煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，該煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)包括：定點(diǎn)從設(shè)備，設(shè)置于巷道壁上的定位節(jié)點(diǎn)處，用于為盲節(jié)點(diǎn)定位提供位置應(yīng)答信息；盲點(diǎn)從設(shè)備，設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械上的盲節(jié)點(diǎn)處，與所述定點(diǎn)從設(shè)備通信，用于根據(jù)所述位置應(yīng)答信息獲取位于所述煤礦機(jī)械上的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息；主設(shè)備，建立無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，與所述至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備通信，用于根據(jù)所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息獲取待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)。通過實(shí)施本發(fā)明，能夠減少煤礦惡劣環(huán)境對(duì)定位監(jiān)控的影響，有效提高煤礦生產(chǎn)的安全性。
【專利說明】煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦開采【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著煤礦開采機(jī)械化、自動(dòng)化程度的不斷提高，大量的煤礦機(jī)械被應(yīng)用到井下。由 于煤礦井下環(huán)境惡劣、工況條件差，這對(duì)長(zhǎng)期工作在這種環(huán)境下煤礦機(jī)械提出了很高的要 求，如何實(shí)時(shí)掌握井下工作機(jī)械的參數(shù)、位置信息，將對(duì)煤礦安全生產(chǎn)起到促進(jìn)作用。
[0003] 本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有的煤礦機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)主要為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，有線監(jiān)控居多。 這種監(jiān)控方式對(duì)于煤礦機(jī)械的定位精度較低，往往只能提供工段級(jí)的定位精度，而且有線 監(jiān)控布線繁瑣。本申請(qǐng)的發(fā)明人預(yù)測(cè)：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將無線技術(shù)逐步成熟的應(yīng)用 到煤礦機(jī)械的監(jiān)控、定位中成為必然的技術(shù)趨勢(shì)。然而，目前很少有成熟的無線監(jiān)控方案， 對(duì)煤礦機(jī)械的無線監(jiān)控、定位方面通用性較差，應(yīng)用場(chǎng)景單一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提出一種煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，能夠減 少煤礦惡劣環(huán)境對(duì)定位監(jiān)控的影響，有效提高煤礦生產(chǎn)的安全性。
[0005] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，該煤礦機(jī) 械的定位監(jiān)控系統(tǒng)包括：定點(diǎn)從設(shè)備，設(shè)置于巷道壁上的定位節(jié)點(diǎn)處，用于為盲節(jié)點(diǎn)定位 提供位置應(yīng)答信息；至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備，設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械上的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn) 處，與定點(diǎn)從設(shè)備通信，用于根據(jù)位置應(yīng)答信息并融合RSSI (Received Signal Strength Indicator,接收信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)）測(cè)距原理和TOF(Time of Flight,飛行時(shí)間）測(cè)距原理，計(jì) 算出位于煤礦機(jī)械上的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息；主設(shè)備，建立無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，與至少兩 個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備通信，用于提取至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息進(jìn)行濾波處理，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的 至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；以及，用于結(jié)合該至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離對(duì)該至少 兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理，并計(jì)算得到獲取待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)。
