[发明专利]基于超声波的井下人员定位和结构监测一体化方法及系统

权利要求书

1.一种基于超声波的井下人员定位和结构监测一体化方法，其特征在于：所涉及的硬件有：多个超声波定位节点（1）、多个移动终端（2）和上位机（3）；所述超声波定位节点（1）呈单列形式设置于井道的顶壁上，超声波定位节点（1）与上位机（3）之间通过线缆通信连接；移动终端（2）由井下作业人员携带，每个移动终端（2）都分配有唯一的识别代码；

超声波定位节点（1）通过发射监测频段的超声波信号来实现对井下人员的目标发现，目标发现后，超声波定位节点（1）通过发射通信频段的超声波信号来实现与移动终端（2）之间的通信，移动终端（2）接收到通信频段的超声波信号后，移动终端（2）和超声波定位节点（1）之间进行应答操作，在应答操作过程中，移动终端（2）将对应的识别代码发送给超声波定位节点（1），超声波定位节点（1）接收到识别代码后，将识别代码发送至上位机（3），上位机（3）根据超声波定位节点（1）的既定位置和识别代码完成对井下人员的定位和识别。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的井下人员定位和结构监测一体化方法，其特征在于：所述超声波定位节点（1）上集成有收发一体式的超声波换能器和处理模块，处理模块控制超声波换能器的动作：当某一超声波定位节点（1）的监测区域内无人员经过时，处理模块控制超声波换能器发射监测频段的超声波信号，以对监测区域内的情况进行实时监测；当某一超声波定位节点（1）通过超声波换能器感应到其监测区域内有人员经过时，处理模块立即控制超声波换能器切换发射频率并发射通信频段的超声波信号；当移动终端（2）未接收到通信频段的超声波信号时，移动终端（2）处于休眠状态；当移动终端（2）接收到通信频段的超声波信号后，移动终端（2）才进行应答操作；超声波定位节点（1）接收到识别代码后，由处理模块从应答操作的信号中解析出识别代码的信息，然后将识别代码发送至上位机（3），同时，处理模块控制超声波换能器继续发射监测频段的超声波信号。

3.根据权利要求2所述的基于超声波的井下人员定位和结构监测一体化方法，其特征在于：相邻两个超声波定位节点（1）的监测区域之间存在重叠区域，超声波定位节点（1）采用间歇工作模式发射监测频段的超声波信号，所述间歇工作模式包括：所述多个超声波定位节点（1），按其排列顺序用1、2、3….n的数字顺次编号，奇数号的超声波定位节点（1）同步发射监测频段的超声波信号，偶数号的超声波定位节点（1）同步发射监测频段的超声波信号，奇数号的超声波定位节点（1）和偶数号的超声波定位节点（1）间隔一定时间交替发射监测频段的超声波信号。

4.根据权利要求3所述的基于超声波的井下人员定位和结构监测一体化方法，其特征在于：超声波定位节点（1）采用如下方法来实现对井下人员的目标发现：监测频段的超声波信号记为监测信号；超声波定位节点（1）对监测信号的发射时刻和接收到相应反射波的接收时刻进行记录，并根据不同监测周期内发射时刻和接收时刻之间的时间差的变化值来计算监测区域在不同监测周期之间出现的形变量；当形变量小于或等于设定的阈值H时，则可判断此形变量由空间结构形变引起，此时，根据常规的超声波形变监测手段，对结构体形变进行监测预警，同时继续发射监测信号；当形变量大于设定的阈值H时，则可判断此形变量由人员走动引起，超声波定位节点（1）应立即切换至通信模式并发射通信频段的超声波信号。