[发明专利]井下煤矿人员实时无线定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络定位技术领域，特别是一种针对井下煤矿环境进行移动人员实时无线定位的方法。

背景技术

近几年以来，煤矿爆炸、塌方事件屡屡发生，如何保障矿井以及在煤矿中工作的矿工们的安全，这个问题越来越体现其重要性，对煤矿瓦斯灾害，井下监测系统进行基础研究变得非常必要，我国在这方面也加大了科技投入，力求能有所突破。

我国煤矿井下地质条件非常复杂，矿井巷道长可达几十千米，工作环境恶劣，作业点分散，随采掘工作面的推进，采煤机电设备和人员流动性大。安装各种传感器、布设电缆困难很大，即使依靠电缆传输信息，由于井下地面潮湿，电缆也会腐蚀严重，整个系统的可靠性较差，维护困难。由于定位区域在井下使得如GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)这些目前最著名精度最高的定位方式无用武之地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对井下煤矿环境进行移动人员实时无线定位的方法。该方法需要移动节点与信标节点相互配合，移动节点置于矿工所戴矿帽内部，定位算法由移动节点分布式实现，从而产生较为准确的定位结果，并利用无线网络传输至井上数据库进行存储。一旦有意外事故发生，就能够根据数据库中记录的定位历史记录，迅速开展搜救工作，由于定位较准确，会大大加快救援的进度，减少事故带来的损失。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明包括：(1)基于无线节点射频信号强度的分布式实时定位方法；(2)在矿井坑道内固定信标节点的布设方法；(3)RSSI与实际距离之间的转换方法。

(1)基于无线节点射频信号强度的分布式实时定位方法

本发明中井下的组网采用三种节点：2.4GHZ信标节点，2.4GHZ移动节点，433MHZ数据传输节点。2.4GHZ信标节点自身的位置事先固定好，坐标也事先设定好，在进行实时定位时，信标节点在路由维护的同时也将自己的位置信息作为数据包的一部分，向周围节点发送，同时2.4GHZ信标节点要负责对接收到移动节点发来的坐标位置的进行转发；定位算法在2.4GHZ移动节点上运行，计算得到的定位结果将发送给路由中确定的上级节点；433MHZ数据传输节点主要负责将井下数据进行长距离的传送，鉴于坑道的事故主要发生在掘进面处，在433MHZ区域内将不对井下人员实施定位，只在进入矿井口的地方，做一定的出入检测。

由于定位的区域长宽比例相差较大，采用直线型的一位定位能够得到较准确的定位结果，且能满足传感器节点本身的计算能力以及能耗方面的要求。对于每一段直线坑道采用一维算法定位，而为了解决坑道转角时候出现的一维切换问题，在转角处特别设置两个发射功率很小的信标节点用于检测是否出现切换，并且测定切换的方向。

(2)在矿井坑道内固定信标节点的布设方法

经勘查，掘进面的坑道具有自己的特点，其主要是呈“U”字形，距地表深度也有几十米至上百米，两边的运煤通道长可达几公里，而中间挖煤坑道的实际长度从200～500m不等，宽度则相对比较窄，只有10-20m。对井下监测而言，挖煤坑道容易发生矿难、塌方的地方，即需要实时定位的区域。在信标点布设的时候，煤层的一边基本无法布点，因此，信标点只能布设在坑道的靠近支撑的一侧信标节点只能放在靠近支撑的一侧，使得进行二维以上定位的定位算法无法使用。

信标节点除了靠近支撑面布设之外，也不能将节点紧贴坑道墙面放置，因为根据实际实验，当无线节点紧贴墙面时，由于电磁波墙面反射等等影响，使得无线传播特性严重偏离了常规理论特性，使得整个定位方案无法正常运行。

(3)RSSI与实际距离之间的转换方法

很多无线收发芯片都具有接收信号功率指标RSSI(Received Signal StrengthIndicator)，通过实验，调节无线收发芯片的发射功率，测定其RSSI值与实际距离之间的关系，形成具体的转换曲线与方法。将该转换方法应用于定位方案中，可以简单快速地获得两个无线节点之间的距离。