CN201957242U - 测定隧道内人员位置的定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测定隧道内人员位置的定位系统，包括多个设置在所述隧道内指定位置的基站，以及与所述基站连接的服务器，还包括由进入所述隧道的人员携带的终端；所述基站设置在所述隧道内的指定位置，用于对进入其作用范围的终端发出应答信号，并将所述终端发来的距离信号发送或通过其他基站发送到服务器；所述服务器与所述基站连接，接收所述终端发出的距离信号，与其存储的基站位置对比，得到所述终端在所述隧道中的具体位置。实施本实用新型的测定隧道内人员位置的定位系统，具有以下有益效果：可以准确地得到终端位置且不易受到环境的影响。

Description

测定隧道内人员位置的定位系统

技术领域

本实用新型涉及指定区域内的位置确定，更具体地说，涉及一种测定隧道内人员位置的定位系统。

背景技术

现有的隧道内人员和设备定位普遍都是采用有源RFID技术进行模糊区域识别，如：基于433MHz有源RFID识别系统以及基于2.4GHz有源RFID识别系统。在这些现有技术中，通常采用Nordic、TI等433MHz/2.4GHz无线芯片，构成最大0-10dbm射频功率的RFID读卡器、定位标签等；其中，RFID读卡器按照实际需要的管理区间分布安装于隧道顶部或侧边，并通过现场总线(或无线网络)与控制中心相连。当隧道内人员携带定位标签经过RFID读卡器点时，系统自动识别标签，并进行记录与回传中心显示。在实际使用中，现有技术有以下缺点：在识别区域范围内，例如读卡器前后60米范围内，均只能提供“人员是否存在”的信息；通常，这些系统通过RSSI(Received Signal Strength Indicator)识别甚至定向天线的方式粗略判断人员离读卡点距离，但是由于RSSI的不确定性以及易受干扰性，该项功能无法有效实现；尤其在环境温湿度变化、人员增多的情况下，RSSI更是无法精确指示；由于模糊定位导致只能确定某段隧道内存在多少工人，却不能确定实际的位置，这给灾难救援工作带来难以预测的工作量，尤其在分布点较多的情况下，直接影响到救援决策。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无法精确定位、易受环境影响的缺陷，提供一种可以精确定位、且不易受到环境影响的测定隧 道内人员位置的定位系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种测定隧道内人员位置的定位系统，包括服务器，多个设置在所述隧道内指定位置的、对进入其作用范围的终端发出应答信号并将所述终端发来的距离信号发送或通过其他基站发送到服务器的基站，由进入所述隧道的人员携带的、用于定时发出请求信号并在接收到所述基站发出的应答信号之后计算所述应答信号接收时间、形成距离信号并将其发送到所述发出应答信号的基站的终端；所述服务器为通过所述网关与所述基站连接，接收所述终端发出的距离信号，与其存储的基站位置对比，得到所述终端在所述隧道中的具体位置的服务器；所述基站上具有无线连接模块或线缆连接模块，所述基站之间及基站与服务器之间的连接都是通过无线或线缆连接的；所述基站包括一个设置在所述隧道洞口的基站和多个设置在所述隧道内的基站，设置在所述隧道内的基站包括线性分布在所述隧道二衬区的多个基站和放射性分布在所述隧道施工区的多个基站；设置在所述隧道洞口的基站通过所述网关与所述服务器连接，所述多个设置在所述隧道内的基站分别和与其比较更靠近所述隧道洞口位置的基站连接。

在本实用新型所述的隧道内人员定位系统中，在所述隧道施工区内设置多个基站，所述施工区基站相对于所述施工区中心位置呈放射性分布；所述隧道二衬区内设置多个基站，所述二衬区基站沿所述二衬区纵深位置呈线性分布。

