地下矿区人员定位系统及方法技术方案

一种地下矿区人员定位系统，包括多个定位信号发射接收模块，每一该模块包括：包含一矿灯的发射单元，用于发射具有调制信号的光波，每一个具有调制信号的光波彼此调制信号不同；一接收单元，用于接收用户终端的位置信息，并将该信息传输至中央控制模块；用户终端，由若干用户手持或穿戴，每一个用户终端包括：一移动接收单元，用于接收具有调制信号的光波，并分析得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；一微惯导单元，用于接收矿灯的位置信息，并以此为基点得到用户终端的位置信息。本发明专利技术提出的地下矿区人员定位系统的精度能达到10cm左右，并具有实时通信、最大化无盲区等优点；不仅便于紧急时刻的救援，同时可使地下人员的紧急避险和安全作业。

【技术实现步骤摘要】
地下矿区人员定位系统及方法
本专利技术属于可见光通信
，更具体地涉及一种地下矿区人员定位系统及方法。
技术介绍
随着社会对煤矿安全生产工作的重视程度日益提高，煤矿井下人员定位管理以及通信系统成为保证煤矿工作环境安全性的关键，其所涉及的主要方面体现在煤矿安全生产、紧急避险和应急救援等。因此研制一种安全节能、稳定可靠的通信以及定位系统十分必要，其在煤矿安全信息化建设中逐渐体现出了举足轻重的作用。现常用于矿井环境下人员定位的技术主要包括有射频识别技术(RFID)、超宽带技术(UWB)、无线局域网技术(WLAN)。其中RFID和UWB都是通过射频技术实现井下人员跟踪或定位的，是矿井下较常用的技术。RFID最高精度可达到2～3，但其存在稳定性差、数据传输安全性低、可传输距离短的缺点；UWB的最高精度可达到半米，但是其复杂程度高、成本高；WLAN的最高精度可达到1～2，但其复杂程度较高。以上三种技术的最大缺点是需要在矿井下重新布局通信线路，整体成本偏高，实现起来复杂。
技术实现思路
基于以上技术问题，本专利技术的主要目的在于提出一种地下矿区人员定位系统及方法，用于解决以上技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提出一种地下矿区人员定位系统，包括用户终端、中央控制模块和多个定位信号发射接收模块，其中：多个定位信号发射接收模块，位于地下矿区的不同位置，每一个定位信号发射接收模块包括：一发射单元，包括一矿灯，用于发射具有调制信号的光波，每一个具有调制信号的光波彼此的调制信号不同；一接收单元，用于接收用户终端的位置信息，并将该用户终端的位置信息传输至中央控制模块；用户终端，由若干用户手持或穿戴，每一个用户终端包括：一移动接收单元，用于接收具有调制信号的光波，并分析得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；一微惯导单元，用于接收矿灯的位置信息，并以此矿灯的位置信息为基点得到用户终端的位置信息。进一步地，上述接收单元包括：第一ZigBee接收单元，用于接收用户终端的位置信息并传输至第二放大电路；第二放大电路，用于对用户终端的位置信息进行信号放大，并将放大后的用户终端的位置信息传输至第二处理器；第二处理器，用于对信号放大后的用户终端的位置信息进行去噪处理。进一步地，上述移动接收单元包括：第一处理器，用于接收具有调制信号的光波，并将该光波转换成电信号传输至第一放大电路，还用于接收并分析放大后的电信号，得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；第一放大电路，用于放大具有调制信号的光波转换成的电信号，并将放大后的电信号反馈至第一处理器。进一步地，上述第一处理器包括：可见光探测器，用于接收具有调制信号的光波，并将该光波转换成电信号传输至第一放大电路；信号处理单元，用于接收并分析放大后的电信号，得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息。进一步地，上述微惯导单元包括：一惯导定位单元，用于以矿灯的位置信息为基点，根据地下矿区人员的步行速度和加速度得到用户终端的位置信息；一第一ZigBee发射单元，用于发射用户终端的位置信息至第一ZigBee接收单元。