[0006] 可選地，在一些實(shí)施例中，至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備包括第一盲點(diǎn)從設(shè)備和第二盲點(diǎn) 從設(shè)備，分別設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械的第一盲節(jié)點(diǎn)和第二盲節(jié)點(diǎn)上；其中，第一盲點(diǎn)從設(shè)備 和第二盲點(diǎn)從設(shè)備之間的實(shí)際距離為定值。
[0007] 可選地，在一些實(shí)施例中，至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備中一個(gè)包括：第一收發(fā)模塊，用于 加入無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)并周期性地以廣播的方式發(fā)出位置請(qǐng)求信息，接收定點(diǎn)從設(shè)備反饋的位 置應(yīng)答信息；主控模塊，與第一收發(fā)模塊連接，用于提取位置應(yīng)答信息中的位置坐標(biāo)，并據(jù) 此計(jì)算此處盲節(jié)點(diǎn)與發(fā)送位置應(yīng)答信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的定位距離，結(jié)合定位節(jié)點(diǎn)的位置 坐標(biāo)，計(jì)算得到至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息；其中，第一收發(fā)模塊與主設(shè)備連接，用于將至 少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息發(fā)送給主設(shè)備；電源模塊，用于為第一收發(fā)模塊和主控模塊供電。
[0008] 可選地，在一些實(shí)施例中，主控模塊包括：第一計(jì)算單元，基于RSSI測(cè)距原理，計(jì) 算所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的第一參考距離Lk ;第二計(jì)算單元， 基于TOF測(cè)距原理，計(jì)算所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的第二參考距 離Lt ;第三計(jì)算單元，根據(jù)盲節(jié)點(diǎn)廣播位置請(qǐng)求的周期、待定位煤礦機(jī)械正常運(yùn)行的平均速 度、第一參考距離Lk和第二參考距離Lt，進(jìn)行優(yōu)化處理得到所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求 信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的定位距離L ;第四計(jì)算單元，根據(jù)定位距離L、與反饋位置應(yīng)答信息 對(duì)應(yīng)的定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，計(jì)算得到至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息。
[0009] 可選地，在一些實(shí)施例中，定點(diǎn)從設(shè)備包括：第二收發(fā)模塊，用于加入無線監(jiān)控網(wǎng) 絡(luò)或接入礦井有線網(wǎng)絡(luò)，并接收至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備發(fā)出的位置請(qǐng)求信息；應(yīng)答模塊，用于 根據(jù)位置請(qǐng)求信息生成位置應(yīng)答信息；其中，第二收發(fā)模塊還用于向發(fā)出位置請(qǐng)求信息的 盲點(diǎn)從設(shè)備發(fā)送位置應(yīng)答信息。
[0010] 可選地，在一些實(shí)施例中，該煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)還包括監(jiān)控從設(shè)備，用于監(jiān) 控采煤機(jī)、刮板機(jī)、和/或液壓支架的工作狀態(tài)；監(jiān)控從設(shè)備的身份標(biāo)識(shí)與被監(jiān)測(cè)的液壓支 架、采煤機(jī)、刮板機(jī)的身份標(biāo)識(shí)綁定。其中，監(jiān)控從備包括：監(jiān)控模塊，與設(shè)置于煤礦機(jī)械監(jiān) 控點(diǎn)上的傳感器連接，用于輪詢監(jiān)控點(diǎn)的工作狀態(tài)參數(shù)；第三收發(fā)模塊，用于將監(jiān)控點(diǎn)的工 作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給主設(shè)備。
[0011] 可選地，在一些實(shí)施例中，監(jiān)控從設(shè)備還包括：判斷模塊，用于判斷監(jiān)控點(diǎn)的工作 狀態(tài)參數(shù)是否超過預(yù)設(shè)的閾值；報(bào)警模塊，與判斷模塊及執(zhí)行模塊連接，用于在確定工作狀 態(tài)參數(shù)超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
