礦井人員精確定位系統(tǒng)天地(常州)自動化股份有限公司通信研究所:包建軍

2010-12-11礦井人員精確定位系統(tǒng)通信研究所:包建軍1區(qū)域定位與精確定位

目前煤礦投入使用的人員位置監(jiān)測系統(tǒng)基本只包括對井下人員所在區(qū)域范圍的查詢與統(tǒng)計，跟據(jù)所用技術(shù)的不同，區(qū)域覆蓋半徑范圍從30到300米。由于不能提供精確、實時的位置信息，一旦礦井發(fā)生緊急事故或災害，現(xiàn)有的區(qū)域人員定位系統(tǒng)將無法為搶險救援提供關(guān)鍵的信息支持。

精確定位系統(tǒng)能夠支持對井下人員和設(shè)備的實時跟蹤,對移動速度小于5米/秒的節(jié)點,定位平均誤差可控制在3米以內(nèi)，精確定位系統(tǒng)可以記錄某一時刻點，井下作業(yè)人員所處的確定位置，為災后救援提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

區(qū)域定位與精確定位目前煤礦投入使用的人員位置2小區(qū)定位方法

讀卡分站及無線收發(fā)器上連接泄露電纜，以線性分布的射頻信號實現(xiàn)巷道長距離信號連續(xù)覆蓋，在重點及關(guān)鍵區(qū)域密集設(shè)置定位器，實現(xiàn)準精確定位

。

天一眾合KJ133人員定位系統(tǒng)，定位精度±10米。

定位精度低，可靠性差，定位參照點多，數(shù)據(jù)量大，系統(tǒng)可維護性差。小區(qū)定位方法讀卡分站及無線收發(fā)器上連接泄露電纜，3RSSI無線定位方法

RSSI是目前Zigbee和WiFi網(wǎng)絡(luò)采用的主要定位方法，它依據(jù)無線信號的傳輸損耗模型計算移動節(jié)點與錨節(jié)點間的距離，大尺度對數(shù)距離傳輸損耗模型如下式表述：

上式中，為距離發(fā)射點d米處的接受信號強度表達式db.m，為接受功率的參考點；為該節(jié)點的發(fā)射功率；為實際的路徑損耗指數(shù)；為自由空間路徑損耗指數(shù)，；為0均值的高斯分布隨機變量，標準偏差為，越大，表示模型的不確定性越大。

無線信號的傳輸損耗模型受環(huán)境影響大，尤其在傳播模型復雜的煤礦井下，點到點的傳輸損耗無法統(tǒng)一建模，往往必須依靠增加錨節(jié)點的密度通過全局優(yōu)化算法來控制定位誤差。RSSI無線定位方法RSSI是目前Zigbe4SDS-TW-TOA無線測距方法

采用最新IEEE802.15.4a技術(shù)規(guī)范定義的高精度無線定位方法：SDS-TW-TOA(Symmetric-Double-SidesTwo-WayTime-Of-Arrival)對稱雙邊雙向到達時間。SDS-TW-TOA無線測距方法采用最新IE5關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位

一維單點定位適用于巷道的盡頭，人員單側(cè)移動的場合。關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位一維單點定位適用于巷道6關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位

雙點一維定位適用于長距離雙向巷道。關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位雙點一維定位適用于長距7關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位

三點二維定位適用于較大的平面工作場合。關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位三點二維定位適用于較大8KGE37D

KGE37D精確定位發(fā)射器，定位精度小于3米。

具有中文短信接受功能，短信最大長度為25個漢字，可采用單呼、組呼和廣播三種方式發(fā)送，并采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制提高收發(fā)可靠性。

具有緊急呼叫功能，當危險發(fā)生時，攜帶者可通過按鈕向井上發(fā)送警報信息。

具備低電量自動報警功能。KGE37DKGE37D精確定位發(fā)射器，定9KJF90精確定位分站

基于ARM7的嵌入式多任務內(nèi)核。

具有10M/100M以太網(wǎng)絡(luò)、CAN2.0B、RS485三種可選通訊模式。

具有多路開關(guān)量輸入、輸出接口。

具備液晶顯示與遙控接受功能。KJF90精確定位分站基于ARM7的嵌入式10KJF91精確定位接受器

基于ARM7的嵌入式多任務內(nèi)核。

具有RS485通訊模式，具有多路開關(guān)量輸入、輸出接口。具備短信發(fā)送緩沖、執(zhí)行以及實時定位計算功能KJF91精確定位接受器基于ARM7的嵌入式11KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件

