一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)及方法，主要包括地面部分和井下部分，其中地面部分主要由服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成；井下部分主要包括移動(dòng)終端，電子標(biāo)簽，無(wú)線AP，所述移動(dòng)終端要由定位模塊，處理模塊，WiFi模塊，電源部分組成，其中定位模塊主要由WiFi模塊，陀螺儀數(shù)據(jù)采集處理模塊組成。本發(fā)明引入陀螺儀，采用陀螺儀與WiFi相結(jié)合的定位技術(shù)，能得到很高的定位精度；另外本發(fā)明中的一體化無(wú)線AP可直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)井下多種綜合業(yè)務(wù)信息的傳輸。
【專利說(shuō)明】一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦井下無(wú)線精確定位【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人員定位系統(tǒng)是井下安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)的子系統(tǒng)，有助于煤礦復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)人員的協(xié)同管理和調(diào)度，對(duì)煤炭安全生產(chǎn)意義重大；當(dāng)?shù)V難發(fā)生時(shí)，救援人員可根據(jù)井下人員定位信息，迅速了解井下人員的位置情況，及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率，最大限度地減少災(zāi)害損失。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外專家已提出把諸如超聲波、紅外、藍(lán)牙、WiF1、射頻識(shí)別(RFID)、超寬帶(UWB)、ZigBee、輔助GPS等無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際定位。其中，針對(duì)室內(nèi)無(wú)線定位的特殊要求，出現(xiàn)了光跟蹤技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、RFID技術(shù)等典型室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)，其對(duì)應(yīng)的定位精度可達(dá)幾厘米。
[0004]與地面、室內(nèi)情況不同，井下作業(yè)和井下環(huán)境具有特殊性。井下巷道生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)分散、人員流動(dòng)性大、工作環(huán)境惡劣；無(wú)線傳輸環(huán)境具有“有限空間、多介質(zhì)、密集多徑”等特點(diǎn)。當(dāng)無(wú)線信號(hào)在彎曲巷道和采掘工作面環(huán)境中傳輸時(shí)，根據(jù)巷道尺寸、周圍障礙物特點(diǎn)，信號(hào)傳輸特性具有多變性，若仍采用基于無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位，會(huì)引起較大的定位誤差，從而導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，這也是目前井下人員定位系統(tǒng)定位精度不高的主要原因。
[0005]目前，井下巷道內(nèi)的電磁信號(hào)的傳輸模型及其對(duì)無(wú)線定位影響的研究至今還不完善，無(wú)法對(duì)無(wú)線定位精度的提升提供理論上的指導(dǎo)和支持。因此，常用的無(wú)線定位技術(shù)在面對(duì)礦井復(fù)雜工作環(huán)境情況下，要能夠達(dá)到實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確的定位，還有很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決。
[0006]針對(duì)煤礦井下特殊的工作環(huán)境，國(guó)內(nèi)外所應(yīng)用的RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、WiFi技術(shù)等井下定位技術(shù)的不足之處主要體現(xiàn)為幾個(gè)方面:
[0007]定位精度不準(zhǔn)確，特別是在彎曲巷道、采掘工作面(時(shí)變)等場(chǎng)景，定位可靠性和有效性很差，存在嚴(yán)重的漏檢、錯(cuò)檢問(wèn)題，而且難以解決；
[0008]現(xiàn)有使用的定位系統(tǒng)多數(shù)為區(qū)域定位，隨著信息化礦井建設(shè)的推進(jìn)，迫使區(qū)域定位技術(shù)向精確定位技術(shù)升級(jí)；
[0009]通信、人員定位子系統(tǒng)各成體系，沒(méi)有統(tǒng)一的無(wú)線端技術(shù)方案、接入站點(diǎn)部署等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，致使資源浪費(fèi)且效率低下，與工業(yè)信息化和礦山物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向相背離。
