[发明专利]一种基于多源融合的井下人员定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于多源融合的井下人员定位系统，其特征在于，包括地面监控中心(1)、上层终端(2)、通信主干网(3)、网关节点(4)、总线(5)、定位锚节点(6)、移动节点(7)和位置信标(8)；

所述地面监控中心(1)为一台计算机或者服务器，或是多台计算机或服务器组成的计算机网络，地面监控中心(1)从通信主干网(3)接收从井下发来的定位数据包，处理定位数据包；

所述上层终端(2)为一种处在远地的监控中心，通过Internet网络与地面监控中心(1)连接，获取实时定位数据；

所述通信主干网(3)为矿井已有的负责井上井下通信的主干网络，或专门为本系统搭建的通信网络；

所述总线(5)负责将锚节点(6)连接至网关节点(4)；

所述网关节点(4)将总线(5)信号转换为通信主干网(3)的传输信号；

所述定位锚节点(6)通过总线(5)和网关节点(4)连接至通信主干网(3)，定位锚节点(6)包括近距离无线通信单元(9)、总线传输单元(10)、远距离窄带无线通信单元(11)、控制单元(12)和供电单元(13)；

所述位置信标(8)为蓝牙信标，周期性广播带有其位置信息的无线信号，为移动节点进行惯性导航定位的累积误差修正提供准确的位置信息

所述移动节点(7)由A、B两个设备组成，移动节点组成设备A包括近距离无线通信单元A(14)、蓝牙通信单元A(15)、远距离窄带无线通信单元A(16)、控制单元A(17)和供电单元A(18)；移动节点组成设备B由惯性导航单元(19)、控制单元B(20)、蓝牙通信单元B(21)和供电单元B(22)组成；

一种基于多源融合的井下人员定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将定位锚节点(6)固定在巷道侧壁或巷道顶部，移动节点(7)放置在井下人员身上，其移动节点组成设备A佩戴方式任意，移动节点组成设备B固定于井下人员足部；

步骤2)：移动节点(7)处在定位锚节点(6)近距离无线通信覆盖之内时，移动节点(7)使用具有较大通信带宽的近距离无线通信方式与定位锚节点(6)进行通信；

步骤3)：移动节点(7)处在近距离无线通信覆盖之外时，使用远距离窄带通信与定位锚节点(6)进行通信，远距离窄带通信使用在非视距条件下实现长达数公里的远距离通信；

步骤4)：位置信标(8)布设在井下需要进行惯性导航精确定位的巷道内，将位置信标根据惯性导航定位误差修正的需要在巷道内进行布设；

步骤5)：移动节点(7)在定位锚节点(6)近距离无线通信覆盖范围之内时，默认关闭远距离窄带无线通信和惯性导航定位，将移动节点(7)和定位锚节点(6)使用近距离无线通信方式进行电磁波测距，实现一维粗定位，近距离无线通信具有较大通信带宽，在井口等人员集中位置，实现并发识别多个移动节点，保证不漏卡；移动节点(7)处在定位锚节点(6)近距离无线通信覆盖范围之外时，移动节点(7)自动切换为惯性导航定位，打开蓝牙通信，将移动节点组成设备B的惯性导航定位数据通过蓝牙发送到移动节点组成设备A，移动节点组成设备A使用远距离窄带无线通信将定位数据传输至定位锚节点(6)；

步骤6)：移动节点(7)在定位锚节点(6)近距离无线通信覆盖范围之内时，地面监控中心(1)可以发送定位切换指令至移动节点(7)，使其从电磁波一维粗定位切换至惯性导航高精度定位，打开蓝牙通信，将移动节点组成设备B的惯性导航定位数据通过蓝牙发送到移动节点组成设备A，移动节点组成设备A使用远距离窄带无线通信将定位数据传输至定位锚节点(6)。

2.如权利要求1所述的一种基于多源融合的井下人员定位系统，其特征在于，步骤1)中定位锚节点(6)布设在井口、工作面等人员聚集区域和井下大巷等人员经常经过的区域。

3.如权利要求2所述的一种基于多源融合的井下人员定位系统，其特征在于，采用电磁波一维粗定位与惯导高精度定位相结合的方式，根据需要，不需要高精度定位的区域使用电磁波一维粗定位，以节省移动节点的电量消耗，需要高精度的定位的区域使用惯性导航高精度定位，在定位锚节点(6)近距离无线通信覆盖范围之内需要使用惯性导航高精度定位的位置安装位置信标(8)，移动节点(7)接收到此位置信标(8)的信号时，切换定位方式为惯性导航高精度定位。

4.如权利要求3所述的一种基于多源融合的井下人员定位系统，其特征在于，当移动节点(7)处在定位锚节点(6)近距离无线通信和远距离窄带无线通信均不能覆盖的位置时，移动节点(7)将存储自己的惯性导航定位数据，待移动节点(7)进入锚节点(6)无线通信覆盖范围内时，将存储的惯性导航定位数据发送给定位锚节点(6)，保障移动节点(7)在井下定位轨迹的完整。