【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井安全预警领域，具体是基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统。
技术介绍
1、在煤矿掘进作业中，由于恶劣的工作环境和高风险的作业条件，工作面人员常常面临着接近危险区域的风险。传统的安全监测系统对于工作面人员的位置监测并不够精确，不能有效地预警工作人员与危险区域的距离。而基于uwb技术的精确定位系统可以实现对工作面人员位置的高精度监测，结合预警系统可以及时发出警报，避免潜在的安全事故发生。基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统是一种利用超宽带u l tra-wideband,即uwb技术对煤矿掘进工作面人员进行精确定位，并通过监测他们与危险区域的距离，实时发出预警信号以确保人员安全的系统。
2、现有的工作面人员接近预警系统，有的通过无线通信进行信号传输，但井下环境复杂，无线通信信号不稳定，而通过有线通信进行数据传输，需要铺设额外的通信线路，难以安全便捷的实现井下工作面人员接近数据的传输，同时，难以考虑到井下的多元因素，及时识别危险区域的潜在的接近风险。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本专利技术提出了基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，用于解决难以安全便捷的实现井下工作面人员接近数据的传输，同时，难以考虑到井下的多元因素，及时识别危险区域的潜在的接近风险的技术问题。
2、为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，包括：
3、井下通信模块：用于在巷道中与井上服务器建立通信连接，通过电力载波通信模块发送控制信号，并通过电力载波通信模块获取uwb定位模块的信号；
4、电力载波通信模块：通过将接收的信号转化为数字化数据信号，并通过电力载波的形式耦合到电力线路中，以电力载波的形式进行传输，并将传输后的载波信号进行解调后输出；
5、uwb定位模块：用于在工作面中检测uwb标签发出的短脉冲信号，并计算飞行时间，将飞行时间数据发送到电力载波通信模块，通过电力载波通信模块将信号传输到井下通信模块，所述uwb定位模块设置于工作面的危险区域；
6、uwb标签：工作人员的工作服中设置uwb标签，所述uwb标签发出短脉冲信号到井下通信模块；
7、接近分析模块：用于通过接收井下通信模块的飞行时间数据，以及监控数据，进行危险区域接近风险分析，并根据接近风险分析的结果发出预警控制信号发送到电力载波通信模块；
8、接近预警模块：用于对每个工作面工作区域提供照明和监控，并电力载波通信模块接收井下通信模块的控制信号，进行接近预警。
9、作为本专利技术进一步的方案：井下通信模块，包括：
10、主巷道通信单元：所述主巷道通信单元与各个信号中继模块建立通信连接，通过设置在主巷道中的所述主巷道通信单元建立与井上服务器的通信连接，其中，所述主巷道通信单元设置于主巷道与各个工作面连接的分巷道的交口处；
11、信号中继单元：用于通过rs-485通讯连接到主巷道通信单元，接收主巷道通信单元的控制信号发送至电力载波通信模块，并通过电力载波通信模块获取uwb定位模块的信号；其中，所述信号中继单元设置于分巷道中。
12、作为本专利技术进一步的方案：所述电力载波通信模块，包括：
13、数据编码和调制单元：将接收的信号进行曼彻斯特编码方式进行编码，将原始信号转换为在电力线路上表示的数字化数据信号；
14、电力载波通信单元：将编码后的数字化数据信号通过fsk频移键控调制方法转换为载波信号，通过耦合器，将载波信号耦合到电力线路中；
15、信号解调单元：通过电力线载波接收器，接收从电力线路传输过来的载波信号，根据电力载波通信单元的调制方法，将接收的载波信号进行解调；根据数据编码和调制单元对信号进行编码的方式，将解调后得到的信号进行解码，将其转换回最初编码的数字格式后输出。
16、作为本专利技术进一步的方案：所述接近分析模块通过接收井下通信模块的飞行时间数据，以及监控数据，进行危险区域接近风险分析，包括以下步骤：
17、通过井下通信模块，获取检测到uwb标签发出短脉冲信号的飞行时间数据，根据飞行时间数据，通过tof飞行时间算法，计算uwb标签距离危险区域中uwb定位模块的距离；
18、根据uwb标签距离危险区域中uwb定位模块的距离，判断uwb标签是否进入危险区域；
19、若uwb标签进入危险区域，发出接近预警控制信号；
20、若uwb标签未进入危险区域，设置检测时间段，根据检测时间段中uwb标签距离危险区域中uwb定位模块的距离数据，计算uwb标签的移动速度和加速度；
21、获取接近预警模块的监控数据，根据uwb标签的移动速度和加速度，以及监控数据，进行危险区域接近风险分析。
22、作为本专利技术进一步的方案：根据检测时间段中uwb标签距离危险区域中uwb定位模块的距离数据，计算uwb标签的移动速度和加速度，包括以下步骤：