[0010]經(jīng)查詢中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)一中外專利數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)平臺(tái)，查到無(wú)線定位技術(shù)相關(guān)研究的發(fā)明專利229項(xiàng)，實(shí)用新型專利108項(xiàng)，外觀設(shè)計(jì)4項(xiàng)。但是，這些專利主要是針對(duì)地面環(huán)境的，其中與井下定位相關(guān)的專利有86項(xiàng)；而用于煤礦井下的高精度無(wú)線定位相關(guān)研究的則只有發(fā)明專利2項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)，主要包括:
[0011]藍(lán)牙井下無(wú)線定位系統(tǒng)(CN200710078442.8);藍(lán)牙井下無(wú)線定位基站(CN200720124162.1);基于認(rèn)知的井下無(wú)線定位方法(CN200810046191.X)種基于WiFi的煤礦井下無(wú)線定位系統(tǒng)(CN201320076493.8)，提供了一種基于WiFi的煤礦井下無(wú)線定位系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)包括地面無(wú)線定位系統(tǒng)和井下無(wú)線定位系統(tǒng)，地面無(wú)線定位系統(tǒng)包括中心交換機(jī)、定位服務(wù)器、DHCP服務(wù)器和管理服務(wù)器，其中定位服務(wù)器、DHCP服務(wù)器和管理服務(wù)器均與中心交換機(jī)連接，井下無(wú)線定位系統(tǒng)包括礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、無(wú)線接入點(diǎn)和礦用本安WiFi電話，其中，礦用本安WiFi電話通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)與礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過(guò)井下工業(yè)以太網(wǎng)與地面無(wú)線定位系統(tǒng)連接；該專利沒(méi)有明確井下定位精度問(wèn)題及井下多種綜合業(yè)務(wù)信息的傳輸問(wèn)題。與以上已有的專利相比，本發(fā)明引入陀螺儀，采用陀螺儀與WiFi相結(jié)合的定位技術(shù)，能得到很高的定位精度；另外本發(fā)明中的一體化無(wú)線AP可直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)井下多種綜合業(yè)務(wù)信息的傳輸。
[0012]綜上所述，無(wú)線定位技術(shù)的相關(guān)研究非常活躍，已有各類專利400多項(xiàng)。但是，這些專利主要是針對(duì)地面環(huán)境的，而針對(duì)煤礦井下環(huán)境的研究及成果則較少。而本專利著重解決井下人員及移動(dòng)設(shè)備的高精度定位問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)及方法，在針對(duì)礦井復(fù)雜的工程環(huán)境，研究開(kāi)發(fā)無(wú)線WiFi技術(shù)與陀螺儀技術(shù)相結(jié)合的精確定位系統(tǒng)，適應(yīng)一體化基站平臺(tái)建設(shè)的趨勢(shì)，為煤礦的信息化建設(shè)提供支持。其技術(shù)方案如下:
[0014]一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)，主要包括地面部分和井下部分，其中地面部分主要由服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成；井下部分主要包括移動(dòng)終端，電子標(biāo)簽，無(wú)線AP，所述移動(dòng)終端由井下人員攜帶，由定位模塊，處理模塊，WiFi模塊和電源部分組成，其中，定位模塊的功能:定位模塊中的WiFi模塊的功能為采集輸出定位信息，采用串行通信方式定時(shí)輸出到處理模塊。陀螺儀數(shù)據(jù)采集處理模塊的功能為:把所測(cè)量的相對(duì)慣性空間的三個(gè)轉(zhuǎn)角速度和三個(gè)線加速度沿定位儀坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，把加速度信息轉(zhuǎn)化為沿導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度，并計(jì)算出定位儀的位置、速度、航向和水平姿態(tài)等信息，然后輸出到處理模塊。處理模塊的功能是:處理模塊采用ARM處理系統(tǒng)，處理模塊連接移動(dòng)終端和WiFi模塊，處理模塊接收到WiFi定位信息和陀螺儀數(shù)據(jù)信息，采用卡爾曼濾波算法對(duì)信息進(jìn)行處理校正，判斷信息是否可用，然后將定位結(jié)果輸出至WiFi模塊。WiFi模塊的功能=WiFi模塊根據(jù)通信協(xié)議接收處理模塊輸出的定位信息，并將定位結(jié)果輸出到WiFi接入點(diǎn)AP。電源部分的功能是為各模塊供電，保證他們的正常工作，移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)通過(guò)井下AP傳輸?shù)骄?