[实用新型]煤矿井下分布式目标定位系统

说明书

本实用新型公开了矿井通信与安全生产领域中一种煤矿井下分布式目标定位系统，包括设于地面的地面管理工作站，井下定位计算机，井下交换机，光纤，总线，参考节点，目标节点，主要解决了煤矿井下现场供电受防爆要求、电缆敷设、巷道条件等限制，给矿井定位计算机供电带来诸多不便的问题，该实用新型通过在传统的矿井定位系统中引入分布式结构，使得定位计算机的功能下移并分散布置在井下，提高定位系统的时效性，降低因传输网络拥堵造成的传输时延，在同等条件下可以显著提高系统应急救援效率和抗干扰能力，大大简化分布式定位计算机时间复杂度，降低能耗，更利于目标定位系统在煤矿井下的实际应用。

技术领域

本实用新型属于煤矿井下安全监控与通信领域，涉及一种煤矿井下分布式目标定位系统，尤其涉及一种煤矿井下目标定位系统中提高定位时效性，降低硬件功耗的情况。

背景技术

在国民建设和工业发展的过程中，我国对于煤炭资源需求越来越高，但由于煤炭贮存条件恶劣、煤炭开采多以地下开采为主、开采过程中存在的自然灾害较多，同时煤炭开采技术相对比较落后，因此煤炭开采中存在的事故以及井下工作人员的生命安全一直是我国安全生产管理中的重要问题。

由于矿井巷道作为一个密闭的受限空间，GPS等地面已有的定位技术在井下的目标定位中无用武之地；矿井定位目标是在有限的空间内，定位设备的体积应满足现实实际情况；井下具有甲烷等可燃性气体和煤尘，井下定位装置必须是本安型电气设备；巷道内的无线信道通信环境复杂，存在着大量的反射、衍射、散射以及透射等现象。这致使地面已有成熟的定位方法无法直接应用于煤矿井下。

目前国内取得矿用产品安全标志证的井下目标定位系统(有些称为位置检测系统或作业人员管理系统等)，采用的无线传输介质均是电磁波，如采用基于测距的RSSI方法，在近距离范围内精度很难保证，如采用基于非测距方法,对参考节点的密度和布置策略有很高的要求，这在煤矿井下工作环境中存在一定的实施难度。

而当下现有的矿井目标定位系统主要采用集中式部署方案，其特点是布设在井下的参考结点测出目标节点相对参考节点的距离(RFID情况下，目标识别卡是否通过读卡器)，参考节点将这些信息经由光纤以太网组成的矿井信息传输主干网络传送至地面定位计算机，由位于地面的定位计算机通过计算得出目标节点的坐标位置信息，矿井目标定位系统的可靠性取决于光纤以太网矿井信息传输主干网络，一旦矿井信息传输主干网络故障，则矿井目标定位系统就失效了，布设在地面的定位计算机将无法计算出目标结点的位置坐标或区块网格。由于井下所有安全监测监控数据都占用矿井信息传输主干网络，特别是井下视频监视的普遍应用，不可避免地造成矿井目标定位数据的传输时延。导致存在定位精度低、实时性与可靠性较差的现象。

综上所述，矿井目标的精确定位的实际应用中，集中式部署方案中布设在井下的参考节点需将采集的信息传输至地面计算机进行解算，不可避免地存在目标定位数据的传输时延，无法满足在这种复杂的传输环境中定位方法对时效性的要求，而且巷道的复杂通信环境对现场供电存在着诸多限制，给定位计算机的就地供电带来诸多不便。为此，我们必须找到一种技术方法来实现上述方案-一旦井下发生灾害导致矿井信息传输主干网络故障，可以快速方便地获取人员位置信息提高应急救援的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对传统的集中式矿井定位系统部署方案存在定位精度低、实时性与可靠性较差的问题，从提高系统时效性的角度提出构建一种煤矿井下分布式目标定位系统。该系统是将传统集中式系统的定位计算机的功能下移并分散布置在井下，由部署在井下的定位计算机根据预设的算法得到目标结点的位置坐标或区块网格。一旦井下发生灾害导致矿井信息传输主干网络故障，井下人员的坐标位置信息贮存在就近的井下定位计算机上，在同等条件下可以显著提高系统应急救援效率和抗干扰能力，有效消除因矿井信息传输主干网络拥挤造成的时延更利于目标定位系统在矿井中的实际应用。

为实现上述目标，本实用新型实现的技术方案如下：