專利名稱：一種煤礦井下人員精確定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種煤礦井下人員精確定位的方法，屬于煤礦煤礦井下安全領(lǐng)域，涉及一種通過TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，通過測定信號的能量損耗精確定位井下人員位置的技術(shù)方案。
背景技術(shù)：
煤礦井下人員的安全一直是煤礦安全生產(chǎn)中最為關(guān)心的問題，在歷年的安全事故發(fā)生后，井下人員的救援是事故發(fā)生后的頭等大事，而井下人員的定位又是救援工作中的重中之重。正如歷年礦難報告所述,一旦發(fā)生礦難,如果48小時之內(nèi)井下人員無法獲救，生還幾率幾乎為零，由此可見，快速準(zhǔn)確定位是井下人員獲救的關(guān)鍵之匙。目前，公知的井下人員定位方法主要有兩種，一種是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，另一種 是基于RFID的電子標(biāo)簽檢測方法，盡管在煤礦井中有著一定的應(yīng)用，但是在在復(fù)雜環(huán)境下的精確定位還是難以實現(xiàn)，所以急需提升和進(jìn)一步研究開發(fā)這種應(yīng)用能力的空間。隨著具有國家自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA的不斷發(fā)展，以及技術(shù)的日趨成熟，TD技術(shù)已被廣泛的推廣，被滲透進(jìn)了日常生產(chǎn)和生活中。尤其是近年來大唐公司開發(fā)研究的本安基站的實驗成功，使得TD技術(shù)在井下的應(yīng)用成為可能。在地面以上的手機定位是通過基站與GPS聯(lián)合定位實現(xiàn)的，但是在井下無法實用GPS，自由空間下距離和功率損耗的公式Ftei = 32.44 + 201grf+201g/在井下的復(fù)雜環(huán)境中由巷道壁等因素引起的功率損耗使該公式無法通過功率損耗計算確定相對距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種煤礦井下人員精確定位的方法的目的在于利用TD本身具有的通信性能好，可以應(yīng)對井下的復(fù)雜環(huán)境，即使發(fā)生礦難，井下巷道被破壞，井下人員的位置依舊可以精確定位，同時TD傳輸速度快，定位速度快，只需要10幾秒鐘就可以定位出人員位置，且精度可以精確到米的優(yōu)勢，克服現(xiàn)有井下人員準(zhǔn)確定位的方法的不足，提供一種僅基于TD-SCDMA的基站對手機實現(xiàn)定位，可以使井下人員的定位更加精確化、具體化的一種信號能量損耗檢測煤礦井下人員精確定位的方法。該方法的創(chuàng)新點是基站的設(shè)置和基站的工作方法以及對傳統(tǒng)功率和距離關(guān)系的改進(jìn)，使井下人員定位精確可靠。本發(fā)明一種煤礦井下人員精確定位的方法，其特征在于是一種信號能量損耗檢測煤礦井下人員精確定位的方法，更準(zhǔn)確地講，是一種采用TD-SCDMA技術(shù)，根據(jù)TD信號在礦井環(huán)境中，功率損耗值與傳輸距離的關(guān)系，精確定位出井下人員所在位置的方法，該方法的具體步驟為
I、在井下安置基站，兩個基站之間的間隔為一個基站功效覆蓋范圍半徑，一個信號源被兩個基站接收，形成無縫覆蓋，不存在盲點，兩基站之間的距離< 300m，安置基站的數(shù)目根據(jù)巷道長度和兩基站之間的距離而定，使得基站功效覆蓋整個井下巷道，在巷道的每個交叉口，都安置一個基站，基站在架設(shè)時就確定了自身的位置，即到巷道口的距離，對基站按順序進(jìn)行編號，分別為1、2、3…，一個信號一次只與一個基站進(jìn)行通信，設(shè)置奇數(shù)基站在O秒時開啟工作，10秒時偶數(shù)基站開始工作，同時奇數(shù)基站停止工作，20秒時奇數(shù)基站又開始工作，同時偶數(shù)基站停止工作，這樣以10秒為基站工作切換時間，依次進(jìn)行循環(huán)，所述的基站采用大唐電信礦用無線KT15-F基站，其該基站覆蓋范圍半徑為300m ；
n、在地面安裝服務(wù)器，在地面安裝的是用于接受基站所在位置信息的服務(wù)器，該服務(wù)器與基站通過光纖連接，基站向服務(wù)器提供該基站的位置信息，其所述服務(wù)器采用非x86服務(wù)器；
III、信號發(fā)生模塊手機的配置，給井下人員配置裝有信號 發(fā)生模塊的手機，裝有模塊的手機每隔一個確定的時間發(fā)送一次信號，這個間隔的時間為發(fā)射間隔時間，由工作需要確定發(fā)射間隔時間，發(fā)射間隔時間<基站工作切換時間，信號被I在井下安置的兩個基站依次接收，接收信號的基站向I在地面安裝的服務(wù)器發(fā)出信號，服務(wù)器定位出這兩個基站所處位置，進(jìn)而模糊定位出攜帶該手機人員范圍在兩基站之間；
