车辆定位系统及井下车辆定位的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆定位系统及井下车辆定位的方法，属于车俩定位领域，所述车辆定位系统，包括服务器、至少一个UWB锚点和能够与所述UWB锚点无线通信的车载定位器，其中：所述服务器用于设置在井上的监控中心，所述UWB锚点用于设置在井下，各UWB锚点之间串连，所述车载定位器用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点通过设置在井上的监控中心的交换机与所述服务器连接。与现有技术相比，本发明专利技术能够实现对井下车辆的高精度定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆定位领域，特别是指一种车辆定位系统及井下车辆定位的方法。
技术介绍
无轨胶轮车是通过以胶轮或履带为行走机构，采用防爆柴油机、蓄电池等为牵引动力的车辆，实现材料、设备及人员的运输。无轨胶轮车辅助运输区别于传统的轨道矿车、无极绳、小提升机接力运输等方式。无轨胶轮车无轨道限制，机动灵活、适应性强、安全高效、应用范围广，近年来得到了迅速的推广应用。无轨胶轮化运输大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率；简化了辅助运输环节，减少了事故点，提高了工效和安全性。当无轨胶轮车应用在井下作业时，由于井下巷道窄、视线受限，行车状况复杂，特别是在巷道存在一定坡度的情况下，行驶的车辆相互之间往往看不清对方，因而容易引起车辆在某区域内发生阻塞，导致车辆频繁倒车，造成运输效率低下、运输油料浪费、机械损耗等问题，严重的还将导致某些安全事故发生。因此，为保证车辆运行安全，提高效率，节能减排，需要对井下辅助运输车辆进行监测和调度控制，进行交通管制以保证运行畅通。目前，射频识别RFID定位系统，由于其成本低，技术成熟的特点，被广泛应用于在人员定位领域。但是，RFID定位系统只能实现区域定位，无法满足井下交通调度所需的精确定位要求，根据不确定的定位数据进行交通调度，只会带来更多的不确定性，在井下无轨胶轮车的定位中，现有技术的具体做法是，将人员定位系统中的人员标识卡改装成车卡使用，但这种做法难以满足车辆定位的需求。因为，目前所有的人员定位系统都是基于2.4GHz或者433Mhz的区域定位系统，定位精度是以分站信号覆盖范围
来计算的，如果分站信号覆盖范围是100米，定位精度就是100米；分站信号覆盖是50米，定位精度就是50米；如果两个分站信号范围发生了重叠，则位于重叠区域的标识卡会被两个分站收到，那么定位精度就在原有基础上增加了一倍，如图1所示。人员定位的特点是，重点关注人员出入井时间，在井下工作时间，井下人员数量以及人员的大致位置，在这种需求下，几十米甚至上百米的定位精度是完全可以满足要求的。而车辆定位的特点则与人员定位有很大的区别，对于车辆定位，重点是交通调度，要实现交通调度，必须要有精确的车辆位置信息，精度至少要达到米级。因此，对井下车辆实现高精度定位，成为了井下车辆运输作业中迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够实现井下车辆高精度定位的车辆定位系统及井下车辆定位的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一种车辆定位系统，包括服务器、至少一个UWB锚点和能够与所述UWB锚点无线通信的车载定位器，其中：所述服务器用于设置在井上的监控中心，所述UWB锚点用于设置在井下，各UWB锚点之间串连，所述车载定位器用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点通过设置在井上的监控中心的交换机与所述服务器连接。进一步的，每个UWB锚点均连接有两个朝向两侧背对背的定向天线。进一步的，每个UWB锚点的两个定向天线之间间隔距离大于1米。进一步的，所述交换机和与其相连的UWB锚点之间设置有光电接口。进一步的，所述UWB锚点采用防爆电源供电。上述的车辆定位系统进行的基于UWB技术的井下车辆定位的方法，包括：步骤1：车载定位器发起测距通信；步骤2：UWB锚点的两个定向天线接收车载定位器发送的测距信号，UWB锚点计算出测距信号的飞行时间；步骤3：UWB锚点将计算出的飞行时间和两个定向天线的信号接收信息上传给服务器，服务器计算出车载定位器与UWB锚点之间的精确距离并判断车载定位器位于UWB锚点的左边还是右边，实现对车载定位器的位置定位。进一步的，所述步骤2包括：UWB锚点和车载定位器之间采用双程测距方式进行测距。进一步的，所述步骤3包括：如果UWB锚点的两个定向天线中只有一个定向天线能够接收到测距信号，则服务器判定车载定位器位于UWB锚点的该能够接收到测距信号的定向天线的一侧；和/或，如果UWB锚点的两个定向天线都能够接收到测距信号，并且车载定位器与两个定向天线的距离差等于两个定向天线之间的距离，则服务器判定车载定位器位于距离较近的定向天线的一侧；和/或，如果UWB锚点的两个定向天线都能够接收到测距信号，并且车载定位器与两个定向天线的距离和等于两个定向天线之间的距离，则服务器判定车载定位器位于两个定向天线之间。进一步的，所述步骤3之后，包括：步骤4：重复执行步骤1-3，服务器获取对车载定位器两次测距的时间间隔，并根据车载定位器与UWB锚点之间的距离变化，计算出车载定位器的行驶速度。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，采用UWB技术的TOA方式实现对井下车辆的定位。安装在车辆上的车载定位器，一旦进入UWB锚点的信号覆盖范围，即可以跟UWB锚点进行测距通信。工作过程为：首先由定位器发起测距通信，向UWB锚点发送测距信号，UWB锚点接收到测距信号后，由UWB锚点计算出测距信号的飞行时间，并将计算出的飞行时间上传给监控中心的服
