煤矿井下分布式目标定位系统技术方案

本实用新型专利技术公开了矿井通信与安全生产领域中一种煤矿井下分布式目标定位系统，包括设于地面的地面管理工作站，井下定位计算机，井下交换机，光纤，总线，参考节点，目标节点，主要解决了煤矿井下现场供电受防爆要求、电缆敷设、巷道条件等限制，给矿井定位计算机供电带来诸多不便的问题，该实用新型专利技术通过在传统的矿井定位系统中引入分布式结构，使得定位计算机的功能下移并分散布置在井下，提高定位系统的时效性，降低因传输网络拥堵造成的传输时延，在同等条件下可以显著提高系统应急救援效率和抗干扰能力，大大简化分布式定位计算机时间复杂度，降低能耗，更利于目标定位系统在煤矿井下的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
煤矿井下分布式目标定位系统
本技术属于煤矿井下安全监控与通信领域，涉及一种煤矿井下分布式目标定位系统，尤其涉及一种煤矿井下目标定位系统中提高定位时效性，降低硬件功耗的情况。
技术介绍
在国民建设和工业发展的过程中，我国对于煤炭资源需求越来越高，但由于煤炭贮存条件恶劣、煤炭开采多以地下开采为主、开采过程中存在的自然灾害较多，同时煤炭开采技术相对比较落后，因此煤炭开采中存在的事故以及井下工作人员的生命安全一直是我国安全生产管理中的重要问题。由于矿井巷道作为一个密闭的受限空间，GPS等地面已有的定位技术在井下的目标定位中无用武之地；矿井定位目标是在有限的空间内，定位设备的体积应满足现实实际情况；井下具有甲烷等可燃性气体和煤尘，井下定位装置必须是本安型电气设备；巷道内的无线信道通信环境复杂，存在着大量的反射、衍射、散射以及透射等现象。这致使地面已有成熟的定位方法无法直接应用于煤矿井下。目前国内取得矿用产品安全标志证的井下目标定位系统(有些称为位置检测系统或作业人员管理系统等)，采用的无线传输介质均是电磁波，如采用基于测距的RSSI方法，在近距离范围内精度很难保证，如采用基于非测距方法,对参考节点的密度和布置策略有很高的要求，这在煤矿井下工作环境中存在一定的实施难度。而当下现有的矿井目标定位系统主要采用集中式部署方案，其特点是布设在井下的参考结点测出目标节点相对参考节点的距离(RFID情况下，目标识别卡是否通过读卡器)，参考节点将这些信息经由光纤以太网组成的矿井信息传输主干网络传送至地面定位计算机，由位于地面的定位计算机通过计算得出目标节点的坐标位置信息，矿井目标定位系统的可靠性取决于光纤以太网矿井信息传输主干网络，一旦矿井信息传输主干网络故障，则矿井目标定位系统就失效了，布设在地面的定位计算机将无法计算出目标结点的位置坐标或区块网格。由于井下所有安全监测监控数据都占用矿井信息传输主干网络，特别是井下视频监视的普遍应用，不可避免地造成矿井目标定位数据的传输时延。导致存在定位精度低、实时性与可靠性较差的现象。综上所述，矿井目标的精确定位的实际应用中，集中式部署方案中布设在井下的参考节点需将采集的信息传输至地面计算机进行解算，不可避免地存在目标定位数据的传输时延，无法满足在这种复杂的传输环境中定位方法对时效性的要求，而且巷道的复杂通信环境对现场供电存在着诸多限制，给定位计算机的就地供电带来诸多不便。为此，我们必须找到一种技术方法来实现上述方案-一旦井下发生灾害导致矿井信息传输主干网络故障，可以快速方便地获取人员位置信息提高应急救援的效率。
技术实现思路
本技术的目的在于针对传统的集中式矿井定位系统部署方案存在定位精度低、实时性与可靠性较差的问题，从提高系统时效性的角度提出构建一种煤矿井下分布式目标定位系统。该系统是将传统集中式系统的定位计算机的功能下移并分散布置在井下，由部署在井下的定位计算机根据预设的算法得到目标结点的位置坐标或区块网格。一旦井下发生灾害导致矿井信息传输主干网络故障，井下人员的坐标位置信息贮存在就近的井下定位计算机上，在同等条件下可以显著提高系统应急救援效率和抗干扰能力，有效消除因矿井信息传输主干网络拥挤造成的时延更利于目标定位系统在矿井中的实际应用。为实现上述目标，本技术实现的技术方案如下：上述系统是一种煤矿井下分布式目标定位系统，包括设于地面的地面管理工作站，井下定位计算机，井下交换机，光纤，总线，网格节点，参考节点，目标节点。所述地面管理工作站是一台计算机或者服务器，接收从井下交换机经光纤发来的目标节点的定位信息，供地面数据中心调度及其他上层应用软件使用。所述井下定位计算机包括多台计算机或者服务器组成的计算机网络，部分安装有压缩感知定位测试系统，并从井下定位计算机接收参考节点发来的定位信息数据，处理定位信息。所述井下交换机汇聚参考节点通过总线发过来的定位信息数据，通过总线传送到井下定位计算机。所述总线连接参考节点与井下交换机，实现参考节点与井下交换机之间的数据传输。所述光纤连接井下交换机与地面管理工作站，是矿井信息传输主干网络的组成部分，实现地面管理工作站与井下交换机的数据传输。所述网格节点根据矿井巷道划分的多个离散网格区域部署。所述参考节点固定悬挂于巷道壁上，接收目标节点发送的定位信息数据，通过总线传送到井下交换机。所述目标节点以电磁波为传输介质向巷道壁及巷道底面发射电磁波信号，即以电磁波为传输介质与参考节点进行通信，获取参考节点接收到目标节点发射信号的信号到达时间，处理形成定位信息数据，定位信息数据经过参考节点间的存储转发至井下定位计算机。