[发明专利]一种综采工作面人员定位系统及方法

说明书

本发明提供了一种综采工作面人员定位系统及方法，属于定位系统技术领域；解决了当前综采工作面定位精度差、数据传输率低、人员定位信息不准确的问题；包括井上控制中心和井下控制系统，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，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，在每一个综采工作面上安装一台控制器服务器；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，微型基站将所有测得的距离信息发送至支架控制器上；井上控制中心包括上位机服务器和位置计算引擎，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；本发明应用于井下人员定位。

技术领域

本发明提出了一种综采工作面人员定位系统及方法，属于定位系统技术领域。

背景技术

煤矿行业是公认的高风险行业，工作场所大多在地下，受限空间处于不断变化和移动中。井下地质条件复杂多变、生产条件恶劣，加之技术装备、职工技术人员素质相对偏低等不利因素，经常发生透水、火灾、瓦斯、有毒有害气体泄露等事故以及经常受到自然灾害的威胁。而井下人员定位系统在防范事故发生、减少事故伤害等方面都发挥了不可替代的作用。根据国家煤矿安全规程规定，现有煤矿必须在井下安装人员定位系统。除此之外有很多井下的重要设备也需要精确高效的定位才能够更好的工作，如采煤机、刮板机和运输机等。因此井下定位系统成为了煤矿企业的必备系统之一。

在目前的主流井下定位系统中，定位最为精确的便是超宽带技术（Ultra WideBand，后简称UWB），UWB技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

但是，在现有应用于井下的UWB定位系统中，UWB基站分布稀疏，能够定位到的位置较为模糊，尤其是在工况较为复杂的采煤工作面，由于液压支架对UWB信号的干扰效果更为明显导致定位效果极差、数据传输成功率明显降低，不能够及时的定位到工作人员在工作面的精确位置。

发明内容

本发明为了解决当前综采工作面定位精度差、数据传输率低、人员定位信息不准确的问题，提出了一种综采工作面人员定位系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种综采工作面人员定位系统，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。

每个微型基站都安装在液压支架的中间位置。

所述微型基站具体采用DWM3000模块作为微型基站的核心芯片。

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。

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。