23、将检测时间段均分为五个时间区间，分别获取每个时间区间的两个时间端点对应的uwb标签距离危险区域中uwb定位模块的距离数据，通过以下公式计算每个时间区间的平均速度：
24、
25、其中，vi为第i个时间区间的平均速度，d1为第i个时间区间的，初始时间端点的对应的uwb标签距离uwb定位模块的距离数据，d2为第i个时间区间的，末尾时间端点的对应的uwb标签距离uwb定位模块的距离数据，t为时间区间的时长，i∈(1,2,…,5)；
26、根据每个时间区间的平均速度，通过以下公式计算相邻时间区间的平均加速度：
27、
28、其中，a为相邻时间区间的平均加速度，vi+1为第i+1个时间区间的平均速度，vi为第i个时间区间的平均速度，i取值为5时，不再计算相邻时间区间的平均加速度；
29、根据计算得到的相邻时间区间的平均加速度，判断相邻时间区间的平均加速度是否存在负值，若存在，则uwb标签的移动加速度判定为零，以检测时间段的最后一个时间区间的平均速度作为uwb标签的移动速度；
30、否则，根据相邻时间区间的平均加速度，评估平均加速度的波动程度；
31、若平均加速度的波动程度的评估值大于预设阈值，则将检测时间段的最后一个时间区间的平均加速度作为uwb标签的移动加速度，以检测时间段的最后一个时间区间的平均速度作为uwb标签的移动速度；
32、若平均加速度的波动程度的评估值小于预设阈值，则计算各相邻时间区间的平均加速度的平均值，以平均值作为uwb标签的移动加速度，以检测时间段的最后一个时间区间的平均速度作为uwb标签的移动速度。
33、作为本专利技术进一步的方案：根据相邻时间区间的平均加速度，评估平均加速度的波动程度，通过以下公式进行：
34、
35、其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，所述井下通信模块，包括：
3.根据权利要求1所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，所述电力载波通信模块，包括：
4.根据权利要求1所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，所述接近分析模块通过接收井下通信模块的飞行时间数据，以及监控数据，进行危险区域接近风险分析，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，根据检测时间段中UWB标签距离危险区域中UWB定位模块的距离数据，计算UWB标签的移动速度和加速度，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，根据相邻时间区间的平均加速度，评估平均加速度的波动程度，通过以下公式进行：
7.根据权利要求5所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接
8.根据权利要求7所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，获取接近预警模块的监控数据，计算监控数据中的图像帧中烟尘面积，包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，根据监控数据中的图像帧中烟尘面积，评估烟尘干扰性，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于UWB精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，根据UWB标签的移动速度和加速度，以及计算得到的烟尘干扰性评估值，进行危险区域接近风险分析，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，所述井下通信模块，包括：
3.根据权利要求1所述的基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，所述电力载波通信模块，包括：
4.根据权利要求1所述的基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，所述接近分析模块通过接收井下通信模块的飞行时间数据，以及监控数据，进行危险区域接近风险分析，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于，根据检测时间段中uwb标签距离危险区域中uwb定位模块的距离数据，计算uwb标签的移动速度和加速度，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于uwb精确定位煤矿掘进工作面人员接近预警系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李齐星，王捷，郝远航，孙节，马小红，
申请(专利权)人：宇祺智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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