[发明专利]一种适用于矿井路径的人员定位方法及系统

权利要求书

1.一种适用于矿井路径的人员定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：根据矿山采掘工程平面图设置井巷路径的拓扑网络线，形成拓扑网络图；所述拓扑网络线位于井巷的中间位置，拓扑网络线的交点为空间坐标点，配置高程值，即垂直高度的高程值，形成空间线路网络；

步骤二：在井巷路径的拓扑网络图上设置定位基站安装的坐标位置；

步骤三：依据定位基站无线信号的覆盖范围，设置可以相互配合进行定位解算的合理定位基站组合；

步骤四：利用超宽带无线通信技术组建无线信息传输及距离测量网络，侦测标识卡与定位基站的距离，形成标识卡测距信息包；

步骤五：通过标识卡测距信息包、定位基站的坐标位置、合理定位基站组合、井巷路径的拓扑网络图解算标识卡的坐标值；

所述标识卡的空间坐标值的解算方法具体为：以定位基站为球心，定位基站到标识卡的距离为半径形成空间球体，此空间球体的外接球面与拓扑网络线形成交点集，根据同时侦测到标识卡的定位基站数量，划分为三种情况求取标识卡的坐标值：

①标识卡被1个定位基站侦测：当空间球体的球面与拓扑网络线无交点时，定位基站的坐标位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数为1时，交点位置为标识卡坐标值；当空间球体的球面与拓扑网络线交点数大于1时，得到交点的集合JA，若之前此标识卡被两个定位基站成功定位过，则两个定位基站的坐标点形成标识卡惯性走向向量V0，若尚未形成标识卡惯性走向向量V0，则定位基站位置为标识卡坐标值，否则，依次提取集合JA中的点，计算点与定位基站组成的向量V1，取向量V0和V1趋向平行的点形成点集合SD，则点集合SD中距被两个定位基站定位的标识卡坐标值最近的点即为标识卡坐标值；

②标识卡被两个定位基站侦测：标识卡被定位基站A和定位基站B侦测到，若定位基站A和B形成的配对组合不符合预设置的合理定位基站组合时，则无解；若定位基站A和B形成的配对组合符合预设置的合理定位基站组合时，定位基站A至标识卡的距离为半径形成的空间球体S1的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SA，定位基站B至标识卡的距离为半径形成的空间球体S2的球面与拓扑网络线的交点形成点集合SB，若集合SA或SB的其中一个为空，则无解；否则，从集合SA的点至集合SB的点形成空间线段集合SAB，若标识卡至定位基站A的距离为Lca，标识卡至定位基站B的距离为Lcb，定位基站A和B之间的距离Lab，若(Lab-Lca-Lcb)-0.001，即空间球体S1和S2相离或相切时，则空间线段集合SAB中的最短线段的中点为标识卡坐标值；否则，空间球体S1和S2相交时，若线段集合SAB中所有与两个定位基站形成的线段AB趋向平行的线段的中点形成可选解点集合SR,则其中距定位基站A和B最短距离的点即为标识卡坐标值，否则判定为无解；

③标识卡被多于两个定位基站侦测：每两个定位基站配对形成配对集合PAB，若集合PAB中无组合为预设置的合理定位基站组合，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值；否则，依据标识卡是否处于配对定位基站的中间，将组合集PAB划分为处于配对定位基站中间的集合MPAB和不处于配对定位基站中间的集合OPAB，先从集合MPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合MPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，再从集合OPAB中选取配对基站，通过情况②的方法求解，至集合OPAB中任一配对基站求解成功为止；若求解失败，则距离标识卡最近的定位基站位置为标识卡坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种适用于矿井路径的人员定位方法，其特征在于：所述合理定位基站组合由两个定位基站组成，要求同时满足以下条件：

①两个定位基站路径相通，且在相通的路径上同时满足视线互通；

②两个定位基站彼此处于各自的最佳测距范围内。

3.根据权利要求1所述的一种适用于矿井路径的人员定位方法，其特征在于：所述标识卡测距信息包是单个标识卡至多个定位基站的测距信息单元，其构成元素包括标识卡号、基站编号、距定位基站距离、定位基站测距数值可信度。

4.一种适用于矿井路径的人员定位系统，用以实现权利要求1-3的人员定位方法，其特征在于：包括

管理服务器，侦听和采集矿用本安型智能分站通过交换机从井下发送的二进制数据信息；把采集到的二进制数据根据通信协议转化成描述标识卡和定位基站之间距离的标识卡测距信息包；对标识卡测距信息包进行解算得到标识卡的位置信息并保存；向人员定位监控终端发送通过解算得到的标识卡的位置信息；通过交换机向井下的矿用本安型智能分站发送指令；

人员定位监控终端，接收管理服务器发出的标识卡位置信息，并结合矿图在屏幕上可视化地显示出来人员的位置；显示每个标识卡和定位基站之间的距离数据；绘制人员定位所使用的拓扑网络线，人员最终会定位到所绘制的拓扑网络线上的某一点；结合矿图设置矿用本安型定位网关和定位基站在井下的安装位置；设置定位基站之间的关联关系，形成合理定位基站组合；

矿用本安型智能分站，接收矿用本安型定位网关发送的定位信息，记录并且转发到管理服务器；接收由管理服务器发送的控制或者显示信息，显示到矿用本安型智能分站的显示屏中；

交换机，连通井下的矿用本安型智能分站和井上的管理服务器；

矿用本安型光纤转换器，实现井下双绞线网络到光纤网络的转换；

矿用本安型定位网关，执行本安型智能分站发送的组网指令；返回本安型智能分站发送的传输指令；接收定位基站发送的定位信息并且传输到本安型智能分站；

定位基站为矿用本安型定位基站，与标识卡进行通信，同时产生测距信息；传输测距信息到本安型定位网关；

标识卡为矿用本安型标识卡，与定位基站通信，产生测距信息；设有救援按钮，长按救援按钮可以发送救援指令到定位基站；

矿用隔爆直流稳压电源，将矿上的工业电压转化为矿用本安型智能分站、矿用本安型定位网关、定位基站使用的24V直流电压；使输出直流电压不受电网电压波动的影响，提高电压稳定性；

信号避雷器，用来防护雷电产生的高电压，也可以防护操作高电压，保护井下的信号线路设备免受浪涌损害。