[实用新型]一种煤矿井下人员定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下安全监控与通信领域，特别是一种基于BP神经网络的非测距APIT煤矿井下人员定位系统。

背景技术

煤炭是我国的主要能源物质，煤矿在我国分布广泛，随着煤矿井下煤层的开采范围越来越大，难度越来越大，煤炭开采技术相对比较落后，所以经常会出现矿难，对于作业人员的安全问题构成了极大的威胁，普及安全意识和建立健全工作规章制度固然重要，但是很多不可抗拒因素造成的危害依然层出不穷，当矿难出现时，最重要的就是对工作人员进行营救，但是由于矿井这个特殊的环境对营救工作人员增加了一定的难度，所以一套完善的煤矿井下人员定位系统就显得尤为重要了。

目前井下人员定位系统种类有很多，测距方面的主要有TOA、TDOA、AOA和RSSI等，基于到达时间的TOA需要精确的时间同步，无法用于松散耦合型定位，基于到达时间差的TDOA需要考虑传播距离对超声波的影响，基于到达角度的AOA由于受外界环境影响，需要额外的硬件，基于信号到达强度RSSI由于理论和经验模型的估测性质，具有较大的定位误差，另外基于测距原理的定位方法虽然符合低功率，低成本的要求，但是通信量和计算量大，节点造价高，消耗了有限的电池资源，而且在测量距离和角度方面需要进行大量的研究。非测距方面主要有质心算法、凸规划、DV-Hop，它们健壮性差，虽然计算量和存储量几乎不受限制，可以获得相对准确的位置估计，但是与中心节点位置较近的节点因为通信开销大而过早地消耗电能，导致整个网络与中心信息交流中断，基于非测距的APIT定位方法，虽然仅需完成节点一跳以内的通信就能定位，计算量小，通信开销小，但是要求信标节点密度和通信范围都足够大，而且在重叠区域的质心算法中采用网格扫描算法，算法复杂，计算量大、效率低，计算精度低，所以定位精度也比较低。BP神经网路可以对非线性系统进行训练得到准确度高的输入输出函数关系的模型，目前还没有将BP神经网络和APIT定位方法结合来对非测距定位方法进行改进，设计一套定位精度高、计算量小、通信开销小、节点数量少、计算精度高的定位系统就尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，特别是针对煤矿井下人员定位系统定位精度低、计算量大、通信开销大、节点数量多、计算精度低的问题，本实用新型公开了一种定位精度高，算法简单，节点数量小的定位系统。该系统将BP神经网络与非测距APIT技术结合起来，并结合巷道空间的实际特点，利用有限的参考节点和简单的算法实现实时精确的目标定位，满足了矿井生产调度和灾后及时救援的需要。

为实现上述目标，本实用新型采用以下技术方案：

上述系统是一种基于BP神经网络的非测距APIT的煤矿井下人员定位系统，包括地面监控系统传输基站、光纤、网关节点、总线、信标节点、移动节点A、移动节点B。

所述地面监控中心包括多台计算机或者服务器组成的计算机监控网络，部分安装有BP神经网络系统，部分安装有PIT测试系统，并从传输基站接收成井下发来的定位信息，处理定位信息；

所述传输基站是本质安全型交换机，汇聚网关节点通过总线发过来的信息，并通过光纤传输到地面监控中心。

所述的每个网关节点包括：微处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源及总线模块，网关节点根据信标节点的布设方式和移动节点的信号覆盖半径布设在巷道壁上，负责接收移动节点发送的定位信息，并将其通过总线传送到传输基站。

所述的每个信标节点包括：微处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源，在巷道内固定放置，使每三个信标节点可以组成一个三角形，每个信标节点向移动节点A发射定位信息包括自身位置信息和功率信息，上传至安装有BP神经系统的地面监控中心，经过训练得到任意信标节点组成的三个三角形的三个外接圆两两相交的交点坐标。

所述的每个移动节点A包括：微处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源，与井下工作人员的身份相对应，置于井下工作人员的安全帽上，使用矿灯电瓶作为辅助电源；移动节点A由井下工作人员随身携带；移动节点A周期性地向信标节点发射定位请求信号，并对接收到的信标节点的定位信息进行处理，移动判断节点A在不同方向移动时是否同时远离或靠近信标节点，生成相关的信息上传至安装有PIT测试系统的地面监控中心。

所述的每个移动节点B包括：微处理器、存储器、无线收发器、传感器、电源，根据BP网络神经系统训练得到的输出位置坐标部署，移动节点B由井下机械移动设备携带，具有信标节点的功能。

所述煤矿井下人员定位系统中涉及的井下设备，包括传输基站、光纤、网关节点、总线、信标节点、移动节点A、移动节点B均是本质安全型设备。