务器，运行在服务器上的监控软件将UWB锚点上传的信号飞行时间乘以信号速度(光速)，就能够计算得出车载定位器与UWB锚点之间的精确距离。由于煤矿巷道是一个狭长空间，可以近似为一条直线，同时，UWB锚点的具体位置在安装施工的时候已经测量，是已知的，那么计算出车载定位器和UWB锚点之间的相对距离，也就能够实现对车载定位器进行精确定位，从而实现对井下车辆的精确定位。与现有技术相比，本专利技术能够实现对井下车辆的高精度定位。附图说明图1为现有技术的车辆定位的效果示意图；图2为本专利技术的车辆定位系统的结构示意图；图3为本专利技术的车辆定位系统的测距原理示意图；图4为本专利技术的井下车辆定位的方法的流程示意图；图5为本专利技术的井下车辆定位的方法的双程测距方式的原理示意图；图6为本专利技术的井下车辆定位的方法的实施例一的原理示意图；图7为本专利技术的井下车辆定位的方法的实施例二的原理示意图；图8为本专利技术的井下车辆定位的方法的实施例三的原理示意图；图9为本专利技术的井下车辆定位的方法的一种改进的流程示意图；图10为本专利技术的车辆定位的效果示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。名词解释和作用：服务器：运行采集程序、数据库、算法引擎、客户端等系统软件。井下所有的数据都会上传到服务器上，有服务器运行的采集程序进行数据采集，数据库进行数据存储，算法引擎进行定位算法计算，客户端进行界面展示。UWB锚点：根据定位需求，在井下巷道中安装UWB锚点，UWB锚点和所有在其信号范围内的定位器进行通信和测距，并把相应的结果上传到监控中心的服务器上。车载定位器：车载定位器安装在车辆上，当车辆进入UWB锚点信号范围内时，车载定位器和UWB锚点进行通信及测距，完成定位。每个车载定位器都有唯一的ID号，所以可以和特定的车辆绑定，通过车载定位器的ID号就可以识别具体是哪一辆车。交换机：完成系统搭建。防爆电源：为定位分站供电。UWB：Ultra Wideband的缩写，即超宽带通信。TOA：Time Of Arrival，信号到达时间；TWO WAY RANGING(TWR)：双程测距，测两次飞行时间求平均值作为飞行时间。一方面，本专利技术提供一种车辆定位系统，如图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆定位系统，其特征在于，包括服务器、至少一个UWB锚点和能够与所述UWB锚点无线通信的车载定位器，其中：所述服务器用于设置在井上的监控中心，所述UWB锚点用于设置在井下，各UWB锚点之间串连，所述车载定位器用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点通过设置在井上的监控中心的交换机与所述服务器连接。

【技术特征摘要】
1.一种车辆定位系统，其特征在于，包括服务器、至少一个UWB锚点和能够与所述UWB锚点无线通信的车载定位器，其中：所述服务器用于设置在井上的监控中心，所述UWB锚点用于设置在井下，各UWB锚点之间串连，所述车载定位器用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点通过设置在井上的监控中心的交换机与所述服务器连接。2.根据权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于，每个UWB锚点均连接有两个朝向两侧背对背的定向天线。3.根据权利要求2所述的井下车辆定位系统，其特征在于，每个UWB锚点的两个定向天线之间间隔距离大于1米。4.根据权利要求1-3中任一所述的井下车辆定位系统，其特征在于，所述交换机和与其相连的UWB锚点之间设置有光电接口。5.根据权利要求4所述的井下车辆定位系统，其特征在于，所述UWB锚点采用防爆电源供电。6.权利要求2-5中任一所述的车辆定位系统进行的基于UWB技术的井下车辆定位的方法，其特征在于，包括：步骤1：车载定位器发起测距通信；步骤2：UWB锚点的两个定向天线接收车载定位器发送的测距信号，UWB锚点计算出测距信号的飞行时间；步骤3：UWB锚点将计算出的飞行时间和两个定向天线的信号接收信息上传给服务器，服务器计...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善辉，
申请(专利权)人：北京永安信通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11