，WiFi接入點(diǎn)AP固定在井下的通道壁上，利用光纖與總控制器連接，總控制器將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整理通過(guò)以太網(wǎng)傳送到地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，當(dāng)人員經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)，電子標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的發(fā)射天線工作區(qū)，讀卡器和WiFi模塊負(fù)責(zé)周期性的讀取和傳送電子標(biāo)簽信息，并傳送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，地面計(jì)算機(jī)接收到來(lái)自WiFi接入點(diǎn)AP的信號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出該讀卡器的相關(guān)采集信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息的采集記錄、分析處理，使管理人員能及時(shí)準(zhǔn)確的查詢各種信息，特別是當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，及時(shí)了解人員的分布情況，為營(yíng)救工作提供了便利。
[0015]優(yōu)選地，為實(shí)現(xiàn)一體化無(wú)線AP之間的無(wú)縫漫游，采用多個(gè)網(wǎng)關(guān)組成一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)多個(gè)無(wú)線AP，當(dāng)在同一個(gè)網(wǎng)關(guān)的各個(gè)AP之間漫游時(shí)，由該網(wǎng)關(guān)控制信息傳送；當(dāng)需要與不同網(wǎng)關(guān)的無(wú)線AP之間漫游時(shí)，則令網(wǎng)關(guān)從更高級(jí)別的網(wǎng)關(guān)中獲取業(yè)務(wù)信
肩、O
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選，所述一體化無(wú)線AP直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把WiFi移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心，移動(dòng)終端具備電子顯示、語(yǔ)音、定位等功能，并實(shí)時(shí)地將接收到的井下數(shù)據(jù)信息和周邊環(huán)境信息傳遞到分站，同時(shí)在脫網(wǎng)模式下能夠?qū)崿F(xiàn)終端間自組網(wǎng)通信。
[0017]一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位方法，包括以下步驟:礦工所攜帶的移動(dòng)終端依據(jù)所采集到的信息判斷WiFi信號(hào)是否較強(qiáng)，若信號(hào)較強(qiáng)則依據(jù)WiFi信號(hào)來(lái)確定井下人員和設(shè)備位置，經(jīng)過(guò)處理模塊處理后通過(guò)WiFi模塊將定位數(shù)據(jù)傳到AP，然后發(fā)送到井上服務(wù)器進(jìn)行分析識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)井下人員和設(shè)備的精確定位。若WiFi信號(hào)較弱，則用陀螺儀定位，根據(jù)讀取的數(shù)字信息標(biāo)識(shí)碼確定井下人員及移動(dòng)設(shè)備的地理位置信息，并根據(jù)定位目標(biāo)的移動(dòng)角度變化精確定位其移動(dòng)距離、速度與軌跡。然后，通過(guò)集成在移動(dòng)終端上的WiFi模塊將獲取的定位信息發(fā)送給與井下以太網(wǎng)相連的接入點(diǎn)AP，并將信息傳送給井上的定位服務(wù)器進(jìn)行分析識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)井下人員及移動(dòng)設(shè)備的精確定位。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明與地面、室內(nèi)情況不同，井下作業(yè)和井下環(huán)境具有特殊性。井下巷道生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)分散、人員流動(dòng)性大、工作環(huán)境惡劣；無(wú)線傳輸環(huán)境具有“有限空間、多介質(zhì)、密集多徑”等特點(diǎn)。當(dāng)無(wú)線信號(hào)在彎曲巷道和采掘工作面環(huán)境中傳輸時(shí)，根據(jù)巷道尺寸、周圍障礙物特點(diǎn)，信號(hào)傳輸特性具有多變性，若仍采用基于無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位，會(huì)引起較大的定位誤差，從而導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，這也是目前井下人員定位系統(tǒng)定位精度不高的主要原因。
[0019]目前，井下巷道內(nèi)的電磁信號(hào)的傳輸模型及其對(duì)無(wú)線定位影響的研究至今還不完善，無(wú)法對(duì)無(wú)線定位精度的提升提供理論上的指導(dǎo)和支持。因此，常用的無(wú)線定位技術(shù)在面對(duì)礦井復(fù)雜工作環(huán)境情況下，要能夠達(dá)到實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確的定位，還有很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決。
[0020]針對(duì)煤礦井下特殊的工作環(huán)境，國(guó)內(nèi)外所應(yīng)用的RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、WiFi技術(shù)等井下定位技術(shù)的不足之處主要體現(xiàn)為幾個(gè)方面:
[0021]定位精度不準(zhǔn)確，特別是在彎曲巷道、采掘工作面(時(shí)變)等場(chǎng)景，定位可靠性和有效性很差，存在嚴(yán)重的漏檢、錯(cuò)檢問(wèn)題，而且難以解決；
