矿井精确定位方法及系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种矿井精确定位方法及系统，所述定位方法包括：设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的用来定位的标示卡；通过测量定位基站发出的信号飞行到标示卡的时间来计算出距离数据，或测量标示卡发出的信号飞行到定位基站的时间来计算出距离数据；并且根据定位基站在煤矿井下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的无线天线，通过获取定位基站和定位卡之间通信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定位基站的方位信息，从而得到标示卡的精确位置，实现精确定位。本发明专利技术可在不需要部署定位辅助基站的情况下即可实现矿井精确定位的方法，降低了成本，大大简化了工程安装和部署难度，且无需定位基站与标示卡时间同步。

【技术实现步骤摘要】
矿井精确定位方法及系统
本专利技术属于位置定位
，涉及一种定位系统，尤其涉及一种矿井精确定位 方法；同时，本专利技术还涉及一种矿井精确定位系统。
技术介绍
矿井开采作为安全事故频发的重工业，对安全监督管理系统的要求很高。矿井人 员的位置监测在矿井生产管理、安全决策、抢险救灾等方面具有举足轻重的作用。目前国内 投入使用的矿井位置监测系统一般仅支持对井下人员与设备所处区域范围的查询与统计， 区域定位覆盖半径为15?300m不等。由于无法提供准确实时的位置信息，一旦矿井发生 紧急事故灾害，现有区域定位系统将无法为抢险救援提供有效的信息支持。而井下高精度 定位系统提供的信息将在判定遇险人员位置、拟定抢险线路、保证救灾安全等方面发挥关 键作用，最大限度地挽回人员生命安全和国家财产损失。 专利技术专利说明书CN102625238A中公开了一种矿井精确定位方法，通过配套部署 定位主基站和辅助基站，并测量定位主基站和辅助基站与定位卡之间的距离；根据定位主 基站与定位卡之间的距离以及定位辅助基站与定位卡之间的距离判断定位卡的方向，对定 位卡的位置进行精确定位。 上述方案的突出问题就是要同时部署定位主用基站和辅助基站才能够对定位卡 的位置进行精确定位，不仅仅增加了系统的成本，并且给工程施工、布线和系统的维护增 加了难度。同时，对于煤矿井下存在的三叉巷道、多叉巷道，辅助定位基站就无法判断定 位卡的方向。另外上述方案是通过测量定位基站到定位卡之间无线信号的传播延迟时间 tl (TOF，Time Of Flight)，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tl 乘以电磁波在空气中传播的速度c即可得出定位基站与定位卡之间的距离，这就需要定位 基站和标示卡之间需要极其严格的时间同步，严格时间同步需要增加昂贵的电子部件才可 以做到，极大的增加了成本。 有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的定位方法，以便克服现有定位方式的上述 缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种矿井精确定位方法，可在不需要部署定 位辅助基站的情况下即可实现矿井精确定位的方法，降低了成本，大大简化了工程安装和 部署难度，且无需定位基站与标示卡时间同步。 此外，本专利技术还提供一种矿井精确定位系统，可在不需要部署定位辅助基站的情 况下即可实现矿井精确定位的方法，降低了成本，大大简化了工程安装和部署难度，且无需 定位基站与标示卡时间同步。 针对以上问题，本专利技术提出了一种基于T0F(无线信号飞行时间）和智能天线相结 合的技术，在不需要部署定位辅助基站即可实现矿井精确定位的方法，其包括下列步骤：设 置若干定位基站和若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的定位卡，通过测量定位基 站发出的信号飞行到标示卡的时间（或者测量标示卡发出的信号飞行到定位基站的时间） 来计算出距离数据；并且根据定位基站在煤矿井下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装 定向的无线天线，通过获取定位基站和定位卡之间通信使用的天线信息，计算出定位卡相 对于定位基站的方位信息，结合上述的通过信号飞行时间测量的距离信息，从而得到标示 卡的精确位置，实现精确定位。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案： 一种矿井精确定位方法，所述定位方法包括： 设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的用来定位的 标示卡；通过测量定位基站发出的信号飞行到标示卡的时间来计算出距离数据，或者测量 标示卡发出的信号飞行到定位基站的时间来计算出距离数据；并且根据定位基站在煤矿井 下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的无线天线，通过获取定位基站和定位卡之 间通信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定位基站的方位信息，结合上述的通过信号 飞行时间测量的距离信息，从而得到标示卡的精确位置，实现精确定位； 所述定位基站主要包括：智能天线控制模块、第一无线射频模块、第一 CPU、第一 定时器模块、第一天线，根据基站实际布放位置选择安装不同的天线数目，第一 CPU分别连 接智能天线控制模块、第一无线射频模块、定时器模块、第一天线；定位的标示卡主要包括： 第二无线射频模块、第二CPU、第二定时器模块、第二天线，第二CPU分别连接第二无线射频 模块、第二定时器模块、第二天线； 所述方法具体包括： 步骤S1、定位交互步骤；包括： -步骤S11、发送者发送定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确 时间为T1 ;发送者为标示卡或定位基站； -步骤S12、接收者接收到定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精 