在本实用新型所述的隧道内人员定位系统中，所述隧道施工区基站设置在所述施工区的每个角落处。

在本实用新型所述的隧道内人员定位系统中，所述基站进一步包括：

应答信号产生单元：用于在接收到其作用范围内终端发出的请求信号时产生以该终端的识别码为目标地址的、以所述基站识别码为源地址的应答信号；

信号接收转发单元：用于接收所述终端发出的距离信号，并将所述接收到的距离信号发送到所述服务器或其他基站。

在本实用新型所述的隧道内人员定位系统中，所述基站还包括用于播放所述服务器发出的音频信号的音频播放单元；所述音频播放单元通过所述基站之间的连接线或通过单独的音频连接线与所述服务器连接或与所述服务器的音频输出连接。

在本实用新型所述的隧道内人员定位系统中，所述基站还包括用于通过有线或无线方式与其他基站连接的、与其他基站连接方式相适配的连接模块，所述连接模块包括有线连接模块或无线连接模块。

在本实用新型所述的隧道内人员定位系统中，所述无线连接模块采用与所 述基站与终端连接的频道不相同的无线频道。

在本实用新型所述的定位系统中，所述终端进一步包括：

定时单元：用于设定定时时间，并在所述定时时间到达时，使能请求信号发送单元；

请求信号发送单元：用于产生并发送请求信号；

应答信号接收单元：用于接收应答信号；

时间差及距离取得单元：用于测定最后一次请求信号及应答信号之间的时间差，并由所述时间差取得距离值；

距离信号形成单元：用于将上述距离值、本终端识别码以及接收到的应答信号中的基站识别码打包形成距离信号。

在本实用新型所述的定位系统中，所述终端还包括：

应答信号判断单元：用于判断所述终端接收到的应答信号的目标地址是否是本终端的识别码。

在本实用新型所述的定位系统中，所述基站进一步包括：

应答信号产生单元：用于在接收到其作用范围内终端发出的请求信号时产生以该终端的识别码为目标地址的、以所述基站识别码为源地址的应答信号；

信号接收转发单元：用于接收所述终端发出的距离信号，并将所述接收到的距离信号发送到所述服务器或其他基站。

在本实用新型所述的定位系统中，所述服务器包括：

距离取得单元：用于取得各终端到一个或分别到多个基站距离；

位置确定及显示单元：用于依据所述距离取得单元取得的一个终端到一个或一个终端分别到多个基站的距离计算该终端在所述隧道内一维或二维位置并显示该位置。

实施本实用新型的测定隧道内人员位置的定位系统，具有以下有益效果：由于采用请求信号及应答信号的时间差以及在通常情况下不会变化的电磁波传输速度来计算终端到基站的距离，在多个基站的位置事先确定且得到终端与各基站的距离的情况下，可以准确地得到终端位置且不易受到环境的影响。

附图说明

图1是本实用新型测定隧道内人员位置的定位系统实施例中方法流程图；

图2是所述实施例中系统结构示意图；

图3是所述实施例中终端结构示意图；

图4是所述实施例中基站结构示意图；

图5是所述实施例中服务器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

如图1所示，在本实用新型测定隧道内人员位置的定位系统实施例中，其测定隧道内人员位置的方法包括如下步骤：

步骤S11终端判断其设定的时间是否已到，如已到，执行下一步骤；如未到设定时间，则重复本步骤；在本实施例中，上述终端被进入隧道人员随身携带，例如，该终端可以设置在上述人员的安全帽上或员工识别卡上；当上述携带终端的人员未进入上述隧道时，该终端会进入设置在隧道口的基站的作用范围，之后，该终端收到上述基站的信号而被激活；如果该终端始终未进入任何一个基站的作用范围，其不会被激活，以便减少电源消耗；当终端被激活后，其会发送请求信号；由于终端采用电池供电，所以不可能随时都发送请求信号；实际上，只要上述终端间歇地、有规律地发送请求信号即可。因此被激活的终端的一边计时，等待设定时间到；当上述设定时间到达后，发送请求信号，等待基站的回应，同时，仍在计时，等待下一次设定时间。