[0022]現(xiàn)有使用的定位系統(tǒng)多數(shù)為區(qū)域定位，隨著信息化礦井建設(shè)的推進(jìn)，迫使區(qū)域定位技術(shù)向精確定位技術(shù)升級(jí)；通信、人員定位子系統(tǒng)各成體系，沒(méi)有統(tǒng)一的無(wú)線端技術(shù)方案、接入站點(diǎn)部署等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，致使資源浪費(fèi)且效率低下，與工業(yè)信息化和礦山物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向相背離。
[0023]本發(fā)明引入陀螺儀，采用陀螺儀與WiFi相結(jié)合的定位技術(shù)，能得到很高的定位精度；另外本發(fā)明中的一體化無(wú)線AP可直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)井下多種綜合業(yè)務(wù)信息的傳輸。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為基于無(wú)線WiFi與陀螺儀的無(wú)線精確定位技術(shù)原理圖；
[0025]圖2為移動(dòng)終端硬件組成框圖；
[0026]圖3為基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0028]現(xiàn)有的井下人員定位系統(tǒng)與無(wú)線通信傳輸系統(tǒng)之間是獨(dú)立的子系統(tǒng)體系，本發(fā)明的提出旨在針對(duì)礦井復(fù)雜的工程環(huán)境，研究開(kāi)發(fā)無(wú)線WiFi技術(shù)與陀螺儀技術(shù)相結(jié)合的精確定位系統(tǒng)，適應(yīng)一體化基站平臺(tái)建設(shè)的趨勢(shì)，為煤礦的信息化建設(shè)提供支持。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:主要包括地面部分和井下部分，其中地面部分主要由服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟構(gòu)成；井下部分主要包括移動(dòng)終端，電子標(biāo)簽，無(wú)線AP等。
[0029]為實(shí)現(xiàn)一體化無(wú)線AP之間的無(wú)縫漫游，可采用多個(gè)網(wǎng)關(guān)組成一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)多個(gè)無(wú)線AP，當(dāng)在同一個(gè)網(wǎng)關(guān)的各個(gè)AP之間漫游時(shí)，由該網(wǎng)關(guān)控制信息傳送；當(dāng)需要與不同網(wǎng)關(guān)的無(wú)線AP之間漫游時(shí)，則令網(wǎng)關(guān)從更高級(jí)別的網(wǎng)關(guān)中獲取業(yè)務(wù)信息。一體化無(wú)線AP可直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心。
[0030]移動(dòng)終端是本發(fā)明的核心部分，主要由定位模塊，處理模塊，WiFi模塊，電源部分組成，其中定位模塊主要由WiFi模塊，陀螺儀數(shù)據(jù)采集處理模塊組成，如圖2所示:
[0031 ] 處理模塊采用ARM處理系統(tǒng)，處理模塊連接移動(dòng)終端和WiFi模塊，定位模塊中的WiFi模塊的功能為采集輸出定位信息，采用串行通信方式定時(shí)輸出到處理模塊。陀螺儀數(shù)據(jù)采集處理模塊的功能為:把所測(cè)量的相對(duì)慣性空間的三個(gè)轉(zhuǎn)角速度和三個(gè)線加速度沿定位儀坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，把加速度信息轉(zhuǎn)化為沿導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度，并計(jì)算出定位儀的位置、速度、航向和水平姿態(tài)等信息，然后輸出到處理模塊。處理模塊接收到WiFi定位信息和陀螺儀數(shù)據(jù)信息，對(duì)信息進(jìn)行處理校正，判斷信息是否可用，然后將定位結(jié)果輸出至WiFi模塊。
[0032]WiFi模塊根據(jù)通信協(xié)議接收處理模塊輸出的定位信息，并將定位結(jié)果輸出到WiFi接入點(diǎn)AP。WiFi接入點(diǎn)AP可以固定在井下的通道壁上，利用光纖與總控制器連接，總控制器將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整理通過(guò)以太網(wǎng)傳送到地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)。當(dāng)人員經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)，電子標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的發(fā)射天線工作區(qū)，讀卡器和WiFi模塊負(fù)責(zé)周期性的讀取和傳送電子標(biāo)簽信息，并傳送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0033]地面計(jì)算機(jī)接收到來(lái)自WiFi接入點(diǎn)AP的信號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出該讀卡器的相關(guān)采集信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息的采集記錄、分析處理，使管理人員能及時(shí)準(zhǔn)確的查詢各種信息，特別是當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，可及時(shí)了解人員的準(zhǔn)確分布情況。
