一种井下人员定位搜救系统技术方案

本发明专利技术公开了一种井下人员定位搜救系统，系统包括：定位服务器、监控终端、有线通信子系统、无线通信基站、定位装置和搜救装置；有线通信子系统主要包括光纤、分光器和无线交换机；无线通信基站主要包括防爆箱、电源，备用电池、无线接入设备和天线等设备；在井下间隔一定距离安装无线通信基站，无线通信基站通过有线通信子系统连接井上定位服务器；定位装置与无线通信基站通过无线方式通信；定位服务器通过井下工作人员随身携带的定位装置实现人员定位，定位装置定时向定位服务器发送使用人员的位置、身份号等信息；搜救装置可直接与定位装置无线通信；搜救系统可定位被困人员位置，避免无效的工作，节约宝贵救援的时间，提高救援效率。定位搜救系统是集井下人员跟踪定位、调度管理、灾后搜救等一体的综合系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种井下人员定位搜救系统。本专利技术具体涉及WI-FI无线通信，无线定位等

技术介绍
井下人员定位是安全生产的重要措施。多年来人们采用各种方法井下人员位置进行检测，当矿井发生意外事故时，定位系统可为人员搜救工作提供重要的参考。但目前的定位和搜救系统存在以下不足。目前实际使用以射频识别技术(RFID)为主，RFID利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。与其它接触式识别技术不同，RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可实现对人员或物体在不同状态下的自动识别和位置监测。典型的射 频识别系统主要包括射频卡和读写器两部分。使用RFID具有以下问题I. RFID通信距离有限，有源RFID卡最远无障碍通信距离80米；2. RFID卡读写设备的体积较大,不便于携带。3.不便于双向通信。基于无线传感器网络的定位系统，如Zigbee定位系统，在井下实际使用中存在以下问题I. Zigbee无线传感器网络的组网需网络核心设备协调器、路由器支持，网络核心设备特别是协调器损坏，网络将全部瘫痪。无法支持搜救定位。2. Zigbee无线传感器网络的通信必须有网络支持，不支持点对点通信。在无网络支持时，定位终端无法与其他设备通信。3.无法获知被困人员的当前活动状态。“Ad hoc网络”是IEEE802. 11标准委员会制定的一种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，在Ad hoc网络中，结点具有报文转发能力，结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发，即经过多跳(MultiHop)，这是Ad hoc网络与其他移动网络的最根本区别。结点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行。因此它也被称为多跳无线网(MultiHop Wireless Network)、自组织网络(SelfOrganized Network)或无固定设施的网络(Infrastructureless Network),大多WI-FI无线网络的模块同时支持Ad hoc网络。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能够准确定位井下人员，并能在矿井发生意外事故，人员被困，固定通信设施被损坏而无法工作时，具有搜索被困人员位置功能和双向通信功能的定位与搜救系统。本专利技术所述井下人员定位搜救系统包括定位服务器、监控终端、有线通信子系统、无线通信基站、定位装置和搜救装置；有线通信子系统主要包括光纤、分光器和无线交换机；无线通信基站主要包括防爆箱、电源，备用电池、无线接入设备、天线隔离器和天线；在井下间隔一定距离安装无线通信基站，无线通信基站通过光纤连接井上的无线交换机和定位服务器；定位装置与无线通信基站通过无线方式通信；定位服务器通过井下工作人员随身携带的定位装置实现人员定位，定位装置定时向定位服务器发送使用人员的位置、身份及活动状态等信息；定位装置与搜救装置通过Ad hoc组网方式实现无线通信；搜救装置部件包括处理器、无线通信、按键、存储、显示屏、LED指示灯、蜂鸣器、温度传感器和电源电路等部分；搜救装置搜救的具体过程如下I.初始化系统,设置通信单元具有Ad hoc组网功能,开启IP地址分配功能；2.搜救装置组织Ad hoc网络成功后开启TCP/IP或UDP通信，在搜救装置到达定位装置的通信距离时，定位装置自动连接搜救装置，自动建立TCP/IP或LDP通信链路； 3.链路建立成功后，定位装置定时检测搜救装置的信号场强。4.定位装置通过与搜救装置的通信链路向搜救装置发送场强信息、自身的身份号及振动传感器获得的振动状态信息。5.搜救装置接收到定位装置发送来的信息后，根据信号场强计算距离。场强与距离的公式为参考经验公式，相关参数通过现场测量得到，如下「 IA-Rct+X,J =式中A为信号传播Im远时接收信号的功率；η为传播因子也称为损耗指数，其数值大小取决于无线信号的传播环境；Rd为定位装置接收到的无线基站的信号强度，即RSSI值；X5为零均值的高斯分布正态随机变量6.搜救装置的IXD屏显示信号场强及估算距离、定位装置的身份号，及被困人员的振动传感器感应状态信息，搜救人员可根据振动状态信息综合判断被困人员的活动状态，便于实施相应搜救措施。7.搜救装置通过声音及灯光指示搜救装置与被困人员的距离，在接收到被困人员所携定位装置发来的信息后，根据计算得到的距离发出不同间隔频率的声音和灯光，距离越短声音和灯光闪烁频率越高，使用者可不看LCD显示屏，只通过听声音或观察灯光闪烁情况即可知道被困人员所距距离，用以提高搜救工作效率。当搜索到多个定位装置时，以距离最近的为目标指示。8.搜救装置与定位装置双向通信，即当定位装置通过与搜救装置的通信链路搜救装置可向被困人员所携的定位装置发送信息，被困人员也可使用定位装置向搜救装置发送信息。9.温度检测，定位装置内部有温度传感器，具有温度检测功能，可在IXD显示屏显不头时温度10.上传搜救纪录，在通信设施未损坏无线网络通信正常区域，向定位服务器通信上传搜救纪录。本专利技术的特点I.搜救装置和被困人员所携定位装置自组织网络，无需任何其它固定基础网络设施支持，各结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，可以快速高效自动地组网通信，具有较高的搜索灵敏度。2.搜救装置和被困人员所携定位装置组成Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，网络结构随时变化，结点可以随时加入和离开网络，便于移动工作和连续搜索。3.搜救装置不仅定位被困人员位置，而且可获知被困人员的生命活动状态，避免无效的工作，节约宝贵救援的时间，提高救援效率。附图说明图I定位搜救系统定位工作示意2定位搜救系统搜救工作示意3搜救装置硬件构成框图 图4搜救装置的系统框图 图5搜救装置工作流程6定位装置连接搜救装置工作流程图具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。 如图I和图2所示，所述定位搜救系统组成包括井下人员定位搜救系统包括定位服务器(I)、有线通信子系统、无线通信基站(2)定位装置(3)和搜救装置(6)。有线通信子系统是整个定位搜救系统的骨干网络，有线通信子系统以光纤为主要传输介质。有线通信子系统还包括分光器，无线交换机(5)等网络管理设备。在井下间隔一定距离安装无线通信基站，无线通信基站通过光纤连接井上的服务器。无线通信基站主要功能是WI-FI无线接入，无线通信基站包括防爆箱、电源，备用电池、无线接入设备、天线隔离器及天线。无线接入设备在标准WI-FI网络中称为AP (Access Point)，负责无线终端设备接入有线以太网，通过无线通信基站将WI-FI无线局域网覆盖各巷道。每个AP分配有服务集标识符SSID和不同的物理地址，定位系统根据AP的标识区别不同的无线通信基站，无线通信基站支持无线终端设备的跨区域漫游，同时无线通信基站在定位运算时被作为定位基准参考点，无线通信基站的位置信息和标识信息存贮在定位服务器和定位装置的存储子系统中，为定位运算提供依据。定位装置作为标准WI-FI终端设备接入WI-FI无线局域网与井上定位服务器通信。定位服务器负责系统通信管理、数据存储和为监控终端提供人员及设备的信息服务。生产管理人员通过监控终端(4)访问定位服务器实现对井下工作人员及相关设备的实时监控，监控终端具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下人员定位搜救系统，包括：定位服务器、监控终端、有线通信子系统、无线通信基站、定位装置和搜救装置；有线通信子系统包括光纤、分光器和无线交换机；无线通信基站包括防爆箱、电源，备用电池、无线接入设备、天线隔离器和天线；在井下间隔一定距离安装无线通信基站，无线通信基站通过光纤连接井上的无线交换机和定位服务器；定位装置与无线通信基站通过无线方式通信；定位装置用于定位和人体活动检测；定位装置定时向定位服务器发送使用人员的位置、身份及活动状态等信息；定位装置在有线通信网络和无线通信基站发生故障时与搜救装置通过Ad？hoc组网方式实现无线通信；搜救装置的工作包括以下步骤：搜救装置处理器控制无线通信模块实现自动Ad？hoc组网，接受井下人员携带的定位装置或呼救装置的无线连接，并为其分配IP地址；接收定位装置发送来的与搜救装置之间的场强信息和身份号；根据场强信息计算与定位装置的距离；通过显示屏显示定位装置距离、身份号及定位装置感应到的使用者最近一次活动的时间；声音及灯光指示搜救装置与被困人员的距离，根据计算的距离发出不同间隔频率的声音和灯光；搜救装置与定位装置相互发送文字信息；上传搜救纪录。