所述的总线是CAN总线，或局域网总线，或RS-485总线。所述的井下设备包括井下交换机、井下定位计算机、参考节点和目标节点都是本质安全性设备。本技术的核心在于对传统的集中式定位系统引入分布式技术架构，通过将定位系统的定位计算功能下移实现对目标的高效定位，即将传统集中式系统的定位计算机的功能下移并分散布置在井下，降低因传输网络拥堵造成的传输时延。本技术的有益效果是：1.本技术提出的煤矿井下分布式目标定位系统,，可以针对一旦井下发生灾害导致矿井信息传输主干网络故障，能及时有效的做出调整：救援人员从就近的井下定位计算机获取井下人员的坐标位置信息，显著提高系统的可靠性。2.与现有技术相比，本技术提出的煤矿井下分布式定位系统与直接采用集中式系统结构相比，参考节点将定位信息数据送至就近的井下定位计算机进行解算得到，大大提高了定位系统的实时性。附图说明图1是本技术的目标定位系统的组成框图具体实施方式为了使本技术技术方案的内容和优势更加清楚明了，下面结合附图和具体实施例，对本技术煤矿井下分布式目标定位系统进行进一步的详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。图1是本技术的分布式定位系统组成框图。如图1所示，本技术所述的目标定位系统包括设于地面的地面管理工作站，井下定位计算机，井下交换机，光纤，总线，网格节点，参考节点，目标节点。每个目标节点用于周期性地向所述参考节点发射定位请求信号，用于周期性地向目标节点发送自身位置信息；由于矿井巷道狭窄，无法在巷道中央或底部布置参考节点，只能在巷道壁上部设置位置已知的参考节点，参考节点均匀固定悬挂于矿井巷道壁，接收目标节点发送的定位信息数据，并对接收到的目标节点的定位信息数据进行处理，并记录目标节点定位信息到达移动节点的时间，上送到井下定位计算机；井下交换机通过总线与井下定位计算机通讯连接，用于将所述参考节点发来的定位信息数据传输到所述井下定位计算机；井下定位计算机是多台计算机或者服务器组成的计算机网络，用于对接收到的定位信息数据进行处理，它拥有一个大型的数据库，可以使用MicrosoftSQLServer作为管理系统，根据分工不同具备不同的数据处理功能；地面管理工作站是一台计算机或者服务器，接收从井下交换机经光纤发来的目标节点的定位信息，根据地面数据中心调度及其他上层应用软件的实际情况，发挥不同作用。本技术设计了一种将传统集中式系统的定位计算机的功能下移并分散布置在井下，由部署在井下的定位计算机根据预设的算法得到目标结点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下分布式目标定位系统，其特征在于，包括设于地面的地面管理工作站，井下定位计算机，井下交换机，光纤，总线，参考节点，目标节点；所述目标节点，与所述参考节点通信连接，用于周期性地向参考节点发送定位请求信号和自身位置信息，同时接收参考节点发送的应答信号，经过分析处理形成定位信息数据，并将所述定位信息数据发送给参考节点；所述参考节点，固定悬挂于巷道壁上，通过总线与井下交换机通信连接，用于将目标节点发送的定位信息数据，通过总线传送到井下交换机；所述井下交换机，通过总线与井下定位计算机通信连接，用于将所述参考节点发来的定位信息数据传输至井下定位计算机；所述井下定位计算机，包括多台计算机或服务器组成的计算机网络，且多台计算机或服务器分散布置在井下，所述井下定位计算机通过井下交换机与地面管理工作站通信连接，用于对接收到的定位信息数据进行处理，得到目标节点的位置坐标或区块网络，并通过井下交换机发送给地面管理工作站；所述地面管理工作站是一台计算机或者服务器，所述地面管理工作站通过光纤与井下交换机通信连接，用于接收井下交换机发送的目标节点的定位信息，供地面数据中心调度及其他上层应用软件使用；所述总线，连接参考节点和井下交换机，用于实现参考节点与井下交换机之间的数据传输；所述光纤，连接井下交换机与地面管理工作站，用于实现地面管理工作站与井下交换机的数据传输。...

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下分布式目标定位系统，其特征在于，包括设于地面的地面管理工作站，井下定位计算机，井下交换机，光纤，总线，参考节点，目标节点；所述目标节点，与所述参考节点通信连接，用于周期性地向参考节点发送定位请求信号和自身位置信息，同时接收参考节点发送的应答信号，经过分析处理形成定位信息数据，并将所述定位信息数据发送给参考节点；所述参考节点，固定悬挂于巷道壁上，通过总线与井下交换机通信连接，用于将目标节点发送的定位信息数据，通过总线传送到井下交换机；所述井下交换机，通过总线与井下定位计算机通信连接，用于将所述参考节点发来的定位信息数据传输至井下定位计算机；所述井下定位计算机，包括多台计算机或服务器组成的计算机网络，且多台计算机或服务器分散布置在井下，所述井下定位计算机通过井下交换机与地...

【专利技术属性】
技术研发人员：田子建，刘真真，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11