步骤S12发出请求信号：在本步骤中，由于设定时间已到，终端发出请求信号，并开始一边等待基站的回应的信号，一边计时；如果计时未到设定时间，已经收到基站的回应信号，则开始处理基站的回应信号；如果已到计时设定时间还没有收到基站的回应信号，则开始下一轮的请求信号发送。

步骤S13发出应答信号：在本步骤中，基站收到所述终端发出的请求信号，产生应答信号发送到上述的终端；由于在上述请求信号中，携带有终端所 具有的、唯一的识别码(就网络而言，该识别码实际上是该终端的网络地址)，所以在应答信号中，除具有上述终端的识别码外，还具有该基站所具有的、唯一的识别码(就网络而言，该识别码实际上是该基站的网络地址)，可以这样理解：上述应答信号是一个以基站识别码为源地址、以终端识别码为目标地址的、通过无线网络信道传输的数据帧或数据包；通常而言，上述终端形成该应答信号的时间是大致不变的。可预测的。此外，在上述终端发出的请求信号被多个基站接收的情况下，上述应答信号也可以是多个由不同的基站发出的多个应答信号，这些应答信号在不同的无线信道上传输，终端分别接收这些不同应答信号，并分别做出步骤S14-S18的处理。

步骤S14取得时间差：在本步骤中，终端接收一个应答信号，取得该应答信号与最近发出的请求信号之间的时间差。由于上述请求信号的发送是具有周期性的，而请求信号在发出后，终端一直在计时以便于发出下次请求信号，所以，上述时间差的取得是比较简单的，只要在确认收到应答信号时读取上述计时器中的读数即可。

步骤S15取得距离并形成距离信号：将上述取得的时间差减去设定的、已知的基站形成应答信号所需要的时间，得到无线信号在上述终端与基站之间传输两次的时间，将该时间除以2再除以无线信号的传输速度，即可得到上述基站与终端之间的距离。取得上述距离后，还需要形成距离信号，再该距离信号中，不仅包括了上述的距离值，还需要指明该距离值所指的基站和终端的识别码(网络地址)，这样可以使得接收到该距离信号的服务器可以得知该距离值所指的基站和终端；否则，一个单独的距离值是毫无意义的。

步骤S16发送距离信号：在本步骤中，终端将其形成的距离信号发送到基站；上述距离信号发送时采用与上述请求信号不同的无线信道及机制，不需要等待计时时间，这样，在终端形成距离信号时，就可以马上发送；同时，不同的无线信道也使得基站接收该距离信号的部分与接收请求信号的部分不同。基站接收到上述距离信号之后也不会做出任何处理，而是将该距离信号直接发送到服务器或通过其他基站转发到服务器。

步骤S17转发距离信号：在本步骤中，基站接收到上述距离信号并将其转发到服务器；在上述基站不能与服务器直接建立连接的情况下，例如，可能 隧道较深，其内部的基站不能直接与上述服务器连接，接收到上述距离信号的基站将其接收到的距离信号转发到别的、更靠近服务器的基站上，通过别的基站将该距离信号发送到服务器上。值得一提的是，上述基站传输距离信号的部分与上述请求/应答信号的传输部分在各基站内是相对独立的。

步骤S18得到终端位置并显示：在本步骤中，多个终端与各基站的距离都被直接或通过其他基站转发到服务器中，服务器取得这些距离值，再加上上述各基站的位置在服务器中都事先存储好的，因此，在知道各个终端距各个基站的距离时，就能得到每个终端的位置。在本步骤中，服务器可能接收到一个终端对应于多个基站的距离，也可能只接收到一个终端对于一个基站的距离，就定位而言，一个终端具有与越多的基站的距离时，其定位越准，可以在隧道的平面视图上将其X方向和Y方向的坐标定出；如果一个终端只有与一个基站的距离，则只能在上述的一个方向上定出其位置，其定位较为模糊；在本实施例中，通过在需要精确定位的施工区设置多个(本实施例中设置4个，即在施工区的4个角落各设定一个)基站的方法来达到精确定位的目的；而在不需要精确定位的隧道二衬区，则采取沿其区线性设置基站的方法，一方面将施工区基站的距离信号转发到隧道外的服务器。另一方面，实现上述二衬区内终端的大致定位。此外，由于上述距离信号是不断收到的，所以上述服务器也在不断地更新其数据，即不断刷新上述终端在服务器上显示出来的定位位置。

