【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线定位，具体涉及一种井下人员定位方法、可读存储介质及电子设备。
技术介绍
1、强调要充分发挥ai智能识别、井下精确定位、物联网等新技术在矿山重大灾害风险识别、应急救援等工作中的优势作用，对井下人员定位系统在实时准确性、应急救援、数字化管理等方面提出了更高的要求。井下人员定位系统应该具备能够随时查询并显示指定对象的位置以及指定对象的历史行动轨迹。针对某一指定区域，可以查询任意时间内定位对象的数目以及具体的分布情况。当发生事故时，系统可以根据当前接收到的信息判定人员的大概位置，为救援提供依据。
2、目前，非煤矿业整体上已建立了区域井下人员定位系统，如基于wifi的人员定位，传统的wifi定位的原理是基于位置指纹匹配，需要在室内空间部署多个信号接入点(access point，ap)，来构建位置指纹库，并定期维护和更新指纹，在地下矿山的环境中并不适用，所以只能在井下进出入口、主巷道等关键部位按照wifi定位基站，等到人员携带唯一标识的定位卡靠近已标定位置的基站后，感应并识别定位卡，再显示人员所处的区域，存在定位精度低、盲区多、位置跳变大，改造成本大等难题，给矿山安全管理和应急救援工作带来阻碍，如何最大程度利用地下矿山现有设施，以最低成本实现井下区域全覆盖，减少定位误差，增强定位连续性，提高抗干扰能力是亟待解决的问题。
3、综上所述，急需一种能实现对井下人员的连续且高精度定位的定位方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
1、本实用型目的在于提
2、一种井下人员定位方法，包括以下步骤：
3、第一步、安装井下人员定位系统，该井下人员定位系统包括wifi通信子系统、人员定位识别卡以及融合定位子系统；所述wifi通信子系统包括部署在巷道内的wifi定位基站；人员定位标识卡设置在井下人员上，该人员定位标识卡内置mems惯性传感器芯片与wifi芯片，wifi芯片与wifi定位基站进行距离测量；mems惯性传感器芯片用于实时采集井下人员活动的数据；人员定位标识卡通过wifi定位基站与融合定位子系统信号连接；
4、记录位于巷道顶部的wifi定位基站的mac地址；
5、第二步、井下人员活动过程中通过wifi芯片测量井下人员与wifi定位基站的距离数据以及通过mems惯性传感器芯片测量井下人员的惯性传感器数据；
6、第三步、所述融合定位子系统实时解算第二步所得距离数据和惯性传感器数据，得到井下人员的位置。
7、优选的，所述第三步中融合定位子系统实时解算距离数据和惯性传感器数据具体是：利用拓展卡尔曼滤波算法将距离数据和惯性传感器数据进行融合，实现对pdr定位误差进行修正。
8、优选的，所述第三步中融合定位子系统实时解算距离数据和惯性传感器数据包括以下步骤：根据距离数据得到实时的wifi测距值；根据惯性传感器数据利用pdr算法输出的步长和航向对位置进行推算得到位置估计值；根据实时的wifi测距值和位置估计值进行ekf融合得到井下人员的位置。
9、优选的，利用pdr算法输出的步长和航向对位置进行推算时建立如下状态转移模型：
10、
11、其中：(xt,yt)表示第t步的位置估计值；(xt-1,yt-1)表示第t-1步的位置估计值；lt表示第t步估计的步长；αt为第t步估计的航向；f为系统方程的状态转换矩阵，wt是系统状态转移的噪声。
12、优选的，根据距离数据得到实时的wifi测距值具体包括以下步骤：
13、建立如下wifi-rtt测距模型：
14、drtt＝dt+db+οr；
15、其中：drtt是通过wifi-rtt测量得到的距离值，其中包含了wifi芯片的固有误差db和环境中的随机噪声οr，dt是wifi定位基站至人员定位识别卡之间的真实距离；
16、根据如下wifi-rssi测距模型：
17、rssi＝c-10mlog10(drssi)+rr；
18、其中：rssi为drssi时接收到wifi的信号强度值，drssi为wifi定位基站与人员定位识别卡之间的距离；c表示硬件常数；m表示路径损耗指数；rr表示rssi测量的为零均值以及标准偏差为σrssi的高斯随机噪声；
19、基于wifi-rtt测距模型得到wifi定位基站与人员定位识别卡之间的距离drssi的表达式如下：
20、
21、wifi-rtt与wifi-rssi进行加权融合得到在t步活动中wifi-rtt与rssi的测距值dtwifi如下式所示：
22、
23、其中：n为井下人员在t步活动中wifi测距的采集次数；为井下人员在t步活动中第i个wifi-rtt测距值的权重，为井下人员在t步活动中第i个wifi-rssi测距值的权重，λ表示超参数，rssit,i为井下人员在t步活动中第i个wifi信号强度rssi的测量值。
24、优选的，根据实时的wifi测距值和位置估计值进行ekf融合具体包括：
25、建立如下观测方程：
26、
27、其中，dtpdr-ap为井下人员在t步活动中pdr估计的坐标到wifi定位基站ap的坐标反算距离，(xap,yap,zap)表示wifi定位基站ap的三维坐标；z0为wifi定位基站ap部署在巷道的顶部时的垂直高度；vt为井下人员在t步活动中的观测噪声；