可伸縮的系統(tǒng)架構(gòu)為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可伸縮性能，同時提供對二層次傳統(tǒng)Client/Server模型以及三層次Browser/Server模型的支持，系統(tǒng)將整個軟件系統(tǒng)從邏輯上重新劃分為通訊處理平臺、數(shù)據(jù)庫中心、Web應用服務器、綜合處理客戶端四個基本構(gòu)件。根據(jù)實際的應用需求，這四個基本構(gòu)件可以安裝在同一臺物理機器上，也可以分別安裝在不同的機器上或進行冗余配置。為了實現(xiàn)不同地域不同人員對系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)使用要求，通過綜合處理客戶端或通用瀏覽器就能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的多源并發(fā)訪問。TCP/IP通訊子系統(tǒng)SQLSERVER2000數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)考勤管理子系統(tǒng)定位跟蹤子系統(tǒng)救災輔助子系統(tǒng)ODBCODBC分站2分站n分站1…

安全報警子系統(tǒng)KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件可伸縮的系統(tǒng)架構(gòu)TCP12KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件

支持實時跟蹤的二維矢量圖形系統(tǒng)為了支持精確定位系統(tǒng)必備的實時地理跟蹤功能,實現(xiàn)礦井地圖的顯示、放大、縮小、平移和導航等，系統(tǒng)在解析AUTODESK公司DWG格式文件的基礎(chǔ)上，在非AUTOCAD環(huán)境下構(gòu)建了一個輕量級的GIS平臺，為人員與設(shè)備精確位置監(jiān)測提供地理信息和圖形界面支撐

。KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件支持實時跟蹤的二維矢量13KJ69J系統(tǒng)總結(jié)

率先提出了用SDS-TW-TOA無線測距和最小二乘法實現(xiàn)煤礦井下動目標精確定位的技術(shù)方法和軟件實現(xiàn)方案。設(shè)計實現(xiàn)了具有精確定位功能的井下無線收發(fā)器和定位器，對于移動速度小于5米/秒的動目標，定位精度可達到3米以內(nèi)。設(shè)計實現(xiàn)了基于DWG的二維矢量圖形軟件系統(tǒng)，可同時將100個以內(nèi)井下動目標的當前位置、狀態(tài)反映在礦井地圖上，實現(xiàn)精確的位置顯示和全程跟蹤。通過高效算法、系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，可靠解決了精確定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)量巨大，實時性強，計算強度高等對系統(tǒng)支撐環(huán)境的嚴酷要求。設(shè)計實現(xiàn)了精確定位系統(tǒng)與現(xiàn)有區(qū)域定位系統(tǒng)的兼容融合方案。使用兼容的精確定位系統(tǒng)將可以降低系統(tǒng)的整體成本，并提高實際可用性。

KJ69J系統(tǒng)總結(jié)率先提出了用SDS-TW-14KJ69J兼容方法-發(fā)射器

精確定位發(fā)射器KGE37D，同時具備區(qū)域定位與精確定位功能。在區(qū)域定位系統(tǒng)的無線覆蓋范圍內(nèi)，KGE37D相當于KGE37B一樣，可作為區(qū)域定位發(fā)射器使用。KGE37D移動到KJF91精確定位無線覆蓋范圍內(nèi)，就可以實現(xiàn)精確定位功能。KJ69J兼容方法-發(fā)射器精確定位發(fā)射器KGE315KJ69J兼容方法-分站與接收器

在需要精確定位的場合，必須安裝KJF90分站KJF90分站可選RS485/CAN/ETHERNET三種通訊方式，兼容KJF80分站。在需要精確定位的場合，必須安裝KJF91無線接收器。KJF91上可插兩塊無線接收板，分別作區(qū)域定位覆蓋(KGE37B),和精確定位覆蓋(KGE37D)。KJF90分站可以接KJF80.2和KJF91兩種接受頭。KJ69J兼容方法-分站與接收器在需要精確定位的16KJ69J兼容方法-系統(tǒng)改造

在需要精確定位的地方安裝KJF90分站和KJF91接受頭。增加KGE37D精確定位發(fā)射器。將系統(tǒng)軟件從KJ69N版本升級到KJ69J版本

。KJ69J兼容方法-系統(tǒng)改造在需要精確定位的地方17推廣應用情況

重慶能投集團松藻礦務局打通一礦正在安裝精確人員定位系統(tǒng)。煤礦井下機車調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)就是要確定機車的位置、速度和方向，目前主流技術(shù)是用軌道計軸傳感器來對采集和判斷機車的位置和速度，比如KJ293系統(tǒng)。但計軸傳感器施工困難，故障率高，維護麻煩已經(jīng)成為機車調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展難題。如果采用無線精確定位技術(shù)，實現(xiàn)對機車位置、方向和速度的識別和判斷，將有望使這一系統(tǒng)的性能有本質(zhì)的提高。