图2示出了本实施例中定位系统的结构示意图。在图2中，所述定位系统包括设置在隧道外的服务器、多个设置在隧道内的基站以及由进入隧道人员随身携带的终端。其中，隧道包括已经完成掘进的二衬区和正在施工的施工区，按照一般的情况，施工区的人员最为集中，最容易出现险情，因此，对于施工区内的人员需要准确定位；而二衬区显然不会出现很多人的情况，发生险情的可能性较小，人员也不会在二衬区长久停留，因此，对于二衬区内人员的定位的要求就不是太高，模糊定位即可；所以，在本实施例中，在施工区的4个角落分别设置有一个基站，其作用范围相互重叠，使得位于施工区内的人员可以被精确定位；而在二衬区，其基站设置是沿其延伸方向在隧道二衬区的一侧线性设置的，其一直由上述的施工区延伸到隧道洞口，而隧道洞口设置的基站通过网络与上述服务器连接；上述由进入隧道的人员携带的终端在通过隧道洞口 基站的作用范围时，被该基站激活，定时发出请求信号，并在接收到基站(此时，该终端当然位于该基站的作用范围内)发出的应答信号之后计算上述应答信号接收时间，形成距离信号，并将该距离信号发送到上述基站；所述基站设置在所述隧道内的指定位置，用于对进入其作用范围的终端发出应答信号，并将所述终端发来的距离信号发送(当该基站是上述隧道洞口的基站时)或通过其他基站发送到服务器(当该基站不是上述隧道洞口的基站时)；此外，上述服务器与上述基站连接，接收上述终端发出的距离信号，与其存储的基站位置对比，得到盖述终端在隧道中的具体位置(隧道二衬区是模糊定位，施工区是精确定位)。当终端连接的基站不是上述隧道洞口设置的直接与服务器连接的基站时，该基站将距离信号转发到其他基站(这些作为转发的目的地址的基站是事先设定的、距上述隧道洞口基站更近的基站)。在本实施例中，所述网关通过光缆与所述服务器连接，上述基站之间以及基站与服务器之间的连接都是通过无线连接的，所以，在基站上具有相应的无线连接模块，但是，这些连接模块之间所用的无线频道与上述各基站与终端之间传输信号的无线频道是不相同的，不会出现相互之间的干扰。在其他实施例中，上述基站之间或基站与服务器之间也可以通过线缆连接，例如通过光纤连接，此时，各基站上的连接模块就是线缆的连接模块，例如光纤连接模块。

此外，在本实施例中，上述各基站上还包括用于播放服务器发出的音频信号的音频播放模块(图中未示出)，在本实施例中，上述各音频播放模块所用的音频信号是通过上述基站之间或基站与服务器之间的连接来传输的，也就是说，服务器发出的音频信号与上述服务器和终端之间的数据传输使用的是同一个传输途径。在其他实施例中，服务器也可以单独输出音频信号，并通过单独的线缆传输到所述各基站的音频模块。