28、将上述观测方程线性化，得出如下观测方程相对于状态向量的雅可比矩阵ht：
29、
30、wifi与pdr的ekf融合方程如下：
31、
32、其中：xt＝[xt,yt]t，表示融合校正后系统的状态向量，即井下人员第t步的位置；为系统状态转移的状态向量；q为状态转移方程中均值为零、协方差为q的高斯白噪声；r为测量方程中均值为零、协方差为r的高斯白噪声；为第t步的先验误差协方差矩阵；ht为雅可比矩阵；k为卡尔曼增益；pt表示t步时后验状态的误差协方差矩阵；t为转置。
33、优选的，井下人员定位系统还包括与wifi通信子系统和融合定位子系统连接的数据管理子系统，该数据管理子系统用于显示和存储井下人员的位置。
34、优选的，所述数据管理子系统能管理和标识wifi定位基站的位置并能够构建井下实景模型；将融合定位子系统所得井下人员的位置在计算机/数字屏幕上显示出来，并且实时储存井下人员的人数、位置以及轨迹。
35、应用本专利技术的技术方案，效果如下：
36、1、本专利技术的井下人员定位方法包括安装井下人员定位系统并记录位于巷道顶部的wifi定位基站的mac地址、井下人员活动过程中通过wifi芯片测量井下人员与wifi定位基站的距离数据以及通过mems惯性传感器芯片测量井下人员的惯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种井下人员定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的井下人员定位方法，其特征在于，所述第三步中融合定位子系统(3)实时解算距离数据和惯性传感器数据具体是：利用拓展卡尔曼滤波算法将距离数据和惯性传感器数据进行融合，实现对PDR定位误差进行修正。
3.根据权利要求2所述的井下人员定位方法，其特征在于，所述第三步中融合定位子系统(3)实时解算距离数据和惯性传感器数据包括以下步骤：根据距离数据得到实时的WiFi测距值；根据惯性传感器数据利用PDR算法输出的步长和航向对位置进行推算得到位置估计值；根据实时的WiFi测距值和位置估计值进行EKF融合得到井下人员的位置。
4.根据权利要求3所述的井下人员定位方法，其特征在于，利用PDR算法输出的步长和航向对位置进行推算时建立如下状态转移模型：
5.根据权利要求4所述的井下人员定位方法，其特征在于，根据距离数据得到实时的WiFi测距值具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的井下人员定位方法，其特征在于，根据实时的WiFi测距值和位置估计值进行EKF融合具体包
7.根据权利要求1-6任意一项所述的井下人员定位方法，其特征在于，井下人员定位系统还包括与WiFi通信子系统(1)和融合定位子系统(3)连接的数据管理子系统(4)，该数据管理子系统(4)用于显示和存储井下人员的位置。
8.根据权利要求7所述的井下人员定位方法，其特征在于，所述数据管理子系统(4)能管理和标识WiFi定位基站的位置并能够构建井下实景模型；将融合定位子系统(3)所得井下人员的位置在计算机/数字屏幕上显示出来，并且实时储存井下人员的人数、位置以及轨迹。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的井下人员定位方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如权利要求1-8任一项所述的井下人员定位方法。
...【技术特征摘要】
1.一种井下人员定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的井下人员定位方法，其特征在于，所述第三步中融合定位子系统(3)实时解算距离数据和惯性传感器数据具体是：利用拓展卡尔曼滤波算法将距离数据和惯性传感器数据进行融合，实现对pdr定位误差进行修正。
3.根据权利要求2所述的井下人员定位方法，其特征在于，所述第三步中融合定位子系统(3)实时解算距离数据和惯性传感器数据包括以下步骤：根据距离数据得到实时的wifi测距值；根据惯性传感器数据利用pdr算法输出的步长和航向对位置进行推算得到位置估计值；根据实时的wifi测距值和位置估计值进行ekf融合得到井下人员的位置。
4.根据权利要求3所述的井下人员定位方法，其特征在于，利用pdr算法输出的步长和航向对位置进行推算时建立如下状态转移模型：
5.根据权利要求4所述的井下人员定位方法，其特征在于，根据距离数据得到实时的wifi测距值具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的井下人员定...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，杜年春，尹传忠，沈向前，马振宇，吴帮，谢翔，
申请(专利权)人：中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。