述定位结果。
根据三角定位原理,求解线性方程,当车载终端位于某些位置时,求解的定位结果中包含不唯一的坐标值,此时无法定位车载终端的位置,因此,定位结果不满足预设条件。这种情况下,车载终端执行S241,自适应地改变其位置,并返回S220重新测距和定位计算,直到定位结果满足预设条件。如果定位结果满足预设条件,即定位结果为唯一的坐标值,则车载终端无需调整位置,执行S242,直接将定位结果上报给基站。此时定位准确,车载终端完成终端侧的定位流程。
为了便于车载终端移动,在巷道车上预先设置有滑轨,车载终端设置在滑轨上,车载终端可以沿着滑轨移动位置,例如,如图11所示,车载终端可以在位置1、位置2或位置3停留。
本公开的实施例二的方案,车载终端选择的测距算法,能适应实际情况,降低对系统资源和设备功率的消耗,根据定位结果自适应调整车载终端的位置,避免在定位模糊的位置处停留过长,将调整后准确的定位结果上报给基站,有利于调度中心通过远程监控保障井下生产和作业的安全。
如图13所示,为本公开的实施例三提供的一种适用于井下巷道的车载终端的基站侧的定位装置300。该装置300可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。
如图13所示,该基站侧的定位装置300包括算法确定模块310、距离获得模块320、位置计算模块330、信息指示模块340。该定位装置300可以执行前述任一实施例所描述的方法。
算法确定模块310,被配置为根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离。
距离获得模块320,被配置为基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离。
位置计算模块330,被配置为根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果。
信息指示模块340,被配置为在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。
根据本公开实施例三的基站侧定位装置,基站侧根据实际情况选择测距定位算法,降低了对系统资源和设备功率的消耗,根据定位结果自适应调整车载终端的位置,减少了定位模糊的情况发生,有利于调度中心通过远程监控保障井下生产和作业的安全。
本公开的实施例三提供了一种适用于井下巷道的车载终端的终端侧的定位装置400。该装置400可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。
如图14所示,该终端侧的定位装置400包括算法确定模块410、距离计算模块420、位置计算模块430、判断模块440、位置调整模块441以及位置上报模块442。该定位装置400可以执行前述任一实施例所描述的方法。
算法确定模块410,被配置为根据接收的预定信号的接收功率或车载基站的指示确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;
距离计算模块420,被配置为基于所确定的测距算法计算第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;
位置计算模块430,被配置为基于所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;
判断模块440,被配置为判断所述定位结果是否满足定位要求;
位置调整模块441,被配置为若所述定位结果不满足所述定位要求,则沿预设的车载滑轨移动位置,并重新计算距离和位置直到定位结果满足所述定位要求;
位置上报模块442,被配置为若所述定位结果满足所述定位要求,则向所述车载基站上报所述定位结果。
根据本公开的实施例二的终端侧的定位装置,车载终端选择的测距算法,能适应实际情况,降低对系统资源和设备功率的消耗,根据定位结果自适应调整车载终端的位置,避免在定位模糊的位置处停留过长,将调整后准确的定位结果上报给基站,有利于调度中心通过远程监控保障井下生产和作业的安全。
本公开的实施例五,提供了一种适用于井下巷道的车载终端的定位设备,包括:
至少一个处理器;
以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;
其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,使所述至少一个处理器能够执行上述实施例一所述的适用于井下巷道的车载终端的基站侧的定位方法,或者执行上述实施例二所述的适用于井下巷道的车载终端的终端侧的定位方法。
本公开的实施例六,提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器执行时实现上述实施例一所述的适用于井下巷道的车载终端的基站侧的定位方法,或者执行上述实施例二所述的适用于井下巷道的车载终端的车载终端侧的定位方法。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置、电子设备、非易失性计算机存储介质实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书实施例提供的装置、电子设备、非易失性计算机存储介质与方法是对应的,因此,装置、电子设备、非易失性计算机存储介质也具有与对应方法类似的有益技术效果,由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明,因此,这里不再赘述对应装置、电子设备、非易失性计算机存储介质的有益技术效果。
在20世纪90年代,对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如,对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而,随着技术的发展,当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此,不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如,可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA))就是这样一种集成电路,其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上,而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且,如今,取代手工地制作集成电路芯片,这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现,它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似,而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写,此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL),而HDL也并非仅有一种,而是有许多种,如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等,目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚,只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中,就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现,例如,控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式,控制器的例子包括但不限于以下微控制器:ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320,存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至,可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元,具体可以由计算机芯片或实体实现,或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的,计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便,描