[0034]定位系統(tǒng)將煤礦井下的地理位置主要是基于無(wú)線WiFi并依據(jù)定位精度的需求在井下巷道進(jìn)行標(biāo)識(shí)的布防，并將這些地理位置資料存儲(chǔ)在井上定位服務(wù)器中，其對(duì)應(yīng)的定位原理如圖1所示。
[0035]如圖3所示，礦工所攜帶的移動(dòng)終端依據(jù)所采集到的信息判斷WiFi信號(hào)是否較強(qiáng)，若信號(hào)較強(qiáng)則依據(jù)WiFi信號(hào)來(lái)確定井下人員和設(shè)備位置，將定位數(shù)據(jù)傳到AP，然后發(fā)送到井上服務(wù)器進(jìn)行分析識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)井下人員和設(shè)備的精確定位。若WiFi信號(hào)較弱，則用陀螺儀定位，根據(jù)讀取的數(shù)字信息標(biāo)識(shí)碼確定井下人員及移動(dòng)設(shè)備的地理位置信息，并根據(jù)定位目標(biāo)的移動(dòng)角度變化精確定位其移動(dòng)距離、速度與軌跡。然后，通過(guò)集成在移動(dòng)終端上的WiFi模塊將獲取的定位信息發(fā)送給與井下以太網(wǎng)相連的接入點(diǎn)AP，并將信息傳送給井上的定位服務(wù)器進(jìn)行分析識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)井下人員及移動(dòng)設(shè)備的精確定位。
[0036]其中井上定位服務(wù)器由服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，負(fù)責(zé)整個(gè)定位系統(tǒng)的管理與控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員及相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。WiFi接入點(diǎn)AP可以固定在井下的通道壁上，利用光纖與總控制器連接，總控制器將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整理通過(guò)以太網(wǎng)傳送到地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)。當(dāng)人員經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)，電子標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的發(fā)射天線工作區(qū)，讀卡器和WiFi模塊負(fù)責(zé)周期性的讀取和傳送電子標(biāo)簽信息，并傳送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。地面計(jì)算機(jī)接收到來(lái)自WiFi接入點(diǎn)AP的信號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出該讀卡器的相關(guān)采集信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息的采集記錄、分析處理，使管理人員能及時(shí)準(zhǔn)確的查詢各種信息，特別是當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，可及時(shí)了解人員的分布情況，為營(yíng)救工作提供了便利。
[0037]為實(shí)現(xiàn)一體化無(wú)線AP之間的無(wú)縫漫游，可采用多個(gè)網(wǎng)關(guān)組成一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)多個(gè)無(wú)線AP，當(dāng)在同一個(gè)網(wǎng)關(guān)的各個(gè)AP之間漫游時(shí)，由該網(wǎng)關(guān)控制信息傳送；當(dāng)需要與不同網(wǎng)關(guān)的無(wú)線AP之間漫游時(shí)，則令網(wǎng)關(guān)從更高級(jí)別的網(wǎng)關(guān)中獲取業(yè)務(wù)信息。
[0038]一體化無(wú)線AP可直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把WiFi移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心。移動(dòng)終端具備電子顯示、語(yǔ)音、定位等功能，并可以實(shí)時(shí)地將接收到的井下數(shù)據(jù)信息和周邊環(huán)境信息傳遞到分站，同時(shí)在脫網(wǎng)模式下能夠?qū)崿F(xiàn)終端間自組網(wǎng)通信。
