一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统。该系统由井上设备和井下设备组成，井上设备包括基站控制器、定位服务器、网络交换机和监控终端，井下设备包括定位基站、移动终端和RFID电子标签。井上设备和井下设备通过光纤连接。其中，定位基站包括MIMO‑RFID射频识别模块、CCD图像采集模块、微处理单元、电源模块、无线通信模块、以太网接口、光接口；移动终端和监控终端可以从定位服务器上获取移动目标的位置信息并进行显示。本实用新型专利技术结构简单，部署和维护方便，系统能耗低，定位精度高，适宜于各种复杂环境及限定空间的移动目标实时跟踪与定位。

A real time tracking and accurate positioning system for mine moving target

The utility model discloses a real time tracking and accurate positioning system for moving targets in mines. The system consists of well equipment and downhole equipment. The Inoue equipment includes base station controller, positioning server, network switch and monitoring terminal. The underground equipment includes positioning base station, mobile terminal and RFID electronic tag. The well equipment and downhole equipment are connected by optical fiber. The base station includes MIMO RFID CCD radio frequency identification module, image acquisition module, micro processing unit, a power supply module, wireless communication module, Ethernet interface and optical interface; location information of the mobile terminal and the monitoring terminal can access the mobile target from the location server and display. The utility model has the advantages of simple structure, convenient deployment and maintenance, low energy consumption and high positioning accuracy, and is suitable for real-time tracking and positioning of moving targets in various complicated environments and limited spaces.

【技术实现步骤摘要】
一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统
本技术属于移动通信
的煤矿井下定位技术，尤其涉及一种基于MIMO-RFID射频识别与CCD视觉跟踪的矿井移动目标定位系统。
技术介绍
安全生产是煤矿企业的重中之重，煤矿井下定位系统在遏制超定员生产、灾后救援、防止人员进入危险区域、防止机械碰撞等方面发挥着重大作用，很大程度上保障了矿井安全生产。目前，已经有一些基于RFID射频识别技术的井下定位技术得到应用，在这些应用中，主要的实现方式是在巷道入口处和重点区域布设RFID阅读器，人员携带电子标签，当携带电子标签的人员进入阅读器的读取范围，阅读器读取电子标签的信息，然后通过现场总线将数据上传到服务器，这些系统基本满足了实时掌握煤矿入井人员的动态分布及安全管理的需要，可实现考勤管理功能及快速指导矿井突发性事故的救护工作。但RFID技术在井下移动目标定位精准度上存在问题：一方面由于井下NLOS环境电磁波非直视传播和多径干扰，RFID阅读器实时性、准确性受影响。另一方面，当井下出入口及工作面同一地点同时出现多个移动目标时，RFID识别会造成漏检或识别不准问题。CCD视觉定位广泛应用于工业非接触测量中，具有定位精度高、抗干扰能力强、可远距离获取目标图像等特点，而且，随着CCD测量技术在工业应用成果的不断推广，其在煤矿井下移动目标定位的应用也得到越来越多的重视。但目前存在以下技术难点：视频数据处理和传输量大，造成CCD图像传感器能耗高，以及目标遮挡时导致无法检测和识别。