【技术特征摘要】
1.一种井下人员定位搜救系统，包括定位服务器、监控终端、有线通信子系统、无线通信基站、定位装置和搜救装置；有线通信子系统包括光纤、分光器和无线交换机；无线通信基站包括防爆箱、电源，备用电池、无线接入设备、天线隔离器和天线；在井下间隔一定距离安装无线通信基站，无线通信基站通过光纤连接井上的无线交换机和定位服务器；定位装置与无线通信基站通过无线方式通信；定位装置用于定位和人体活动检测；定位装置定时向定位服务器发送使用人员的位置、身份及活动状态等信息；定位装置在有线通信网络和无线通信基站发生故障时与搜救装置通过Ad hoc组网方式实现无线通信；搜救装置的工作包括以下步骤搜救装置处理器控制无线通信模块实现自动Ad hoc组网，接受井下人员携带的定位装置或呼救装置的无线连接，并为其分配IP地址；接收定位装置发送来的与搜救装置之间的场强信息和身份号；根据场强信息计算与定位装置的距离；通过显示屏显示定位装置距离、身份号及定位装置感应到的使用者最近一次活动的时间；声音及灯光指示搜救装置与被困人员的距离，根据计算的距离发出不同间隔频率的声音和灯光；搜救装置与定位装置相互发送文字信息；上传搜救纪录。2.如权利要求I所述的井下人员定位搜救系统，其特征在于定位装置用于定位并检测使用人员活动状态，在与定位服务器正常通信的情况下，定时发送使用人员的位置信息、身份及活动状态。3.如权利要求I所述的井下人员定位搜救系统，其特征在于当定位装置一段时间未能连接入固有无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，刘毅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：