[0039]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)，其特征在于，主要包括地面部分和井下部分，其中地面部分主要由服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成；井下部分主要包括移動(dòng)終端，電子標(biāo)簽，無(wú)線AP，所述移動(dòng)終端由井下人員攜帶，由定位模塊，處理模塊，WiFi模塊和電源部分組成，其中，定位模塊的功能:定位模塊中的WiFi模塊的功能為采集輸出定位信息，采用串行通信方式定時(shí)輸出到處理模塊；陀螺儀數(shù)據(jù)采集處理模塊的功能為:把所測(cè)量的相對(duì)慣性空間的三個(gè)轉(zhuǎn)角速度和三個(gè)線加速度沿定位儀坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，把加速度信息轉(zhuǎn)化為沿導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度，并計(jì)算出定位儀的位置、速度、航向和水平姿態(tài)等信息，然后輸出到處理模塊；處理模塊的功能是:處理模塊采用ARM處理系統(tǒng)，處理模塊連接移動(dòng)終端和WiFi模塊，處理模塊接收到WiFi定位信息和陀螺儀數(shù)據(jù)信息，采用卡爾曼濾波算法對(duì)信息進(jìn)行處理校正，判斷信息是否可用，然后將定位結(jié)果輸出至WiFi模塊；WiFi模塊的功能:WiFi模塊根據(jù)通信協(xié)議接收處理模塊輸出的定位信息，并將定位結(jié)果輸出到WiFi接入點(diǎn)AP ;電源部分的功能是為各模塊供電，保證他們的正常工作，移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)通過(guò)井下AP傳輸?shù)骄?，WiFi接入點(diǎn)AP固定在井下的通道壁上，利用光纖與總控制器連接，總控制器將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整理通過(guò)以太網(wǎng)傳送到地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，當(dāng)人員經(jīng)過(guò)電子標(biāo)簽時(shí)，電子標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的發(fā)射天線工作區(qū)，讀卡器和WiFi模塊負(fù)責(zé)周期性的讀取和傳送電子標(biāo)簽信息，并傳送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，地面計(jì)算機(jī)接收到來(lái)自WiFi接入點(diǎn)AP的信號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出該讀卡器的相關(guān)采集信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息的采集記錄、分析處理，使管理人員能及時(shí)準(zhǔn)確的查詢各種信息，特別是當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，及時(shí)了解人員的分布情況，為營(yíng)救工作提供了便利。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)，其特征在于，采用多個(gè)網(wǎng)關(guān)組成一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)多個(gè)無(wú)線AP，當(dāng)在同一個(gè)網(wǎng)關(guān)的各個(gè)AP之間漫游時(shí)，由該網(wǎng)關(guān)控制信息傳送；當(dāng)需要與不同網(wǎng)關(guān)的無(wú)線AP之間漫游時(shí)，則令網(wǎng)關(guān)從更高級(jí)別的網(wǎng)關(guān)中獲取業(yè)務(wù)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述一體化無(wú)線AP直接通過(guò)光纜或者網(wǎng)線連接，形成一套有線路由，把WiFi移動(dòng)終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻圖像等信息通過(guò)各分站間形成的有線路由傳到地面調(diào)度中心，移動(dòng)終端具備電子顯示、語(yǔ)音、定位的功能，并實(shí)時(shí)地將接收到的井下數(shù)據(jù)信息和周邊環(huán)境信息傳遞到分站，同時(shí)在脫網(wǎng)模式下能夠?qū)崿F(xiàn)終端間自組網(wǎng)通信。
4.一種基于無(wú)線WiFi與陀螺儀相結(jié)合的井下無(wú)線精確定位方法，其特征在于，包括以下步驟:礦工所攜帶的移動(dòng)終端依據(jù)所采集到的信息判斷WiFi信號(hào)是否較強(qiáng)，若信號(hào)較強(qiáng)則依據(jù)WiFi信號(hào)來(lái)確定井下人員和設(shè)備位置，經(jīng)過(guò)處理模塊處理后通過(guò)WiFi模塊將定位數(shù)據(jù)傳到AP，然后發(fā)送到井上服務(wù)器進(jìn)行分析識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)井下人員和設(shè)備的精確定位；若WiFi信號(hào)較弱，則用陀螺儀定位，根據(jù)讀取的數(shù)字信息標(biāo)識(shí)碼確定井下人員及移動(dòng)設(shè)備的地理位置信息，并根據(jù)定位目標(biāo)的移動(dòng)角度變化精確定位其移動(dòng)距離、速度與軌跡；然后，通過(guò)集成在移動(dòng)終端上的WiFi模塊將獲取的定位信息發(fā)送給與井下以太網(wǎng)相連的接入點(diǎn)AP，并將信息傳送給井上的定位服務(wù)器進(jìn)行分析識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)井下人員及移動(dòng)設(shè)備的精確定位。
【文檔編號(hào)】H04W4/04GK103957508SQ201410185266
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】宋金玲, 韓峰, 陳治國(guó), 李世銀 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)