图3示出了本实施例中终端的结构示意图。图3中，用于设定定时时间，并在所述定时时间到达时，使能请求信号发送单元的终端包括定时单元31、用于产生并发送请求信号的请求信号发送单元32、用于接收应答信号的应答信号接收单元33、用于测定最后一次请求信号及应答信号之间的时间差，并由所述时间差取得距离值的时间差及距离取得单元以及用于将上述距离值、本终端识别码以及接收到的应答信号中的基站识别码打包形成距离信号的距离 信号形成单元34；上述各单元结合在一起分步骤实现终端的功能。在本实施例中，上述终端设置在员工身份识别卡上，只要进入隧道的人员携带该员工身份识别卡，就能在隧道中定位。在其他实施例中，上述终端也可以设置在安全帽中。此外，在本实施例中，终端中还包括用于判断所述终端接收到的应答信号的目标地址是否是本终端的识别码的应答信号判断单元35，如果该单元判别出某一应答信号并非是对于自己发出的请求应答，则丢掉该应答信号，不对其加以处理。

图4示出了本实施例中基站的结构示意图。在图4中，上述基站包括用于在接收到其作用范围内终端发出的请求信号时产生以该终端的识别码为目标地址的、以所述基站识别码为源地址的应答信号的应答信号产生单元41以及用于接收所述终端发出的距离信号，并将所述接收到的距离信号发送到所述服务器或其他基站的信号接收转发单元42。

图5示出了本实施例中服务器的大致结构，在图5中，服务器包括用于取得各终端到一个或分别到多个基站距离的距离取得单元51以及用于依据所述距离取得单元取得的一个终端到一个或一个终端分别到多个基站的距离计算该终端在所述隧道内一维或二维位置并显示该位置的位置确定及显示单元52。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，包括服务器，多个设置在所述隧道内指定位置的、对进入其作用范围的终端发出应答信号并将所述终端发来的距离信号发送或通过其他基站发送到服务器的基站，由进入所述隧道的人员携带的、用于定时发出请求信号并在接收到所述基站发出的应答信号之后计算所述应答信号接收时间、形成距离信号并将其发送到所述发出应答信号的基站的终端；所述服务器为通过所述网关与所述基站连接，接收所述终端发出的距离信号，与其存储的基站位置对比，得到所述终端在所述隧道中的具体位置的服务器；所述基站上具有无线连接模块或线缆连接模块，所述基站之间及基站与服务器之间的连接都是通过无线或线缆连接的；所述基站包括一个设置在所述隧道洞口的基站和多个设置在所述隧道内的基站，设置在所述隧道内的基站包括线性分布在所述隧道二衬区的多个基站和放射性分布在所述隧道施工区的多个基站；设置在所述隧道洞口的基站通过所述网关与所述服务器连接，所述多个设置在所述隧道内的基站分别和与其比较更靠近所述隧道洞口位置的基站连接。

2.根据权利要求1所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述隧道施工区分布的基站分布在所述施工区的每个角落处。

3.根据权利要求2所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述网关通过光缆与所述服务器连接。

4.根据权利要求3所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述基站还包括用于播放所述服务器发出的音频信号的音频播放单元；所述音频播放单元通过所述基站之间的连接线或通过单独的音频连接线与所述服务器连接或与所述服务器的音频输出连接。

5.根据权利要求4所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述无线连接模块采用与所述基站与终端连接的频道不相同的无线频道。

6.根据权利要求5所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述终端进一步包括：

定时单元：用于设定定时时间，并在所述定时时间到达时，使能请求信 号发送单元；

请求信号发送单元：用于产生并发送请求信号；

应答信号接收单元：用于接收应答信号；

时间差及距离取得单元：用于测定最后一次请求信号及应答信号之间的时间差，并由所述时间差取得距离值；

距离信号形成单元：用于将上述距离值、本终端识别码以及接收到的应答信号中的基站识别码打包形成距离信号。

7.根据权利要求6所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述终端还包括：

应答信号判断单元：用于判断所述终端接收到的应答信号的目标地址是否是本终端的识别码。

8.根据权利要求7所述的测定隧道内人员位置的定位系统，其特征在于，所述服务器包括：

距离取得单元：用于取得各终端到一个或分别到多个基站距离；

位置确定及显示单元：用于依据所述距离取得单元取得的一个终端到一个或一个终端分别到多个基站的距离计算该终端在所述隧道内一维或二维位置并显示该位置。 

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