專利名稱：基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦山安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于Zigbee的TOF技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
采掘業(yè)是國家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，一直以來，由于礦井的井下工作存在地質(zhì)環(huán)境復雜，且有各種有害氣體和不明水體逸出的情況發(fā)生，隨著科學技術(shù)的進步，雖然設(shè)置了多種探測系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，但礦井的惡性事故仍然不斷發(fā)生，嚴重威脅著井下作業(yè)人員的安全。而井下作業(yè)人員的流動性大，工作環(huán)境復雜，一旦意外事故發(fā)生，每個人所處的具體位置都很難確定，常常會延誤營救的最佳時機，造成嚴重后果，按照國家安監(jiān)總局的要求，井下作業(yè)人員同時達到30人以上的礦山企業(yè)必須建設(shè)井下定位系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、壓風自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和緊急避險系統(tǒng)這六大系統(tǒng)，井下定位系統(tǒng)是六大系統(tǒng)當中優(yōu)先要建設(shè)的系統(tǒng)之一，井下定位系統(tǒng)是解決目前礦井下方作業(yè)人員具體位置，為礦井事前預警和事后自救提供精確人員位置數(shù)據(jù)，為事故發(fā)生后贏得搶救時間，也是物聯(lián)網(wǎng)感知礦山當中的重要一環(huán)，目前市場應(yīng)用于井下的人員定位系統(tǒng)主要采用Zigbee技術(shù)的RSSI (接收信號強度指示)原理來進行井下人員的定位，此定位技術(shù)誤差范圍大，對于煤礦和非煤礦山井下作業(yè)面不同，其誤差范圍在20-100米，在定位上只能達到區(qū)域定位的功能，這樣井下一旦出現(xiàn)事故，只能確定井下遇險人員在某一區(qū)域，延誤了搶險時間。而Zigbee的TOF (信號飛行時間)技術(shù)原理應(yīng)用到了井下人員定位中實現(xiàn)了井下作業(yè)人員的精確定位。根據(jù)井下作業(yè)面的不同，定位誤差范圍在1-3米。增強了井下定位的精確度，節(jié)省了救援時間，從而能夠及時挽救遇難者的生命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Zigbee的TOF技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，其特點是能夠準確的定位井下工作人員的位置坐標，并實時傳輸有效可靠的定位信息到井上的管理中心。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，包括人員定位卡、定位系統(tǒng)模塊、網(wǎng)絡(luò)輸模塊、中央處理模塊和R485通信線，所述的定位系統(tǒng)模塊接收人員定位卡信號源信息，并通過R485通信線連接網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊通過光纖環(huán)網(wǎng)把信息傳輸給中央處理模塊，其特征在于:所述的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊為Zigbee的TOF通信模塊，所述的人員定位卡包括人機接口模塊、通信模塊、主控制模塊和生命體征監(jiān)測模塊，定位系統(tǒng)模塊由定位分系統(tǒng)模塊和定位主系統(tǒng)模塊組成，所述的生命體征監(jiān)測模塊包含體溫監(jiān)測模塊和振動監(jiān)測模塊，其目的是用于測量井下人員的生命特征，實時通過定位傳輸設(shè)備向監(jiān)測人員提供井下工作人員的體征信息；所述的人機接口模塊設(shè)有人體感應(yīng)器；所述的定位系統(tǒng)模塊置于礦井內(nèi)部，將定位系統(tǒng)模塊放入礦井內(nèi)部，有效的布置信號覆蓋區(qū)域，讓井下工作人員隨時處于信號偵測范圍；中央處理模塊由計算機、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及運行與計算機服務(wù)器的軟件組成，利用PC機的信息定位管理軟件實時的將井下人員的具體位置坐標顯示出來，并方便井上管理人員隨時監(jiān)控井下的情況。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
1.人員定位精度高；
2.提高管理水平和工作效率。


圖1無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)原理 圖2帶生命體征監(jiān)測傳輸功能的人員定位卡原理圖。圖中:人員定位卡1、定位分系統(tǒng)模塊2、R485通信線3，定位主系統(tǒng)模塊4、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊5、中央處理模塊6、通信模塊8、主控制模塊9，生命體征監(jiān)測模塊10，人體感應(yīng)器11，電源12，臂帶13。
具體實施例方式 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的的詳細描述。如圖1所示的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，包括人員定位卡1、定位系統(tǒng)模塊、、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊5、中央處理模塊6和R485通信線3，所述的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊為Zigbee的TOF通信模塊，所述的人員定位卡設(shè)包括人機接口模塊、通信模塊、主控制模塊和生命體征監(jiān)測模塊，定位系統(tǒng)模塊由定位分系統(tǒng)模塊2和定位主系統(tǒng)模塊4組成，所述的定位系統(tǒng)模塊接收人員定位卡信號源信息，并通過R485通信線3連接網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊通過光纖環(huán)網(wǎng)把信息傳輸給中央處理模塊6。為了真正意上達到上述的智能調(diào)整，還需要有相應(yīng)的方法進行配合，以及相應(yīng)的計算公式與之相適應(yīng)?！N用于權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的TOF技術(shù)原理的井下定位系統(tǒng)應(yīng)用方法，包括以下步驟:
