[发明专利]一种综采工作面人员定位系统及方法

权利要求书

1.一种综采工作面人员定位系统，其特征在于：包括井上控制中心和井下控制系统，其中井上控制中心与井下控制系统通过交换机进行双向通信；

所述井下控制系统包括控制器服务器、支架控制器、微型基站和UWB标签，其中UWB标签为井下工作人员随身携带，在综采工作面的每个液压支架上安装一个微型基站和一台支架控制器，由支架控制器为微型基站供电，每一个微型基站都有一个唯一的ID，在每一个综采工作面上安装一台控制器服务器，控制器服务器与综采工作面的第一台或者最后一台支架控制器连接；

所述微型基站与UWB标签之间采用双向测距TWR算法实现测距计算，UWB标签为测距发起方，微型基站将所有测得的距离信息发送至支架控制器上；

所述井上控制中心包括上位机服务器和位置计算引擎，所述上位机服务器和位置计算引擎之间双向通信，其中位置计算引擎定时读取上位机服务器中的标签测距信息，并根据位置计算算法进行位置计算。

2.根据权利要求1所述的一种综采工作面人员定位系统，其特征在于：每个微型基站都安装在液压支架的中间位置。

3.根据权利要求2所述的一种综采工作面人员定位系统，其特征在于：所述微型基站具体采用DWM3000模块作为微型基站的核心芯片。

4.根据权利要求2所述的一种综采工作面人员定位系统，其特征在于：所述UWB标签包括DWM3000模块、单片机、电池和唤醒电路，由井下工作人员佩戴在腰间实现人员定位，或者将UWB标签安装到设备上进行设备定位，每个UWB标签都有一个唯一的ID，在进入综采工作面工作之前对UWB标签进行配置操作。

5.根据权利要求2所述的一种综采工作面人员定位系统，其特征在于：所述上位机服务器通过交换机与控制器服务器进行连接，用于存储井下上传的标签测距信息，所述上位机服务器通过以太网与位置计算引擎进行连接。

6.一种综采工作面人员定位方法，采用如权利要求2-5任一项所述的综采工作面人员定位系统，其特征在于：包括如下步骤：

S1：标签距离测定：采用双向测距TWR算法实现微型基站与UWB标签之间的测距，UWB标签为测距过程中的发起方，具体测距过程如下：

进入综采工作面后UWB标签向微型基站发起广播，查询是否可以进行测距；

整个综采工作面的微型基站通过相互通信来实现接入设备的统一管理，第一个收到标签数据的微型基站A_n根据当前通信情况向UWB标签返回接入时间T₁，其中第一个收到标签数据的微型基站A_n设为本次标签测距过程中的定位基站；

UWB标签在收到定位基站发来的接入时间T₁以后，从数据包中获取定位基站的ID并绑定，休眠T₁后开始与绑定的定位基站进行TWR测距；

将测距结果d_n存储在UWB标签中，接下来UWB标签还将和A_n-2、A_n-1、A_n+1、A_n+2进行测距，并得到与之相应的距离d_n-2、d_n-1、d_n+1、d_n+2，判断得出距离UWB标签最近的微型基站，UWB标签将所有测得的测距数据发送给最近的微型基站；

S2：位置计算：当距离UWB标签最近的微型基站收到UWB标签传来的测距数据以后，会将距离UWB标签最近的两个微型基站A_x、A_y的距离d_x、d_y信息和微型基站的ID数据发送到支架控制器，支架控制器收到以后将数据转发到控制器服务器，控制器服务器将所有标签测距数据定时转发到上位机服务器，位置计算引擎定时从上位机服务器获取标签测距数据，通过综采工作面液压支架的架间距离结合距离UWB标签最近的两个测距数据，计算得出UWB标签当前所处在综采工作面中的实际位置。