确时间为T2 ; -步骤S13、接收者发送定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确 时间为T3 ; -步骤S14、发送者者接收到定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的 精确时间为T4 ; -步骤S2、精确定位步骤；通过式1、式2计算飞行时间tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2_Τ1))/2 ; tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1)) /2 ; 其中，offset变量表示发送者和接收者的时钟偏移，tof变量表示计算出来的飞 行时间： 步骤S3、通过上述等式计算出飞行时间tof之后，再乘以无线信号的传输速度就 得到标示卡和定位基站之间的距离； 步骤S4、根据定位基站在煤矿井下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的 无线天线，通过获取定位基站和定位卡之间通信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定 位基站的方位信息，结合上述的通过信号飞行时间测量的距离信息，从而得到标示卡的精 确位置，实现精确定位； 步骤S5、分别计算标示卡与多个定位基站的距离，通过标示卡与多个定位基站的 距离，对标示卡进行精确定位。 -种矿井精确定位方法，所述定位方法包括： 设置若干定位基站，以及若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的用来定位 的标示卡；通过测量定位基站发出的信号飞行到标示卡的时间来计算出距离数据，或者测 量标示卡发出的信号飞行到定位基站的时间来计算出距离数据； 所述方法具体包括： 步骤S1、定位交互步骤；包括： -步骤S11、发送者发送定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确 时间为T1 ;发送者为标示卡或定位基站； -步骤S12、接收者接收到定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精 确时间为T2 ; -步骤S13、接收者发送定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确 时间为T3 ; -步骤S14、发送者者接收到定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的 精确时间为T4 ; 步骤S2、飞行时间获取步骤；通过式1、式2计算飞行时间tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2_Τ1))/2 ; tof = ((Τ4-Τ3)+(Τ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井精确定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的用来定位的标示卡；通过测量定位基站发出的信号飞行到标示卡的时间来计算出距离数据，或者测量标示卡发出的信号飞行到定位基站的时间来计算出距离数据；并且根据定位基站在煤矿井下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的无线天线，通过获取定位基站和定位卡之间通信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定位基站的方位信息，结合上述的通过信号飞行时间测量的距离信息，从而得到标示卡的精确位置，实现精确定位；所述定位基站主要包括：智能天线控制模块、第一无线射频模块、第一CPU、第一定时器模块、第一天线，根据基站实际布放位置选择安装不同的天线数目，第一CPU分别连接智能天线控制模块、第一无线射频模块、定时器模块、第一天线；定位的标示卡主要包括：第二无线射频模块、第二CPU、第二定时器模块、第二天线，第二CPU分别连接第二无线射频模块、第二定时器模块、第二天线；所述方法具体包括：步骤S1、定位交互步骤；包括：‑步骤S11、发送者发送定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时间为T1；发送者为标示卡或定位基站；‑步骤S12、接收者接收到定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时间为T2；‑步骤S13、接收者发送定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时间为T3；‑步骤S14、发送者者接收到定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时间为T4；‑步骤S2、精确定位步骤；通过式1、式2计算飞行时间tof：T2‑T1＝tof–offset；    式1T4‑T3＝tof+offset；    式2得到：offset＝((T4‑T3)‑(T2‑T1))/2；tof＝((T4‑T3)+(T2‑T1))/2；其中，offset变量表示发送者和接收者的时钟偏移，tof变量表示计算出来的飞行时间：步骤S3、通过上述等式计算出飞行时间tof之后，再乘以无线信号的传输速度就得到标示卡和定位基站之间的距离；步骤S4、根据定位基站在煤矿井下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的无线天线，通过获取定位基站和定位卡之间通信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定位基站的方位信息，结合上述的通过信号飞行时间测量的距离信息，从而得到标示卡的精确位置，实现精确定位；步骤S5、分别计算标示卡与多个定位基站的距离，通过标示卡与多个定位基站的距离，对标示卡进行精确定位。...