[0012] 可選地，在一些實(shí)施例中，定點(diǎn)從設(shè)備或監(jiān)控從設(shè)備還包括：顯示界面，用于顯示 工作模式、監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)參數(shù)、和/或報(bào)警信息；其中，工作模式包括定位模式和監(jiān)控模 式；和/或，復(fù)用鍵盤，用于手動(dòng)輸入控制參數(shù)或查詢命令；和/或，接口模塊，包括串口程 序燒寫接口、用于與礦井有線網(wǎng)絡(luò)連接的CAN (控制器局域網(wǎng)）接口、傳感器連接的接口、以 及與煤礦機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口。
[0013] 可選地，在一些實(shí)施例中，主設(shè)備還用于：通過點(diǎn)多點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式向監(jiān)控從 設(shè)備發(fā)送控制命令，并將控制命令和/或待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)上傳至上位機(jī)的管理 中心和/或予以顯示。上述第三收發(fā)模塊還用于：接收控制命令，并傳遞給其所監(jiān)控的煤礦 機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0014] 可選地，在一些實(shí)施例中，主設(shè)備包括：人機(jī)交互模塊，用于選擇工作頻率、建立無 線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、以及顯示工作模式；其中，工作模式包括定位模式和監(jiān)控模式；主收發(fā)模塊， 用于接收至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息、監(jiān)控點(diǎn)的工作參數(shù)信息，向監(jiān)控從設(shè)備發(fā)送控制命 令；以及，用于通過無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)發(fā)送控制命令和待定位煤礦機(jī)械的 定位坐標(biāo)；定位模塊，與主收發(fā)模塊連接，用于提取至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息并對(duì)其進(jìn)行 濾波處理，獲取至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；以及，用于根據(jù)設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械上的第 一盲點(diǎn)從設(shè)備和第二盲點(diǎn)從設(shè)備之間的實(shí)際距離優(yōu)化至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，獲取待 定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)；監(jiān)控模塊，與主收發(fā)模塊、人機(jī)交互模塊連接，用于收集監(jiān)控從 設(shè)備發(fā)來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合處理后存儲(chǔ)；以及，用于判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否超出預(yù)先 設(shè)置對(duì)應(yīng)的閾值。
[0015] 可選地，在一些實(shí)施例中，人機(jī)交互模塊還用于在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)顯 示故障并報(bào)警，并用于輸入控制命令對(duì)故障支架進(jìn)行無線控制。和/或，第一收發(fā)模塊、第 二收發(fā)模塊、第三收發(fā)模塊、以及主收發(fā)模塊還用于：選擇各自的工作頻率，調(diào)節(jié)各自的通 信范圍。
[0016] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明各實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 本發(fā)明煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)采用無線監(jiān)控方式，無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的布網(wǎng)方便簡(jiǎn) 單。采用本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案后，可快速在同一區(qū)域建立多個(gè)互不干擾的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信控制方式，通信范圍可調(diào)，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，通用性好。
[0018] 另外，定位監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件設(shè)備可采用模塊化設(shè)計(jì)，軟、硬件均可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用 進(jìn)行選擇。這樣，一方面可避免現(xiàn)有較為復(fù)雜的布線工作，節(jié)約成本；另一方面還可兼容現(xiàn) 有成熟的有線網(wǎng)絡(luò)，形成更大的健壯的監(jiān)控和定位網(wǎng)絡(luò)。