A、利以無線Zigbee模塊獲得相關(guān)真實參考彳目息。B、CPU控制模塊獲得相關(guān)測量信息；
所述的Zigbee模塊是一種無線通訊模塊，并和CPU控制模塊連接，實時處理、采集和發(fā)送工作人員的坐標信號，在B步驟中，CPU控制模塊獲得相關(guān)測量信息是指:工作人員的生命體征狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及通過測量計算的定位距離值。C、將A步驟的信息與B步驟的信息相對比，計算出節(jié)點間的距離；
在C步驟中形成節(jié)點間距離的計算方法是:在T OF測距時，本地節(jié)點A向遠程節(jié)點B發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，當B節(jié)點收到數(shù)據(jù)包時,會自動發(fā)送一個確認來響應(yīng)這個數(shù)據(jù)包。節(jié)點A測量出從發(fā)送數(shù)據(jù)包到接收確認的時間，這段消耗總時間記為TT OT時間；B記錄了 B從收到數(shù)據(jù)包到B回應(yīng)確認消息的這個時間段的時間，記為TT AT。用T TOT總時間減去周轉(zhuǎn)時間TT AT就是雙方的數(shù)據(jù)包在飛行中度過的往返時間，記為TRTT時間。假定在每個方向發(fā)生的飛行時間TTO F等于50%的往返時間，如式所示:TT0F=TRTT/2=(TTOT-TTAT)/2
當計算出TT OF后，根據(jù)D = T c( T代表T TOF ; c代表光速，為3X108 ms-1 )可以計算出節(jié)點間的距離。
D、利用光纖環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給傳輸分站，并由傳輸分站發(fā)送至主處理PC機。E、重復A到D步。
權(quán)利要求
1.一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，包括人員定位卡、定位系統(tǒng)模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、中央處理模塊和R485通信線，所述的定位系統(tǒng)模塊接收人員定位卡信號源信息，并通過R485通信線連接網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊通過光纖環(huán)網(wǎng)把信息傳輸給中央處理模塊，其特征在于:所述的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊為Zigbee的TOF通信模塊，所述的人員定位卡包括人機接口模塊、通信模塊、主控制模塊和生命體征監(jiān)測模塊，定位系統(tǒng)模塊由定位分系統(tǒng)模塊和定位主系統(tǒng)模塊組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的生命體征監(jiān)測模塊包括體溫監(jiān)測模塊和振動監(jiān)測模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的人機接口模塊設(shè)有人體感應(yīng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的定位系統(tǒng)模塊置于礦井內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)，其特征在于:中央處理模塊由計算機、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及運行與計算機服務(wù)器的軟件組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了礦山安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域的一種基于Zigbee的TOF技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)。包括人員定位卡、定位系統(tǒng)模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、中央處理模塊和R485通信線，所述的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊為Zigbee的TOF通信模塊，所述的人員定位卡包括人機接口模塊、通信模塊、主控制模塊和生命體征監(jiān)測模塊，定位系統(tǒng)模塊由定位分系統(tǒng)模塊和定位主系統(tǒng)模塊組成，所述的定位系統(tǒng)模塊接收人員定位卡信號源信息，并通過R485通信線連接網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，所述網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊通過光纖環(huán)網(wǎng)把信息傳輸給中央處理模塊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有人員定位精度高、提高管理水平和工作效率等優(yōu)點。
文檔編號G01S13/74GK103161508SQ201310059200
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者劉瀚澤 申請人:漢創(chuàng)企業(yè)(中國)有限公司