【技术特征摘要】
1. 一种矿井精确定位方法，其特征在于，所述定位方法包括： 设置若干定位基站和若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的用来定位的标示 卡；通过测量定位基站发出的信号飞行到标示卡的时间来计算出距离数据，或者测量标示 卡发出的信号飞行到定位基站的时间来计算出距离数据；并且根据定位基站在煤矿井下所 处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的无线天线，通过获取定位基站和定位卡之间通 信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定位基站的方位信息，结合上述的通过信号飞行 时间测量的距离信息，从而得到标示卡的精确位置，实现精确定位； 所述定位基站主要包括：智能天线控制模块、第一无线射频模块、第一 CPU、第一定时 器模块、第一天线，根据基站实际布放位置选择安装不同的天线数目，第一 CPU分别连接智 能天线控制模块、第一无线射频模块、定时器模块、第一天线；定位的标示卡主要包括：第 二无线射频模块、第二CPU、第二定时器模块、第二天线，第二CPU分别连接第二无线射频模 块、第二定时器模块、第二天线； 所述方法具体包括： 步骤S1、定位交互步骤；包括： -步骤S11、发送者发送定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时间 为T1 ;发送者为标示卡或定位基站； -步骤S12、接收者接收到定位请求报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时 间为T2 ; -步骤S13、接收者发送定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确时间 为T3 ; -步骤S14、发送者者接收到定位应答报文，并且使用高精度定时器记录该时刻的精确 时间为T4 ; -步骤S2、精确定位步骤；通过式1、式2计算飞行时间tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ; tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1))/2 ； 其中，offset变量表示发送者和接收者的时钟偏移，tof变量表示计算出来的飞行时 间： 步骤S3、通过上述等式计算出飞行时间tof之后，再乘以无线信号的传输速度就得到 标示卡和定位基站之间的距离； 步骤S4、根据定位基站在煤矿井下所处的巷道位置，在各个巷道方向安装定向的无线 天线，通过获取定位基站和定位卡之间通信使用的天线信息，计算出定位卡相对于定位基 站的方位信息，结合上述的通过信号飞行时间测量的距离信息，从而得到标示卡的精确位 置，实现精确定位； 步骤S5、分别计算标示卡与多个定位基站的距离，通过标示卡与多个定位基站的距离， 对标示卡进行精确定位。2. -种矿井精确定位方法，其特征在于，所述定位方法包括： 设置若干定位基站，以及若干与所述定位基站采用无线技术进行通信的用来定位的标 示卡；通过测量定位基站发出的信号飞行到标示卡的时间来计算出距离数据，或者测量标 示卡发出的信号飞行到定位基站的时间来计算出距离数据； 所述方法具体包括： 步骤S1、定位交互步骤；包括： -步骤S11、发送者发送定位请求报文，并且使用定时器记录该时刻的精确时间为T1 ; 发送者为标示卡或定位基站； -步骤S12、接收者接收到定位请求报文，并且使用定时器记录该时刻的精确时间为 T2 ； -步骤S13、接收者发送定位应答报文，并且使用定时器记录该时刻的精确时间为T3 ; -步骤S14、发送者者接收到定位应答报文，并且使用定时器记录该时刻的精确时间为 T4 ； 步骤S2、飞行时间获取步骤；通过式1、式2计算飞行时间tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾照恒，
申请(专利权)人：引通通讯科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31