[0019] 因此，本發(fā)明煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)采用RSSI和TOF融合的優(yōu)化測(cè)距算法、雙 (或多）盲節(jié)點(diǎn)定位方法，可減少煤礦井下惡劣環(huán)境對(duì)定位效果的影響，更大限度地提高定 位精度性，有效提高煤礦生產(chǎn)的安全性。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例的更多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將在之后的【具體實(shí)施方式】予以說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，本發(fā)明 的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0022] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)的分布示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)中主設(shè)備的工作流程示意 圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)中從設(shè)備的工作流程示意 圖。
[0025] 附圖標(biāo)記說明
[0026] 10 主設(shè)備
[0027] 20 定點(diǎn)從設(shè)備
[0028] 21 第一盲點(diǎn)從設(shè)備
[0029] 22 第二盲點(diǎn)從設(shè)備
[0030] 23 監(jiān)控從設(shè)備
[0031] 30 礦井有線網(wǎng)絡(luò)
[0032] 40 無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)
[0033] 50 待定位煤礦機(jī)械
[0034] 60 液壓支架

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組 合。
[0037] 為了解決現(xiàn)有煤礦機(jī)械監(jiān)控、定位技術(shù)中存在的有線監(jiān)控布線繁瑣、定位精度低， 無線監(jiān)控通用性差、方案不成熟等問題，本實(shí)施例提出一種煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā) 明各實(shí)施例中的硬件設(shè)備可從在系統(tǒng)中的作用劃分為主設(shè)備和從設(shè)備，主設(shè)備和從設(shè)備均 可采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際需求對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪。例如，主設(shè)備為全功能設(shè)備，包 括所有模塊，從設(shè)備可不具備顯示、按鍵等功能。對(duì)應(yīng)于主、從設(shè)備的硬件配置，本發(fā)明各實(shí) 施例中的軟件程序主要包括主設(shè)備程序和從設(shè)備程序，主設(shè)備負(fù)責(zé)建立無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可 工作在監(jiān)控模式和定位模式兩種模式；從設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，可工作在監(jiān)測(cè)模 式、定位模式和盲節(jié)點(diǎn)模式三種模式?？蓪⒈景l(fā)明各實(shí)施例提出的設(shè)備不同的工作模式程 序分別固定于不同的硬件設(shè)備中，以形成定位監(jiān)控系統(tǒng)中不同的硬件角色。
[0038] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步說明：
[0039] 參照?qǐng)D1，其為本實(shí)施例提出的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)的分布示意圖。本實(shí)施例 中，該煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)包括：定點(diǎn)從設(shè)備20、盲點(diǎn)從設(shè)備及主設(shè)備10。
[0040] 其中，定點(diǎn)從設(shè)備20設(shè)置于巷道壁上的定位節(jié)點(diǎn)處，用于為盲節(jié)點(diǎn)定位提供位置 應(yīng)答信息。盲點(diǎn)從設(shè)備設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械50上的盲節(jié)點(diǎn)處，與定點(diǎn)從設(shè)備20通信，用 于根據(jù)位置應(yīng)答信息并融合RSSI測(cè)距原理和TOF測(cè)距原理，計(jì)算出位于煤礦機(jī)械上的至少 兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息。
[0041] 主設(shè)備10建立無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，與至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備通信，用于提取該至少兩個(gè) 盲節(jié)點(diǎn)的位置信息進(jìn)行濾波處理，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；以及，主設(shè) 備10用于結(jié)合所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離對(duì)所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)進(jìn) 行優(yōu)化處理，并計(jì)算得到待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)。