F精確定位用表示III裝有模塊的手機發(fā)射信號的強度，用表亍工基站接收
到信號的強度，代入式=M-PF2中，計算出信號的傳播損耗,用f表示巷道
內(nèi)由于反射、折射和巷道壁面對信號吸收所造成的損耗，構(gòu)造關(guān)于C的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，?gòu)造方法如下在行道中，分別取裝有模塊的手機距基站的距離J =lm，2m，3m…300m，代入公
式砂Ls - 32.44+ 201grf +201g/+Cr ,式中/表示工作頻率是已知量，計算出o■的值，為
提高精度同一距離重復(fù)計算幾次，建立每個距離I與行道內(nèi)損耗值a之間一一對應(yīng)關(guān)
系數(shù)據(jù)庫，I中確定了兩個基站的位置，在精確定位時，以其中一個基站作為基準(zhǔn)基站，式
Whss = 32.44 + 20IgI) + 20Ig/ +s中，￡)和均為未知量，Wbss和/為已知量，通過已經(jīng)建
立的關(guān)于d和的數(shù)據(jù)庫由計算機進(jìn)行數(shù)值匹配，能夠使等式成立的D和a就是所要求得的量，D就是精確的手機距基準(zhǔn)基站的距離，即為井下人員到基準(zhǔn)基站的距離，若選取位置距巷道口近的基站為基準(zhǔn)基站，井下人員的精確位置為基站到巷道口的距離加D，若選取位置位置距巷道口遠(yuǎn)的基站為基準(zhǔn)基站，井下人員的精確位置為基站到巷道口的距離減D，由此精確定位出井下人員的位置。本發(fā)明一種煤礦井下人員精確定位的方法，優(yōu)點在于不僅能夠快速準(zhǔn)確的定位出井下人員所在位置，而且可以實現(xiàn)實時性，確保可以隨時追蹤到井下人員所在具體位置。計算機對數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，方便實用，可操作性強，由于所有工作都可由計算機完成，即使初級人們工作人員也可以操作。克服了現(xiàn)有的人員定位方法無法進(jìn)行準(zhǔn)確定位的不足，提供了一種信號能量損耗檢測煤礦井下人員精確定位的方法，該方法易于操作，準(zhǔn)確度高，能實時分析工作人員所在位置，一旦出現(xiàn)礦難，可以第一時間檢測到井下人員所處位置，從而可以立即實施救援，保證井下人員工作安全性，降低礦難事故發(fā)生后，井下人員的傷亡率。對于基站安置和基站工作方式以及距離功率公式的改進(jìn)是實現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵和創(chuàng)新所在。
具體實施例方式下面將更加詳細(xì)的描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
I、在井下安置基站，兩個基站之間的間隔為一個基站覆蓋范圍半徑，一個信號源被兩個基站接收，形成無縫覆蓋，不存在盲點，兩基站之間的距離< 300m，安置基站的數(shù)目根據(jù)巷道長度和兩基站之間的距離而定，使得基站可以覆蓋整個井下巷道，在巷道的每個交叉口，都安置一個基站，基站在架設(shè)時就確定了自身的位置坐標(biāo)，對基站按順序進(jìn)行編號，分別為1、2、3…，一個信號一次只與一個基站進(jìn)行通信，設(shè)置奇數(shù)基站在0秒時開啟工作，10秒時偶數(shù)基站開始工作，而奇數(shù)基站停止工作，20秒時奇數(shù)基站開始工作，偶數(shù)基站停止工作，以10秒為基站工作切換時間，每切換一次奇數(shù)基站開始工作同時偶數(shù)基站停止工作或偶數(shù)基站開始工作同時奇數(shù)基站停止工作，依此進(jìn)行循環(huán)，所述的基站采用大唐電信礦用無線KT15-F基站，其該基站覆蓋范圍半徑為300m ;在地面安裝用于接受基站所在位置信息的服務(wù)器，該服務(wù)器與基站通過光纖連接，基站向服務(wù)器提供該基站的位置信息，其所述服務(wù)器采用通用非x86服務(wù)器；
H給井下人員配置裝有信號發(fā)生模塊的手機，裝有模塊的手機每隔一個確定的時間發(fā)送一次信號，這個間隔的時間為發(fā)射間隔時間，由工作需要確定發(fā)射間隔時間，發(fā)射間隔時間(基站工作切換時間，此處假設(shè)發(fā)射間隔時間為IOs，基站工作切換時間為20s，信號被I在井下安置的兩個基站依次接收，接收信號的基站向I在地面安裝的服務(wù)器發(fā)出信號，服務(wù)器定位出這兩個基站所處位置，進(jìn)而模糊定位出攜帶該手機人員范圍在兩基站之間；
