【技术实现步骤摘要】
本申请涉及矿山安全，尤其是涉及一种基于无线通讯的矿山人员定位方法及系统。
技术介绍
1、煤矿生产作业中需要对煤矿井下人员进行精确位置定位，常采用uwb技术对井下人员进行位置定位。现有的基于uwb技术的煤矿井下人员定位技术多依靠信号发射基站与井下人员定位器之间进行通信信号的可靠性连接，以实现煤矿井下人员位置精确定位，然而煤矿井通道结构在受到地质作用以及开采作业影响后，容易使得煤矿井通道数量和地形结构进行动态变化，同时由于煤矿井通道纵横交错，通道交口和通道拐口容易使得无线电波传播受到阻挡，而且无线电波在通道传播过程容易受到障碍物阻挡形成绕射、散射、绕射和散射叠加、同频干扰、邻频干扰、互调干扰等，对可靠精确地获取煤矿井下人员定位造成干扰。
2、申请公开号为cn117098142b的中国专利技术专利，提供了一种基于uwb技术的煤矿井下人员定位方法及系统，通过对煤矿井通道特征数据进行实时采集比对识别出煤矿井通道地形变化特征数据，利用煤矿井通道地形变化特征数据生成煤矿井通道地形三维空间数字模型，分析煤矿井通道地形特征，动态安装uwb信号基站分布设置，根据地形特征变化及时、准确更新uwb信号基站设置，保证井下人员定位的可行性。
3、在上述的技术方案中，为克服煤矿井通道数量和地形结构动态变化的影响，获取煤矿井通道地形变化特征，动态设置uwb信号基站的安装位置，但是在持续变动的环境下频繁的重新布置基站非常麻烦，而且难以做到实时响应，还可能导致定位系统在短期内失效，影响煤矿井下人员的安全，而且即使uwb信号基站能够根据矿井通
技术实现思路
1、为了解决煤矿井通道数量和地形结构动态变化对无线电波在通道传播过程中的影响，实现提高井下人员位置精确定位的目的，本申请提供了一种基于无线通讯的矿山人员定位方法及系统。
2、第一方面，本申请提供了一种基于无线通讯的矿山人员定位方法，采用如下的技术方案：
3、一种基于无线通讯的矿山人员定位方法，所述方法包括：
4、数据采集：包括采集实时数据和采集历史数据；
5、采集实时数据：采集煤矿井的实时数据；煤矿井的实时数据包括煤矿井通道的数量、煤矿井通道的几何形状、煤矿井通道的位置信息和煤矿井通道的环境数据；
6、采集历史数据：采集煤矿井的历史数据；煤矿井的历史数据包括历史煤矿井通道数据、历史煤矿井通道的几何形状、历史煤矿井通道的位置信息、历史煤矿井通道的分布情况以及历史煤矿井通道的环境数据；
7、模型构建：构建煤矿井结构预测模型；
8、预测结构：将实时数据作为煤矿井结构预测模型的输入，得到煤矿井通道预测数量和地形预测结构；
9、定义基站位置与数量：包括定义优化问题、定义约束条件和算法优化；
10、定义优化问题：以最大化uwb基站的定位精度为目标，构建目标函数；
11、定义约束条件：以基站数量、基站位置、信号覆盖范围、环境因素和定位精度要求作为目标函数的约束条件；
12、算法优化：根据目标函数以及约束条件，采用蚁群优化方法进行优化，得到uwb基站的数量以及对应的安装位置；
13、安装uwb基站：根据得到的uwb基站的数量和对应的安装位置，安装uwb基站；
14、设置基站参数：设置uwb基站的发射功率和频率；
15、人员定位：触发井下人员的uwb定位设备，uwb基站接收uwb定位设备发送的定位信号，进行人员定位，得到人员位置坐标；
16、定位显示：根据煤矿井通道预测数量和地形预测结构构建煤矿井下地图，将人员位置坐标与煤矿井下地图进行匹配，得到井下人员坐标图并通过显示装置进行显示。
17、通过采用上述技术方案，对煤矿井下通道的数量和地形结构进行预测，通过定义优化问题、合理设置约束条件和采用蚁群优化算法，设置uwb基站的最佳安装位置和数量，使其更加适应煤矿井环境的动态变化，能够有效应对煤矿井通道数量、地形变化及环境因素变化对信号传播造成的影响，确保基站布局能够覆盖煤矿井的关键区域，减少由于障碍物或通道数量变化导致的信号丢失或干扰的现象，有助于提高uwb基站定位精度和可靠性，实现煤矿井下人员定位的准确性和实时性。此外，通过对uwb基站的发射功率和频率的调整，保证煤矿井下信号的稳定传输，也有助于提高定位精度和可靠性。
18、可选地，在执行模型构建的步骤之后，在执行预测结构的步骤之前，还包括：
19、构建样本训练集：利用历史数据构建样本训练集；