[0042] 上述煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)中，通過主設(shè)備10布網(wǎng)，方便簡(jiǎn)單，可快速在同一 區(qū)域建立多個(gè)互不干擾的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通用性好。各監(jiān)控定位設(shè)備如定點(diǎn)從設(shè)備20、至少兩個(gè) 盲點(diǎn)從設(shè)備及主設(shè)備10,可通過無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，且通信范圍 可調(diào)，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，雖然上述實(shí)施例采用的是無線通信方式，但也可兼容井 下的有線網(wǎng)絡(luò)，形成更大的健壯的監(jiān)控和定位網(wǎng)絡(luò)。
[0043] 并且，上述實(shí)施例采用RSSI和TOF融合的優(yōu)化測(cè)距算法、雙（或多）盲節(jié)點(diǎn)定位 方法，可減少煤礦井下惡劣環(huán)境對(duì)定位效果的影響，更大限度地提高定位精度性，有效提高 煤礦生產(chǎn)的安全性。
[0044] 需要指出的是，定點(diǎn)從設(shè)備20、至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備及主設(shè)備10可具有相同的硬 件組成，硬件可采用模塊化設(shè)計(jì)，各監(jiān)控定位設(shè)備的軟、硬件均可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇， 節(jié)約成本。例如，通過硬件設(shè)備上的按鍵選擇工作模式和通信范圍的方法來適應(yīng)不同的應(yīng) 用。在設(shè)計(jì)中遵循軟硬件可裁剪的原則，硬件設(shè)備主要由主控模塊、人機(jī)交互模塊、接口模 塊、電源模塊組成。在應(yīng)用中主要有兩種設(shè)備：主設(shè)備和從設(shè)備，兩種設(shè)備之間通過無線方 式組網(wǎng)、交換數(shù)據(jù)。主設(shè)備包括所有的硬件模塊，在應(yīng)用中主要負(fù)責(zé)收集顯示網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)、編輯發(fā)送控制命令；從設(shè)備由基本功能模塊組成，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)、定位數(shù)據(jù)的處理、上傳。
[0045] 另外，在各主、從設(shè)備中也可通過植入不同的軟件控制程序，實(shí)現(xiàn)不同的工作模 式，如定位模式、監(jiān)控模式、盲節(jié)點(diǎn)模式等。上述實(shí)施例中的軟件程序主要可包括主設(shè)備程 序和從設(shè)備程序，這樣實(shí)現(xiàn)同一硬件設(shè)備可工作在不同的工作模式，而無需更換硬件。
[0046] 上述實(shí)施例中的軟件程序主要包括主設(shè)備程序和從設(shè)備程序，主、從設(shè)備的工作 流程分別如圖2圖3所示。而對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)備可選擇執(zhí)行不同的工作模式。
[0047] 為便于理解上述實(shí)施例，下面結(jié)合圖2和圖3對(duì)各主、從設(shè)備的工作過程作以下說 明：
[0048] 1、從設(shè)各：肓節(jié)點(diǎn)樽式
[0049] 如圖1所示，作為一種可選的實(shí)施方式，上述煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)中，至少兩 個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備包括第一盲點(diǎn)從設(shè)備21和第二盲點(diǎn)從設(shè)備22,分別設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械 50的第一盲節(jié)點(diǎn)和第二盲節(jié)點(diǎn)上。其中，第一盲點(diǎn)從設(shè)備21和第二盲點(diǎn)從設(shè)備22之間的 實(shí)際距離為定值。這里，盲節(jié)點(diǎn)是指位置坐標(biāo)尚不確定的、有待通過計(jì)算獲取的節(jié)點(diǎn)位置。
[0050] 其中，待定位煤礦機(jī)械50為需跟蹤定位的礦下設(shè)備，例如，可以是梭車、支架搬運(yùn) 車等移動(dòng)機(jī)械，上述煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于礦井下需跟蹤定位的場(chǎng)景。
[0051] 在一可選實(shí)施例中，上述至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備中的一個(gè)可進(jìn)一步包括：第一收發(fā) 模塊、主控模塊及電源模塊；其中，第一收發(fā)模塊用于加入無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)并周期性地以廣播 的方式發(fā)出位置請(qǐng)求信息，接收定點(diǎn)從設(shè)備20反饋的位置應(yīng)答信息。主控模塊與第一收發(fā) 模塊連接，用于提取位置應(yīng)答信息中的位置坐標(biāo)，并據(jù)此計(jì)算此處盲節(jié)點(diǎn)與發(fā)送位置應(yīng)答 信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的定位距離，結(jié)合定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，計(jì)算得到至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的 位置信息。其中，第一收發(fā)模塊與主設(shè)備連接，用于將至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息發(fā)送給主 設(shè)備。