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术还提出一种地下矿区人员定位系统，包括上述的定位系统，其中，中央控制模块，缓存有一地图，还用于将用户终端的位置信息显示在地图上，并将显示用户终端位置信息的地图传输至定位信号发射接收模块中的发射单元，发射至观测单元；用户终端，还包括一观测单元，用于实时显示地下矿区人员在地图中的位置。进一步地，上述定位信号发射接收模块的发射单元，还包括一第二ZigBee发射单元，用于发射显示用户终端位置信息的地图至观测单元。进一步地，上述观测单元包括：一第二ZigBee接收单元，用于接收显示用户终端位置信息的地图，并将该地图传输至显示屏；一显示屏，用于实时呈现显示用户终端位置信息的地图，以实时显示地下矿区人员在地图中的位置。进一步地，上述每一个用户终端的微惯导单元具有一标识信息，不同微惯导单元的标识信息不同；定位信号发射接收模块的接收单元不仅接收用户终端的位置信息，还接收微惯导单元的标识信息；中央控制模块根据用户终端的位置信息和标识信息得到与每个用户终端相匹配的显示用户终端位置信息的地图；定位信号发射接收模块的发射单元根据标识信息，将与每个用户终端相匹配的显示用户终端位置信息的地图发射至匹配的每个用户终端。为了实现上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术提出一种地下矿区人员定位方法，包括以下步骤：步骤1、用户终端中的移动接收单元接收由定位信号发射接收模块中的若干矿灯发射的具有不同调制信号的光波，并分析得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；步骤2、用户终端中的微惯导单元接收矿灯的位置信息，并以此矿灯的位置信息为基点得到并向定位信号发射接收模块发射用户终端的位置信息；步骤3、定位信号发射接收模块接收用户终端的位置信息，并将用户终端的位置信息传输至中央控制模块；步骤4、中央控制模块接收用户终端的位置信息，完成手持或穿戴用户终端的地下矿区人员的定位。为了实现上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术还提出一种地下矿区人员的定位方法，包括以下步骤：步骤1、用户终端中的移动接收单元接收由定位信号发射接收模块中的若干矿灯发射的具有不同调制信号的光波，并分析得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；步骤2、用户终端中的微惯导单元接收矿灯的位置信息，并以此矿灯的位置信息为基点得到并向定位信号发射接收模块发射用户终端的位置信息；步骤3、定位信号发射接收模块接收用户终端的位置信息，并将用户终端的位置信息传输至中央控制模块；步骤4、中央控制模块接收用户终端的位置信息；步骤5、中央控制模块将用户终端的位置信息显示在缓存的地图上，并将显示用户终端位置信息的地图传输至定位信号发射接收模块；步骤6、定位信号发射接收模块发射显示用户终端位置信息的地图至用户终端的观测单元，用于实时将地图中的位置信息呈现给手持或穿戴用户终端的地下矿区人员。(三)有益效果本专利技术提出的地下矿区人员定位系统及方法，具有以下有益效果：1、本专利技术将矿灯连接在照明供电电缆上，以矿灯作为传输媒介，通过对矿灯加载不同调制信号的方式，利用微惯导单元推算出地下矿区人员相对于某个矿灯的距离信息，实现地下矿区人员的位置定位，精度可达到10cm；2、本专利技术利用可见光无线通信定位技术，实时对微惯导单元的定位信息进行校正，具有节能环保、定位精度高、实时通信、寿命长、成本低、功耗低、穿透力强和最大化无盲区的优点；3、本专利技术利用可见光通信，与RFID、UWB及WLAN通信技术相比，由于其传输速度快，因此具有覆盖范围广、安全节能的优势；4、本专利技术可进行地图实时的绘制，不仅可以观察出地下矿区人员路径轨迹，而且地下矿区人员同样可以实时看到自己的位置信息，这样不仅便于地上解决矿井安全生产以及紧急时刻的救援，同时有利于地下矿区人员的紧急避险和安全作业。