20、模型训练：将样本训练集作为煤矿井结构预测模型的输入，进行模型推理，定义结构预测损失函数，通过最小化损失函数，优化煤矿井结构预测模型，得到优化后的煤矿井结构预测模型，作为新的煤矿井结构预测模型。
21、通过采用上述技术方案，构建样本训练集，训练煤矿井结构预测模型并优化该模型，能够实现煤矿井下地形和结构的动态预测。同时基于预测结果设置uwb基站的安装位置和数量，可以有效应对煤矿井下环境变化对无线电波传播和人员定位的影响，有助于优化无线电波的传播路径，减少信号干扰，提高信号覆盖范围，从而提高了井下人员位置的定位精度与可靠性。
22、可选地，在执行定义约束条件的步骤之后，在执行算法优化的步骤之前，还包括：
23、基站数量约束条件划分：将基站数量约束条件划分为固定基站数量约束条件和移动基站数量约束条件；
24、基站位置约束条件划分：将基站位置约束条件划分为固定基站位置约束条件和移动基站位置约束条件。
25、通过采用上述技术方案，将基站数量和位置的约束条件划分为固定和移动两类，可以根据煤矿井的实际环境变化，灵活地调整移动基站的数量和位置，确保优化算法在不同的约束条件下都能找到最优的基站部署方案。此划分方法有助于提高uwb信号的覆盖率，减少由于绕射、散射、干扰等因素造成的信号失真情况，从而显著提高井下人员定位的精度和鲁棒性。
26、可选地，在执行安装uwb基站的步骤之后，在执行设置基站参数的步骤之前，还包括：
27、信号强度设置：将向uwb基站发送信号的设备记作目标设备，设置目标设备发送信号的强度，记作目标信号强度；
28、模式选择：选择路径损耗模型，将与当前uwb基站的安装位置直线距离最小的其它uwb基站的安装位置作为目标设备的位置，利用路径损耗模型计算当前uwb基站与目标设备之间的路径损耗功率，将计算结果作为当前uwb基站的目标路径损耗功率；
29、计算发射功率：利用发射功率计算公式，计算当前uwb基站的发射功率；
30、所述发射功率计算公式为：
31、；
32、其中，表示当前uwb基站的发射功率，表示目标设备的信号强度，表示当前u本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行模型构建的步骤之后，在执行预测结构的步骤之前，还包括：
3.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行定义约束条件的步骤之后，在执行算法优化的步骤之前，还包括：
4.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行安装UWB基站的步骤之后，在执行设置基站参数的步骤之前，还包括：
5.根据权利要求4所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行频率设置的步骤之后，在执行设置基站参数的步骤之前，还包括：
6.根据权利要求5所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行第一功率判别的步骤之后，在执行第二功率判别的步骤之前，还包括：
7.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行人员定位的步骤之后，在执行定位显示的步骤之前，还包括：
8.一种基于无线通讯的矿山人员定位系
...【技术特征摘要】
1.一种基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行模型构建的步骤之后，在执行预测结构的步骤之前，还包括：
3.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行定义约束条件的步骤之后，在执行算法优化的步骤之前，还包括：
4.根据权利要求1所述的基于无线通讯的矿山人员定位方法，其特征在于，在执行安装uwb基站的步骤之后，在执行设置基站参数的步骤之前，还包括：
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：司延平，骆魁，张玉振，
申请(专利权)人：山东新云鹏电气有限公司，
类型：发明
国别省市：
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