[0052] 上述實(shí)施例中，電源模塊用于為第一收發(fā)模塊和主控模塊供電。上述實(shí)施例中，電 源模塊可采用鎳氫充電電池或外置本安電源兩種方案。為符合煤安要求鎳氫充電電池需增 加可靠的精密限流電阻且整體膠封，以便于整體更換。
[0053] 這里，提出一種RSSI測(cè)距和TOF測(cè)距綜合優(yōu)化算法及多盲節(jié)點(diǎn)的定位方式，實(shí)現(xiàn) 煤礦機(jī)械的高精度定位。因此，作為一種可選的實(shí)施方式，上述主控模塊可包括以下模塊：
[0054] 1)第一計(jì)算單元，基于RSSI測(cè)距原理，計(jì)算所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求信息的 定位節(jié)點(diǎn)之間的第一參考距離lk。
[0055] 2)第二計(jì)算單元，基于TOF測(cè)距原理，計(jì)算所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求信息的 定位節(jié)點(diǎn)之間的第二參考距離Lt。
[0056] 3)第三計(jì)算單元，根據(jù)盲節(jié)點(diǎn)廣播位置請(qǐng)求的周期、待定位煤礦機(jī)械正常運(yùn)行的 平均速度、第一參考距離Lk和第二參考距離Lt，進(jìn)行優(yōu)化處理得到所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位 置請(qǐng)求信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的定位距離L。
[0057] 4)第四計(jì)算單元，根據(jù)定位距離L、與反饋位置應(yīng)答信息對(duì)應(yīng)的定位節(jié)點(diǎn)的位置 坐標(biāo)，計(jì)算得到至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息。
[0058] 以支架搬運(yùn)車定位應(yīng)用為例，將工作于定位節(jié)點(diǎn)模式的定點(diǎn)從設(shè)備20布置于支 架搬運(yùn)車行駛路線的巷道壁的指定的已知點(diǎn)位置上。第一盲點(diǎn)從設(shè)備21和第二盲點(diǎn)從設(shè) 備22布置于支架搬運(yùn)車的開闊，且電磁干擾低的位置上，兩點(diǎn)之間距離c已知，并使之工作 于盲節(jié)點(diǎn)模式。
[0059] 需要說明的是，為增加定位網(wǎng)絡(luò)的可靠性和網(wǎng)絡(luò)生存周期，也可將定點(diǎn)從設(shè)備20 接入煤礦現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)30中進(jìn)行取電和數(shù)據(jù)傳輸，主設(shè)備10可手持，用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控指揮， 也可連接到有線網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)程定位監(jiān)測(cè)。
[0060] 為便于理解上述實(shí)施例，如圖3所示，對(duì)各從設(shè)備的工作過程作進(jìn)一步說明：
[0061] 1)盲節(jié)點(diǎn)模式下的從設(shè)備：布置在支架搬運(yùn)車上的第一盲點(diǎn)從設(shè)備21和第二盲 點(diǎn)從設(shè)備22以固定周期采用廣播的方式發(fā)送位置請(qǐng)求信息。其中，廣播周期根據(jù)移動(dòng)機(jī)械 的移動(dòng)速度來決定。
[0062] 2)定位節(jié)點(diǎn)模式下的從設(shè)備：布置于巷道壁上的定點(diǎn)從設(shè)備20接收到位置請(qǐng)求 信息后進(jìn)行應(yīng)答。支架搬運(yùn)車上的第一盲點(diǎn)從設(shè)備21和第二盲點(diǎn)從設(shè)備22分別根據(jù)各自 最先接收到的三個(gè)定點(diǎn)從設(shè)備20的位置應(yīng)答信息，提取應(yīng)答者的位置坐標(biāo)，并計(jì)算與其自 身的距離。
[0063] 下面，對(duì)上述實(shí)施例中采用的RSSI測(cè)距和TOF測(cè)距的綜合優(yōu)化算法及多盲節(jié)點(diǎn) 的定位方式進(jìn)一步說明如下：由于煤礦井下巷壁對(duì)無線信號(hào)吸收、衰減，現(xiàn)在普遍采用的 RSSI測(cè)距方法無法得到高精度的定位效果，本發(fā)明中提出一種融合RSSI和TOF的綜合優(yōu)化 測(cè)距算法，經(jīng)計(jì)算可得到如下式所示的測(cè)距結(jié)果：
[0064]

【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括： 定點(diǎn)從設(shè)備（20)，設(shè)置于巷道壁上的定位節(jié)點(diǎn)處，用于為盲節(jié)點(diǎn)定位提供位置應(yīng)答信 息； 至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備，設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械（50)上的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)處，與所述定 點(diǎn)從設(shè)備（20)通信，用于根據(jù)所述位置應(yīng)答信息并融合RSSI (接收信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)）測(cè)距原 