推廣應用情況重慶能投集團松藻礦務局打通一礦正18存在問題與改進設(shè)想

無線定位技術(shù)是一個新的技術(shù)領(lǐng)域，SDS-TW-TOA無線測距標準同樣是一個前沿的技術(shù)方法，從目前全球范圍的發(fā)展情況來看，相關(guān)技術(shù)還沒有到達大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的階段。因此存在核心芯片成本較高，對于產(chǎn)品批量生產(chǎn)存在不確定的風險。

SDS-TW-TOA方法從本質(zhì)上是一種將電磁波傳輸時間換算為距離的技術(shù)。電磁波每秒的傳輸速度是300,000KM/S,一個納秒的誤差就是0.3米，因此該產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)器件、工藝要求非常高，電子元器件、印制板的微小偏差都將導致產(chǎn)品的實際誤差達不到設(shè)計要求。精確定位系統(tǒng)必須提供實時的位置信息，因此，定位器需要較高的頻率不斷向定位服務器發(fā)送自身位置的變化，功耗控制是一個技術(shù)難題，后續(xù)的工作將主要集中于利用智能電源管理方法，進一步降級功耗，提高實用性能。存在問題與改進設(shè)想無線定位技術(shù)是一個新的技19謝謝！謝謝！20礦井人員精確定位系統(tǒng)天地(常州)自動化股份有限公司通信研究所:包建軍

2010-12-11礦井人員精確定位系統(tǒng)通信研究所:包建軍21區(qū)域定位與精確定位

目前煤礦投入使用的人員位置監(jiān)測系統(tǒng)基本只包括對井下人員所在區(qū)域范圍的查詢與統(tǒng)計，跟據(jù)所用技術(shù)的不同，區(qū)域覆蓋半徑范圍從30到300米。由于不能提供精確、實時的位置信息，一旦礦井發(fā)生緊急事故或災害，現(xiàn)有的區(qū)域人員定位系統(tǒng)將無法為搶險救援提供關(guān)鍵的信息支持。

精確定位系統(tǒng)能夠支持對井下人員和設(shè)備的實時跟蹤,對移動速度小于5米/秒的節(jié)點,定位平均誤差可控制在3米以內(nèi)，精確定位系統(tǒng)可以記錄某一時刻點，井下作業(yè)人員所處的確定位置，為災后救援提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

區(qū)域定位與精確定位目前煤礦投入使用的人員位置22小區(qū)定位方法

讀卡分站及無線收發(fā)器上連接泄露電纜，以線性分布的射頻信號實現(xiàn)巷道長距離信號連續(xù)覆蓋，在重點及關(guān)鍵區(qū)域密集設(shè)置定位器，實現(xiàn)準精確定位

。

天一眾合KJ133人員定位系統(tǒng)，定位精度±10米。

定位精度低，可靠性差，定位參照點多，數(shù)據(jù)量大，系統(tǒng)可維護性差。小區(qū)定位方法讀卡分站及無線收發(fā)器上連接泄露電纜，23RSSI無線定位方法

RSSI是目前Zigbee和WiFi網(wǎng)絡(luò)采用的主要定位方法，它依據(jù)無線信號的傳輸損耗模型計算移動節(jié)點與錨節(jié)點間的距離，大尺度對數(shù)距離傳輸損耗模型如下式表述：

上式中，為距離發(fā)射點d米處的接受信號強度表達式db.m，為接受功率的參考點；為該節(jié)點的發(fā)射功率；為實際的路徑損耗指數(shù)；為自由空間路徑損耗指數(shù)，；為0均值的高斯分布隨機變量，標準偏差為，越大，表示模型的不確定性越大。

無線信號的傳輸損耗模型受環(huán)境影響大，尤其在傳播模型復雜的煤礦井下，點到點的傳輸損耗無法統(tǒng)一建模，往往必須依靠增加錨節(jié)點的密度通過全局優(yōu)化算法來控制定位誤差。RSSI無線定位方法RSSI是目前Zigbe24SDS-TW-TOA無線測距方法

采用最新IEEE802.15.4a技術(shù)規(guī)范定義的高精度無線定位方法：SDS-TW-TOA(Symmetric-Double-SidesTwo-WayTime-Of-Arrival)對稱雙邊雙向到達時間。SDS-TW-TOA無線測距方法采用最新IE25關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位

一維單點定位適用于巷道的盡頭，人員單側(cè)移動的場合。關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位一維單點定位適用于巷道26關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位

雙點一維定位適用于長距離雙向巷道。關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位雙點一維定位適用于長距27關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位

三點二維定位適用于較大的平面工作場合。關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)–無線定位三點二維定位適用于較大28KGE37D

KGE37D精確定位發(fā)射器，定位精度小于3米。

具有中文短信接受功能，短信最大長度為25個漢字，可采用單呼、組呼和廣播三種方式發(fā)送，并采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制提高收發(fā)可靠性。