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的地下矿区人员定位系统的结构示意图；图2是本专利技术一实施例提出的地下矿区人员定位系统中各模块结构及其连接示意图；图3是本专利技术一实施例提出的地下人员定位系统对地下矿区人员精准定位的原理示意图；图4是本专利技术另一实施例提出的地下矿区人员定位系统的结构示意图；图5是图4中地下矿区人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下矿区人员定位系统，包括用户终端、中央控制模块和多个定位信号发射接收模块，其中：多个定位信号发射接收模块，位于所述地下矿区的不同位置，每一个所述定位信号发射接收模块包括：一发射单元，包括一矿灯，用于发射具有调制信号的光波，每一个所述具有调制信号的光波彼此的调制信号不同；一接收单元，用于接收所述用户终端的位置信息，并将该用户终端的位置信息传输至所述中央控制模块；用户终端，由若干用户手持或穿戴，每一个所述用户终端包括：一移动接收单元，用于接收所述具有调制信号的光波，并分析得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；一微惯导单元，用于接收所述矿灯的位置信息，并以此矿灯的位置信息为基点得到所述用户终端的位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种地下矿区人员定位系统，包括用户终端、中央控制模块和多个定位信号发射接收模块，其中：多个定位信号发射接收模块，位于所述地下矿区的不同位置，每一个所述定位信号发射接收模块包括：一发射单元，包括一矿灯，用于发射具有调制信号的光波，每一个所述具有调制信号的光波彼此的调制信号不同；一接收单元，用于接收所述用户终端的位置信息，并将该用户终端的位置信息传输至所述中央控制模块；用户终端，由若干用户手持或穿戴，每一个所述用户终端包括：一移动接收单元，用于接收所述具有调制信号的光波，并分析得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；一微惯导单元，用于接收所述矿灯的位置信息，并以此矿灯的位置信息为基点得到所述用户终端的位置信息。2.如权利要求1所述的地下矿区人员定位系统，其特征在于，所述接收单元包括：第一ZigBee接收单元，用于接收所述用户终端的位置信息并传输至第二放大电路；第二放大电路，用于对所述用户终端的位置信息进行信号放大，并将放大后的用户终端的位置信息传输至第二处理器；第二处理器，用于对所述信号放大后的用户终端的位置信息进行去噪处理。3.如权利要求1所述的地下矿区人员定位系统，其特征在于，所述移动接收单元包括：第一处理器，用于接收所述具有调制信号的光波，并将该光波转换成电信号传输至第一放大电路，还用于接收并分析放大后的电信号，得到最强调制信号对应的矿灯的位置信息；第一放大电路，用于放大所述具有调制信号的光波转换成的电信号，并将放大后的电信号反馈至所述第一处理器。4.如权利要求3所述的地下矿区人员定位系统，其特征在于，所述第一处理器包括：可见光探测器，用于接收所述具有调制信号的光波，并将该光波转换成电信号传输至所述第一放大电路；信号处理单元，用于接收并分析放大后的电信号，得到所述最强调制信号对应的矿灯的位置信息。5.如权利要求1所述的地下矿区人员定位系统，其特征在于，所述微惯导单元包括：一惯导定位单元，用于以所述矿灯的位置信息为基点，根据所述地下矿区人员的步行速度和加速度得到所述用户终端的位置信息；一第一ZigBee发射单元，用于发射所述用户终端的位置信息至所述第一ZigBee接收单元。6.一种地下矿区人员定位系统，包括如权利要求1～5中任一项所述的定位系统，其特征在于，中央控制模块，缓存有一地图，还用于将所述用户终端的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志豪，施安存，段靖远，孙悦，尹方元，王馨兰，曹磊，乔家胜，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11