技术实现思路
本技术主要解决以上现有技术所存在的问题，提供了一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统。本技术采用的技术方案是，一种基于MIMO-RFID射频识别与CCD视觉跟踪的矿井移动目标定位系统，所述系统由井上设备和井下设备组成，其中，井上设备包括基站控制器、定位服务器、网络交换机和监控终端，井下设备包括定位基站、移动终端和RFID电子标签。井上设备和井下设备通过光纤连接。所述基站控制器为井下移动终端提供定位请求，并触发定位服务器进行定位操作；所述定位服务器提供定位解析、位置坐标和定位参考信号；所述网络交换机用于连接定位基站和定位服务器；RFID电子标签安装在待定位的移动目标上，用于移动目标身份识别；移动终端由井下人员携带，用于井下精确定位；所述定位基站布置在井下巷道不同区域。所述定位基站包括MIMO-RFID射频识别模块、CCD图像采集模块、微处理单元、电源模块、无线通信模块、RJ45接口和光接口；其中，所述MIMO-FRID射频识别模块用于获取煤矿井下巷道中移动目标的身份和位置信息，并于检测到移动目标时激活CCD图像采集模块，于移动目标离开监控区域时休眠CCD图像采集模块；所述CCD图像采集模块用于采集监控范围内的移动目标视频图像信息；所述电源模块用于为CCD图像采集模块、微处理单元和无线通信模块提供所需能量；所述微处理单元用于对MIMO-FRID射频识别模块和CCD图像采集模块采集到的数据进行过滤、压缩编码；所述光接口通过光纤链路传输上、下行通信信号；所述RJ45接口用于对基站的管理和维护提供网络通信接口；所述无线通信模块用于为井下移动终端和定位基站提供无线通信接口；以及所述MIMO-RFID射频识别模块具有多标签识别防冲突功能，用于对移动目标进行唯一识别，以及解决井下多个标签同时向射频识别模块传送信号时产生的冲突问题；所述CCD图像采集模块包括CCD传感器、倾角测量传感器、方向角传感器；所述无线通信模块采用LTE、UWB、WiFi和WCDMA空中接口；所述矿井移动目标携带或装载具有ID编号的电子标签，用于所述射频识别模块对移动目标进行感知探测与快速识别。所述矿井移动目标包括井下作业人员、机车和井下机器人。所述系统的井下设备为本质安全型防爆装置。本技术的有益效果在于：提供了一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统，该系统利用MIMO-RFID射频识别技术对移动目标识别，并触发CCD图像采集模块协作对目标进行跟踪与定位。本技术结构简单，部署和维护方便，系统能耗低，定位精度高，适宜于各种复杂环境及限定空间的移动目标实时跟踪与定位，解决了现有RFID定位技术存在漏检和识别不准以及定位精度低等问题，尤其是井下NLOS环境下，目标遮挡导致无法对移动目标识别与精准定位问题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术的限定。在附图中：图1是一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统框图。图2是定位基站结构示意图。图3-1是CCD图像采集模块结构示意图。图3-2是矿井巷道坐标系示意图。图4是无线通信模块结构示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本技术做进一步详细说明。参照图1所示，一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统框图，系统由井上设备和井下设备组成，其中，井下设备包括RFID电子标签(1)、定位基站(2)和移动终端(3)，井上设备包括网络交换机(4)、定位服务器(5)、监控终端(6)和基站控制器(7)，井上设备和井下设备通过光纤连接。基站控制器为井下移动终端提供定位请求，并触发定位服务器进行定位操作；定位服务器提供定位解析、位置坐标和定位参考信号等数据服务；网络交换机用于连接定位基站和定位服务器；RFID电子标签安装在待定位的移动目标上，用于移动目标身份识别；移动终端由井下人员携带，用于井下精确定位；定位基站布置在井下巷道不同区域。系统根据需要在井下巷道人员出入井口、采掘工作面等重点区域、拐弯巷道盲区等限制区域布置一定数量的定位基站，并确保巷道内移动目标能被基站无线信号所覆盖。这些定位基站通过光纤通信方式与网络交换机连接，网络交换机与地面上基站控制器、定位服务器相连。