具有緊急呼叫功能，當危險發(fā)生時，攜帶者可通過按鈕向井上發(fā)送警報信息。

具備低電量自動報警功能。KGE37DKGE37D精確定位發(fā)射器，定29KJF90精確定位分站

基于ARM7的嵌入式多任務內(nèi)核。

具有10M/100M以太網(wǎng)絡(luò)、CAN2.0B、RS485三種可選通訊模式。

具有多路開關(guān)量輸入、輸出接口。

具備液晶顯示與遙控接受功能。KJF90精確定位分站基于ARM7的嵌入式30KJF91精確定位接受器

基于ARM7的嵌入式多任務內(nèi)核。

具有RS485通訊模式，具有多路開關(guān)量輸入、輸出接口。具備短信發(fā)送緩沖、執(zhí)行以及實時定位計算功能KJF91精確定位接受器基于ARM7的嵌入式31KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件

可伸縮的系統(tǒng)架構(gòu)為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可伸縮性能，同時提供對二層次傳統(tǒng)Client/Server模型以及三層次Browser/Server模型的支持，系統(tǒng)將整個軟件系統(tǒng)從邏輯上重新劃分為通訊處理平臺、數(shù)據(jù)庫中心、Web應用服務器、綜合處理客戶端四個基本構(gòu)件。根據(jù)實際的應用需求，這四個基本構(gòu)件可以安裝在同一臺物理機器上，也可以分別安裝在不同的機器上或進行冗余配置。為了實現(xiàn)不同地域不同人員對系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)使用要求，通過綜合處理客戶端或通用瀏覽器就能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的多源并發(fā)訪問。TCP/IP通訊子系統(tǒng)SQLSERVER2000數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)考勤管理子系統(tǒng)定位跟蹤子系統(tǒng)救災輔助子系統(tǒng)ODBCODBC分站2分站n分站1…

安全報警子系統(tǒng)KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件可伸縮的系統(tǒng)架構(gòu)TCP32KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件

支持實時跟蹤的二維矢量圖形系統(tǒng)為了支持精確定位系統(tǒng)必備的實時地理跟蹤功能,實現(xiàn)礦井地圖的顯示、放大、縮小、平移和導航等，系統(tǒng)在解析AUTODESK公司DWG格式文件的基礎(chǔ)上，在非AUTOCAD環(huán)境下構(gòu)建了一個輕量級的GIS平臺，為人員與設(shè)備精確位置監(jiān)測提供地理信息和圖形界面支撐

。KJ69J精確定位系統(tǒng)軟件支持實時跟蹤的二維矢量33KJ69J系統(tǒng)總結(jié)

率先提出了用SDS-TW-TOA無線測距和最小二乘法實現(xiàn)煤礦井下動目標精確定位的技術(shù)方法和軟件實現(xiàn)方案。設(shè)計實現(xiàn)了具有精確定位功能的井下無線收發(fā)器和定位器，對于移動速度小于5米/秒的動目標，定位精度可達到3米以內(nèi)。設(shè)計實現(xiàn)了基于DWG的二維矢量圖形軟件系統(tǒng)，可同時將100個以內(nèi)井下動目標的當前位置、狀態(tài)反映在礦井地圖上，實現(xiàn)精確的位置顯示和全程跟蹤。通過高效算法、系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，可靠解決了精確定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)量巨大，實時性強，計算強度高等對系統(tǒng)支撐環(huán)境的嚴酷要求。設(shè)計實現(xiàn)了精確定位系統(tǒng)與現(xiàn)有區(qū)域定位系統(tǒng)的兼容融合方案。使用兼容的精確定位系統(tǒng)將可以降低系統(tǒng)的整體成本，并提高實際可用性。

KJ69J系統(tǒng)總結(jié)率先提出了用SDS-TW-34KJ69J兼容方法-發(fā)射器

精確定位發(fā)射器KGE37D，同時具備區(qū)域定位與精確定位功能。在區(qū)域定位系統(tǒng)的無線覆蓋范圍內(nèi)，KGE37D相當于KGE37B一樣，可作為區(qū)域定位發(fā)射器使用。KGE37D移動到KJF91精確定位無線覆蓋范圍內(nèi)，就可以實現(xiàn)精確定位功能。KJ69J兼容方法-發(fā)射器精確定位發(fā)射器KGE335KJ69J兼容方法-分站與接收器

在需要精確定位的場合，必須安裝KJF90分站KJF90分站可選RS485/CAN/ETHERNET三種通訊方式，兼容KJF80分站。在需要精確定位的場合，必須安裝KJF91無線接收器。KJF91上可插兩塊無線接收板，分別作區(qū)域定位覆蓋(KGE37B),和精確定位覆蓋(KGE37D)。KJF90分站可以接KJF80.2和KJF91兩種接受頭。KJ69J兼容方法-分站與接收器在需要精