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然,在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白,本说明书实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据优化设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据优化设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据优化设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据优化设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中,计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定,计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media),如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述,例如程序模块。一般地,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践说明书,在这些分布式计算环境中,由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法,应用于车载基站侧,其特征在于,包括:
根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;
基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;
根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;
在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,包括:
若接收的预定信号的接收功率低于预设门限,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法;
或者,若预设的时频资源充足,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法;
或者,若接收的预定信号的接收功率低于预设门限且预设的时频资源充足,则选择基于到达时间的测距算法,否则选择基于信号强度的测距算法。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,包括:
若满足预设的终端测距条件,则指示所述车载终端测距并上报;
接收所述车载终端上报的第一距离和第二距离,所述第一距离和所述第二距离由所述车载终端根据所确定的测距算法计算得到。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
若不满足所述终端测距条件,则基于所确定的测距算法计算与所述车载终端间的第一距离,并获取第二距离,所述第二距离由巷道基站基于所确定的测距算法计算得到,并通过所述车载终端转发至所述车载基站。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述巷道基站包括第一巷道基站和第二巷道基站,所述第二距离包括所述车载终端与所述第一巷道基站间的距离,以及所述车载终端与所述第二巷道基站间的距离。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述定位结果不符合定位要求的情况为:所述定位结果中包含不唯一的坐标值。
7.一种适用于井下巷道的车载终端的定位方法,应用于车载终端,其特征在于,包括:
根据接收的预定信号的接收功率或车载基站的指示确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;
基于所确定的测距算法计算第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;
基于所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;
若所述定位结果不满足定位要求,则沿预设的车载滑轨移动位置,并重新计算距离和定位,直到所述定位结果满足所述定位要求;
若所述定位结果满足定位要求,则所述车载基站上报所述定位结果。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述根据接收的预定信号的接收功率确定测距算法包括:
判断预定信号的接收功率是否低于预设门限,若是,则选择基于到达时间的测距算法,若否,则选择基于信号强度的测距算法。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述巷道基站包括第一巷道基站和第二巷道基站,所述第二距离包括所述车载终端与所述第一巷道基站间的距离,以及所述车载终端与所述第二巷道基站间的距离。
10.一种适用于井下巷道的车载终端的定位装置,应用于车载基站侧,所述定位装置包括:
算法确定模块,被配置为根据接收的预定信号的接收功率和/或预设的时频资源,确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;
距离获得模块,被配置为基于所确定的测距算法获得第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;
位置计算模块,被配置为根据所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;
信息指示模块,被配置为在所述定位结果不符合定位要求的情况下,指示所述车载终端沿预设的车载滑轨移动位置。
11.一种适用于井下巷道的车载终端的定位装置,应用于车载终端,所述定位装置包括:
算法确定模块,被配置为根据接收的预定信号的接收功率或车载基站的指示确定测距算法,所述测距算法用于测量车载终端与基站间的距离;
距离计算模块,被配置为基于所确定的测距算法计算第一距离和第二距离,所述第一距离为所述车载终端与车载基站间的距离,所述第二距离为所述车载终端与巷道基站间的距离;
位置计算模块,被配置为基于所述第一距离和所述第二距离计算所述车载终端的定位结果;
判断模块,被配置为判断所述定位结果是否满足定位要求;
位置调整模块,被配置为若所述定位结果不满足定位要求,则沿预设的车载滑轨移动位置,并重新计算距离和位置直到定位结果满足定位要求;
位置上报模块,被配置为若所述定位结果满足所述定位要求,则向所述车载基站上报所述定位结果。
12.一种适用于井下巷道的车载终端的定位设备,包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;
其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6中任一项所述的适用于井下巷道的车载终端的基站侧的定位方法,或执行权利要求7至9中任一项所述的终端侧的定位方法。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117826072A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 西安集灵信息技术有限公司 | 一种井下定位系统和井下定位方法 |
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2023
- 2023-05-23 CN CN202310586331.7A patent/CN116600382A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117826072A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 西安集灵信息技术有限公司 | 一种井下定位系统和井下定位方法 |
CN117826072B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-03 | 西安集灵信息技术有限公司 | 一种井下定位系统和井下定位方法 |
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