[发明专利]井下电磁波超声联合定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于煤矿井下的电磁波超声联合定位系统及方法。本系统包括设在井上的地面监控终端，设在井下的中心站，多个网关节点，光纤，总线，多个锚节点，多个移动节点，设在远地点上层终端，其中应用于井下的设备均是本质安全型设备。本方法是一种使用电磁波和超声波配合的联合定位方法，根据巷道的空间结构和电磁波、超声波的本身属性特点，使用可以同时发射电磁波和超声波两种无线信号的移动节点，根据对数-常态模型，使用电磁波测得移动节点与锚节点的距离，根据TOF测距原理，使用超声波测得移动节点到巷道壁的距离和移动节点到巷道底面的距离，进而使用简单的算法直接得到移动节点的位置坐标，实现精确定位。本发明的井下电磁波超声联合定位系统及方法定位精度高，成本低，并且耗能少，系统设备结构简单。

主权项

一种井下电磁波超声联合定位系统，其特征在于，包括地面监控中心，上层终端，井下中心站，网关节点，光纤，总线，锚节点，移动节点；所述地面监控中心是一台计算机或者服务器，或者是多台计算机或者服务器组成的计算机网络；地面监控中心从井下中心站接收从井下发来的定位数据包，处理定位数据包；所述井下中心站是交换机，汇聚网关节点通过总线发过来的定位数据包，通过光纤传输到地面监控中心；所述网关节点布设在支巷道的端点，接收锚节点转发的移动节点发射的定位数据包，通过总线传送到井下中心站；所述每个移动节点分配一个识别码，与移动目标唯一对应，对应关系存储于地面监控中心；移动节点以超声波为传输介质向一侧巷道壁及巷道底面发射超声波信号并接收反射回波，测量其与巷道壁的距离和其与巷道底面的距离，以电磁波为传输介质与锚节点进行通信，获取锚节点发射信号的接收强度和锚节点数字编号，处理形成定位数据包；移动节点将定位数据包发送给最近的锚节点，定位数据包经过锚节点间的存储转发至地面监控中心；所述锚节点悬挂于巷道顶板，距两侧巷道壁距离相等，所有锚节点到巷道底面距离相同；锚节点向移动节点发射电磁波定位信号，接收移动节点发射的电磁波定位请求信号和定位数据包，将移动节点的定位数据包发送至相邻锚节点或网关节点，每个锚节点接收相邻锚节点的数据包并存储转发至相邻的另一个锚节点，接力转发数据包直至到网关节点，每个锚节点分配一个数字编号N，数字编号与其位置坐标对应，对应关系存储于地面监控中心；规定井下巷道纵向坐标轴坐标增大的方向为正方向，N的数值沿着正方向增大；所述总线是CAN总线，或局域网总线，或RS‑485总线，连接网关节点与井下中心站，实现网关节点与井下中心站之间的数据传输；所述光纤连接井下中心站与地面监控中心，实现地面监控中心与井下中心站的数据传输；所述网关节点、锚节点和移动节点上安装传感器，检测周围的环境信息，采用与定位数据信息相同的传输方式，将数据传送到地面监控中心；所述上层终端是处在远地的监控中心，通过Internet网络与地面监控中心连接，获取实时监测数据；所述井下电磁波超声联合定位系统中的井下设备，包括网关节点、总线、锚节点、移动节点，全是本质安全型设备。