III、精確定位用％表示II裝有模塊的手機發(fā)射信號的強度，用,2表示II裝示基站
接收到信號的強度，代入式
權(quán)利要求
1. 一種煤礦井下人員精確定位的方法，其特征在于是一種信號能量損耗檢測煤礦井下人員精確定位的方法，更準(zhǔn)確地講，是一種采用TD-SCDMA技術(shù)，根據(jù)TD信號在礦井環(huán)境中，功率損耗值與傳輸距離的關(guān)系，精確定位出井下人員所在位置的方法，該方法的具體步驟為 I、在井下安置基站，兩個基站之間的間隔為一個基站功效覆蓋范圍半徑，一個信號源被兩個基站接收，形成無縫覆蓋，不存在盲點，兩基站之間的距離< 300m，安置基站的數(shù)目根據(jù)巷道長度和兩基站之間的距離而定，使得基站功效覆蓋整個井下巷道，在巷道的每個交叉口，都安置一個基站，基站在架設(shè)時就確定了自身的位置，即到巷道口的距離，對基站按順序進(jìn)行編號，分別為1、2、3…，一個信號一次只與一個基站進(jìn)行通信，設(shè)置奇數(shù)基站在0秒時開啟工作，10秒時偶數(shù)基站開始工作，同時奇數(shù)基站停止工作，20秒時奇數(shù)基站又開始工作，同時偶數(shù)基站停止工作，這樣以10秒為基站工作切換時間，依次進(jìn)行循環(huán)，所述的基站采用大唐電信礦用無線KT15-F基站，其該基站覆蓋范圍半徑為300m ； II、在地面安裝服務(wù)器，在地面安裝的是用于接受基站所在位置信息的服務(wù)器，該服務(wù)器與基站通過光纖連接，基站向服務(wù)器提供該基站的位置信息，其所述服務(wù)器采用非x86服務(wù)器； III、信號發(fā)生模塊手機的配置，給井下人員配置裝有信號發(fā)生模塊的手機，裝有模塊的手機每隔一個確定的時間發(fā)送一次信號，這個間隔的時間為發(fā)射間隔時間，由工作需要確定發(fā)射間隔時間，發(fā)射間隔時間<基站工作切換時間，信號被I在井下安置的兩個基站依次接收，接收信號的基站向I在地面安裝的服務(wù)器發(fā)出信號，服務(wù)器定位出這兩個基站所處位置，進(jìn)而模糊定位出攜帶該手機人員范圍在兩基站之間； P/、精確定位用％表示III裝有模塊的手機發(fā)射信號的強度，用IT2表示丨基站接收到信號的強度，代入式^⑽=呎-％中，計算出信號的傳播損耗,用^表示巷道內(nèi)由于反射、折射和巷道壁面對信號吸收所造成的損耗，構(gòu)造關(guān)于C的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停瑯?gòu)造方法如下在行道中，分別取裝有模塊的手機距基站的距離J =lm，2m，3m…300m，代入公式Fte =32.44 + 201g<i + 201g/+cr ,式中表示工作頻率是已知量，計算出的值，為提高精度同一距離重復(fù)計算幾次，建立每個距離d與行道內(nèi)損耗值間一一對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，I中確定了兩個基站的位置，在精確定位時，以其中一個基站作為基準(zhǔn)基站，式WL = 32.44+ 20IgD+ 20Ig/+s中，D和^均為未知量，和力已知量，通過已經(jīng)建立的關(guān)于d和a的數(shù)據(jù)庫由計算機進(jìn)行數(shù)值匹配，能夠使等式成立的D和a就是所要求得的量，D就是精確的手機距基準(zhǔn)基站的距離，即為井下人員到基準(zhǔn)基站的距離，若選取位置距巷道口近的基站為基準(zhǔn)基站，井下人員的精確位置為基站到巷道口的距離加D，若選取位置位置距巷道口遠(yuǎn)的基站為基準(zhǔn)基站，井下人員的精確位置為基站到巷道口的距離減D，由此精確定位出井下人員的位置。
全文摘要
一種煤礦井下人員精確定位的方法，屬于煤礦煤礦井下安全領(lǐng)域，其特征在于是一種通過TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，通過測定信號的能量損耗精確定位井下人員位置的技術(shù)方案。該方案不僅能夠快速準(zhǔn)確的定位出井下人員所在位置，而且可以實現(xiàn)實時性，確?？梢噪S時追蹤到井下人員所在具體位置，計算機對數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，方便實用，可操作性強，由于所有工作都可由計算機完成，即使初級人們工作人員也可以操作。
文檔編號H04W64/00GK102724755SQ201210204518
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者喬鐵柱, 滿壯, 王峰, 趙弼龍, 鄭洪強, 陳昕 申請人:太原理工大學(xué)