理和TOF(飛行時(shí)間）測(cè)距原理，計(jì)算出位于所述煤礦機(jī)械上的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信 息； 主設(shè)備（10)，建立無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（40)，與所述至少兩個(gè)盲點(diǎn)從設(shè)備通信，用于提取所 述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息進(jìn)行濾波處理，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐 標(biāo)；以及，用于結(jié)合所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離對(duì)所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐 標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理，并計(jì)算得到所述待定位煤礦機(jī)械（50)的定位坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個(gè)盲點(diǎn) 從設(shè)備包括第一盲點(diǎn)從設(shè)備（21)和第二盲點(diǎn)從設(shè)備（22);所述第一盲點(diǎn)從設(shè)備（21)和第 二盲點(diǎn)從設(shè)備（22)分別設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械（50)的第一盲節(jié)點(diǎn)和第二盲節(jié)點(diǎn)上； 其中，所述第一盲點(diǎn)從設(shè)備（21)和所述第二盲點(diǎn)從設(shè)備（22)之間的實(shí)際距離為定值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個(gè)盲點(diǎn) 從設(shè)備中的一個(gè)包括： 第一收發(fā)模塊，用于加入無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)并周期性地以廣播的方式發(fā)出位置請(qǐng)求信息， 接收所述定點(diǎn)從設(shè)備（20)反饋的位置應(yīng)答信息； 主控模塊，與所述第一收發(fā)模塊連接，用于提取所述位置應(yīng)答信息中的位置坐標(biāo)，并 據(jù)此計(jì)算此處盲節(jié)點(diǎn)與發(fā)送所述位置應(yīng)答信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的定位距離，結(jié)合所述定位 節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，計(jì)算得到至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息；其中，所述第一收發(fā)模塊與所述主 設(shè)備連接，用于將所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息發(fā)送給所述主設(shè)備； 電源模塊，用于為所述第一收發(fā)模塊和所述主控模塊供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模塊包括： 第一計(jì)算單元，基于RSSI (接收信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)）測(cè)距原理，計(jì)算所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位 置請(qǐng)求信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的第一參考距離; 第二計(jì)算單元，基于TOF(飛行時(shí)間）測(cè)距原理，計(jì)算所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求信 息的定位節(jié)點(diǎn)之間的第二參考距離LT ; 第三計(jì)算單元，根據(jù)盲節(jié)點(diǎn)廣播位置請(qǐng)求的周期、待定位煤礦機(jī)械正常運(yùn)行的平均速 度、第一參考距離LK和第二參考距離LT，進(jìn)行優(yōu)化處理得到所處盲節(jié)點(diǎn)與應(yīng)答其位置請(qǐng)求 信息的定位節(jié)點(diǎn)之間的定位距離L ; 第四計(jì)算單元，根據(jù)所述定位距離L、與反饋所述位置應(yīng)答信息對(duì)應(yīng)的定位節(jié)點(diǎn)的位置 坐標(biāo)，計(jì)算得到盲點(diǎn)位置信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述定點(diǎn)從設(shè)備 (20)包括： 第二收發(fā)模塊，用于加入所述無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（40)或接入礦井有線網(wǎng)絡(luò)（30)，并接收所 述盲點(diǎn)從設(shè)備發(fā)出的位置請(qǐng)求信息； 應(yīng)答模塊，用于根據(jù)所述位置請(qǐng)求信息生成位置應(yīng)答信息； 其中，所述第二收發(fā)模塊還用于向發(fā)出所述位置請(qǐng)求信息的盲點(diǎn)從設(shè)備發(fā)送位置應(yīng)答 信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系 統(tǒng)還包括監(jiān)控從設(shè)備（23)，用于監(jiān)控采煤機(jī)、刮板機(jī)和液壓支架（60)中至少一個(gè)的工作狀 