当接收到移动目标信息时，定位基站将信息经网络交换机传输给地面定位服务器，由定位服务器对信息进行定位解析，并提供位置坐标和定位参考信号。定位服务器以数据库或文档的方式对定位标签ID与现场区域实际位置的对应关系存储，移动终端和监控终端通过定位服务器上获取移动目标的位置信息并进行显示。参照图2，图中描述的是定位基站结构示意图，定位基站由MIMO-RFID射频识别模块(21)、CCD图像采集模块(22)、微处理单元(23)、电源模块(25)、RJ45接口(24)、光接口(26)和无线通信模块(27)构成。其中，MIMO-FRID射频识别模块用于获取煤矿井下巷道中移动目标的身份和位置信息，并于检测到移动目标时激活CCD图像采集模块，于移动目标离开监控区域时休眠CCD图像采集模块；CCD图像采集模块用于采集监控范围内的移动目标视频图像信息；电源模块用于为CCD图像采集模块、微处理单元和无线通信模块提供所需能量；微处理单元用于对MIMO-FRID射频识别模块和CCD图像采集模块采集到的数据进行过滤、压缩编码；光接口通过光纤链路传输上、下行通信信号；RJ45接口用于对基站的管理和维护提供网络通信接口；无线通信模块用于为井下移动终端和定位基站提供无线通信接口。MIMO-RFID射频识别模块具有多标签识别防冲突功能，用于对移动目标进行唯一识别，以及解决井下多个标签同时向射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统，其特征在于，所述系统由井上设备和井下设备组成，其中，井上设备包括基站控制器、定位服务器、网络交换机和监控终端，井下设备包括定位基站、移动终端和RFID电子标签，井上设备和井下设备通过光纤连接；所述基站控制器为井下移动终端提供定位请求，并触发定位服务器进行定位操作；所述定位服务器提供定位解析、位置坐标和定位参考信号；所述网络交换机用于连接定位基站和定位服务器；RFID电子标签安装在待定位的移动目标上，用于移动目标身份识别；移动终端由井下人员携带，用于井下精确定位；所述定位基站布置在井下巷道不同区域；其特征还在于，所述定位基站包括MIMO‑RFID射频识别模块、CCD图像采集模块、微处理单元、电源模块、无线通信模块、RJ45接口和光接口；其中，所述MIMO‑FRID射频识别模块用于获取煤矿井下巷道中移动目标的身份和位置信息，并于检测到移动目标时激活CCD图像采集模块，于移动目标离开监控区域时休眠CCD图像采集模块；所述CCD图像采集模块用于采集监控范围内的移动目标视频图像信息；所述电源模块用于为CCD图像采集模块、微处理单元和无线通信模块提供所需能量；所述微处理单元用于对MIMO‑FRID射频识别模块和CCD图像采集模块采集到的数据进行过滤、压缩编码；所述光接口通过光纤链路传输上、下行通信信号；所述RJ45接口用于对基站的管理和维护提供网络通信接口；所述无线通信模块用于为井下移动终端和定位基站提供无线通信接口；以及所述MIMO‑RFID射频识别模块具有多标签识别防冲突功能，用于对移动目标进行唯一识别，以及解决井下多个标签同时向射频识别模块传送信号时产生的冲突问题；所述CCD图像采集模块包括CCD传感器、倾角测量传感器、方向角传感器；所述无线通信模块采用LTE、UWB、WiFi和WCDMA空中接口；所述矿井移动目标携带或装载具有ID编号的电子标签，用于所述射频识别模块对移动目标进行感知探测与快速识别。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井移动目标实时跟踪与精确定位系统，其特征在于，所述系统由井上设备和井下设备组成，其中，井上设备包括基站控制器、定位服务器、网络交换机和监控终端，井下设备包括定位基站、移动终端和RFID电子标签，井上设备和井下设备通过光纤连接；所述基站控制器为井下移动终端提供定位请求，并触发定位服务器进行定位操作；所述定位服务器提供定位解析、位置坐标和定位参考信号；所述网络交换机用于连接定位基站和定位服务器；RFID电子标签安装在待定位的移动目标上，用于移动目标身份识别；移动终端由井下人员携带，用于井下精确定位；所述定位基站布置在井下巷道不同区域；其特征还在于，所述定位基站包括MIMO-RFID射频识别模块、CCD图像采集模块、微处理单元、电源模块、无线通信模块、RJ45接口和光接口；其中，所述MIMO-FRID射频识别模块用于获取煤矿井下巷道中移动目标的身份和位置信息，并于检测到移动目标时激活CCD图像采集模块，于移动目标离开监控区域时休眠CCD图像采集模块；所述CCD图像采集模块用于采集监控范围内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，李亚杰，闫秀秀，
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