態(tài)；所述監(jiān)控從設(shè)備（23)的身份標(biāo)識(shí)與被監(jiān)測(cè)的液壓支架￠0)、采煤機(jī)、刮板機(jī)的身份標(biāo) 識(shí)綁定；其中，所述監(jiān)控從設(shè)備（23)包括： 監(jiān)控模塊，與設(shè)置于煤礦機(jī)械監(jiān)控點(diǎn)上的傳感器連接，用于輪詢監(jiān)控點(diǎn)的工作狀態(tài)參 數(shù)； 第三收發(fā)模塊，用于將所述監(jiān)控點(diǎn)的工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給所述主設(shè)備（10)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控從設(shè)備 (23)還包括： 判斷模塊，用于判斷所述監(jiān)控點(diǎn)的工作狀態(tài)參數(shù)是否超過預(yù)設(shè)的閾值； 報(bào)警模塊，與所述判斷模塊及所述執(zhí)行模塊連接，用于在確定工作狀態(tài)參數(shù)超過預(yù)設(shè) 的閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述定點(diǎn)從設(shè)備 (20)或所述監(jiān)控從設(shè)備（23)還至少包括以下結(jié)構(gòu)中的一個(gè)： 顯示界面，用于顯示工作模式、監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)參數(shù)和報(bào)警信息中至少一個(gè)；其中，所 述工作模式包括定位模式和監(jiān)控模式； 復(fù)用鍵盤，用于手動(dòng)輸入控制參數(shù)或查詢命令； 接口模塊，包括串口程序燒寫接口、用于與礦井有線網(wǎng)絡(luò)（30)連接的CAN(控制器局域 網(wǎng)）接口、與所述傳感器連接的接口、以及與煤礦機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于： 所述主設(shè)備（10)還用于：通過點(diǎn)多點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式向所述監(jiān)控從設(shè)備（23)發(fā)送 控制命令，并將所述控制命令和/或待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)上傳至上位機(jī)的管理中心 和/或予以顯示； 所述第三收發(fā)模塊還用于：接收所述控制命令，并傳遞給其所監(jiān)控的煤礦機(jī)械的執(zhí)行 機(jī)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述主設(shè)備（10)包 括： 人機(jī)交互模塊，用于建立無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、以及顯示工作模式；其中，所述工作模式包括 定位模式和監(jiān)控模式； 主收發(fā)模塊，用于接收所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息、監(jiān)控點(diǎn)的工作參數(shù)信息，向所 述監(jiān)控從設(shè)備（23)發(fā)送控制命令；以及，用于通過無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（40)或有線網(wǎng)絡(luò)（30)向 所述上位機(jī)發(fā)送所述控制命令和待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)； 定位模塊，與所述主收發(fā)模塊連接，用于提取至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置信息并對(duì)其進(jìn)行 濾波處理，獲取至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；以及，用于根據(jù)設(shè)置于待定位煤礦機(jī)械上的第 一盲點(diǎn)從設(shè)備（21)和所述第二盲點(diǎn)從設(shè)備（22)之間的實(shí)際距離優(yōu)化所述至少兩個(gè)盲節(jié)點(diǎn) 的位置坐標(biāo)，獲取待定位煤礦機(jī)械的定位坐標(biāo)； 監(jiān)控模塊，與所述主收發(fā)模塊、所述人機(jī)交互模塊連接，用于收集監(jiān)控從設(shè)備（23)發(fā) 來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合處理后存儲(chǔ)；以及，用于判斷所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否超出預(yù) 先設(shè)置對(duì)應(yīng)的閾值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的煤礦機(jī)械的定位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于： 所述人機(jī)交互模塊還用于：在所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)顯示故障并報(bào)警，并用 于輸入控制命令對(duì)故障支架進(jìn)行無線控制；和/或， 所述第一收發(fā)模塊、所述第二收發(fā)模塊、所述第三收發(fā)模塊、以及所述主收發(fā)模塊還用 于：選擇各自的工作頻率，調(diào)節(jié)各自的通信范圍。
【文檔編號(hào)】G01S5/02GK104360311SQ201410639869
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】孫延飛, 王穎, 王靜 申請(qǐng)人:三一重型裝備有限公司