專利名稱：一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤礦井下安全監(jiān)控與通信領(lǐng)域，特別是一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非測距APIT煤礦井下人員定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤炭是我國的主要能源物質(zhì)，煤礦在我國分布廣泛，隨著煤礦井下煤層的開采范圍越來越大，難度越來越大，煤炭開采技術(shù)相對比較落后，所以經(jīng)常會出現(xiàn)礦難，對于作業(yè)人員的安全問題構(gòu)成了極大的威脅，普及安全意識和建立健全工作規(guī)章制度固然重要，但是很多不可抗拒因素造成的危害依然層出不窮，當?shù)V難出現(xiàn)時，最重要的就是對工作人員進行營救，但是由于礦井這個特殊的環(huán)境對營救工作人員增加了一定的難度，所以一套完善的煤礦井下人員定位系統(tǒng)就顯得尤為重要了。目前井下人員定位系統(tǒng)種類有很多，測距方面的主要有TOA、TDOA, AOA和RSSI等，基于到達時間的TOA需要精確的時間同步，無法用于松散耦合型定位，基于到達時間差的TDOA需要考慮傳播距離對超聲波的影響，基于到達角度的AOA由于受外界環(huán)境影響，需要額外的硬件，基于信號到達強度RSSI由于理論和經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷墓罍y性質(zhì)，具有較大的定位誤差，另外基于測距原理的定位方法雖然符合低功率，低成本的要求，但是通信量和計算量大，節(jié)點造價高，消耗了有限的電池資源，而且在測量距離和角度方面需要進行大量的研究。非測距方面主要有質(zhì)心算法、凸規(guī)劃、DV-Hop，它們健壯性差，雖然計算量和存儲量幾乎不受限制，可以獲得相對準確的位置估計，但是與中心節(jié)點位置較近的節(jié)點因為通信開銷大而過早地消耗電能，導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)與中心信息交流中斷，基于非測距的APIT定位方法，雖然僅需完成節(jié)點一跳以內(nèi)的通信就能定位，計算量小，通信開銷小，但是要求信標節(jié)點密度和通信范圍都足夠大，而且在重疊區(qū)域的質(zhì)心算法中采用網(wǎng)格掃描算法，算法復(fù)雜，計算量大、效率低，計算精度低，所以定位精度也比較低。BP神經(jīng)網(wǎng)路可以對非線性系統(tǒng)進行訓(xùn)練得到準確度高的輸入輸出函數(shù)關(guān)系的模型，目前還沒有將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和APIT定位方法結(jié)合來對非測距定位方法進行改進，設(shè)計一套定位精度高、計算量小、通信開銷小、節(jié)點數(shù)量少、計算精度高的定位系統(tǒng)就尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，特別是針對煤礦井下人員定位系統(tǒng)定位精度低、計算量大、通信開銷大、節(jié)點數(shù)量多、計算精度低的問題，本實用新型公開了一種定位精度高，算法簡單，節(jié)點數(shù)量小的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非測距APIT技術(shù)結(jié)合起來，并結(jié)合巷道空間的實際特點，利用有限的參考節(jié)點和簡單的算法實現(xiàn)實時精確的目標定位，滿足了礦井生產(chǎn)調(diào)度和災(zāi)后及時救援的需要。[0005]為實現(xiàn)上述目標，本實用新型采用以下技術(shù)方案:上述系統(tǒng)是一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非測距APIT的煤礦井下人員定位系統(tǒng)，包括地面監(jiān)控系統(tǒng)傳輸基站、光纖、網(wǎng)關(guān)節(jié)點、總線、信標節(jié)點、移動節(jié)點A、移動節(jié)點B。[0007]所述地面監(jiān)控中心包括多臺計算機或者服務(wù)器組成的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，部分安裝有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，部分安裝有PIT測試系統(tǒng)，并從傳輸基站接收成井下發(fā)來的定位信息，處理定位信息；所述傳輸基站是本質(zhì)安全型交換機，匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過總線發(fā)過來的信息，并通過光纖傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。所述的每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源及總線模塊，網(wǎng)關(guān)節(jié)點根據(jù)信標節(jié)點的布設(shè)方式和移動節(jié)點的信號覆蓋半徑布設(shè)在巷道壁上，負責(zé)接收移動節(jié)點發(fā)送的定位信息，并將其通過總線傳送到傳輸基站。所述的每個信標節(jié)點包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源，在巷道內(nèi)固定放置，使每三個信標節(jié)點可以組成一個三角形，每個信標節(jié)點向移動節(jié)點A發(fā)射定位信息包括自身位置信息和功率信息，上傳至安裝有BP神經(jīng)系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心，經(jīng)過訓(xùn)練得到任意信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交的交點坐標。所述的每個移動節(jié)點A包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源，與井下工作人員的身份相對應(yīng)，置于井下工作人員的安全帽上，使用礦燈電瓶作為輔助電源；移動節(jié)點A由井下工作人員隨身攜帶；移動節(jié)點A周期性地向信標節(jié)點發(fā)射定位請求信號，并對接收到的信標節(jié)點的定位信息進行處理，移動判斷節(jié)點A在不同方向移動時是否同時遠離或靠近信標節(jié)點，生成相關(guān)的信息上傳至安裝有PIT測試系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心。所述的每個移動節(jié)點B包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源，根據(jù)BP網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)訓(xùn)練得到的輸出位置坐標部署，移動節(jié)點B由井下機械移動設(shè)備攜帶，具有信標節(jié)點的功能。所述煤礦井下人員定位系統(tǒng)中涉及的井下設(shè)備，包括傳輸基站、光纖、網(wǎng)關(guān)節(jié)點、總線、信標節(jié)點、移動節(jié)點A、移動節(jié)點B均是本質(zhì)安全型設(shè)備。所述的總線是CAN總線，或局域網(wǎng)總線，或RS-485總線，負責(zé)網(wǎng)關(guān)節(jié)點與傳輸基站之間的通信；所述的光纖負責(zé)傳輸基站與地面監(jiān)控中心之間的通信。所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于定位系統(tǒng)的訓(xùn)練階段，安裝在計算機或者服務(wù)器中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入部分、隱層和輸出部分三部分，實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的輸出和輸入之間的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過多次訓(xùn)練并且不停地進行權(quán)值的修正，把不符合實際結(jié)果的輸入輸出關(guān)系校正，得到最準確的輸出和輸入之間的關(guān)系，在本系統(tǒng)中以信標節(jié)點的信息包括自身坐標作為輸入進行訓(xùn)練得到任意信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交的交點坐標作為輸出函數(shù)。所述PIT測試系統(tǒng)屬于定位系統(tǒng)的精確定位階段，判斷移動節(jié)點A是否在信標節(jié)點或者移動節(jié)點B所組成的三角形中，PIT測試系統(tǒng)的原理是令一個移動節(jié)點向一個方向移動，如果同時遠離或者靠近三個信標節(jié)點組成的三角形的三個頂點的位置，判斷這個移動節(jié)點處于這個三角形內(nèi)部，反之則處于該三角形外部。上述定位實現(xiàn)分為兩個階段:訓(xùn)練階段和定位階段。所述訓(xùn)練階段中，信標節(jié)點廣播發(fā)送自身位置信息，移動節(jié)點接收信息，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過總線傳送到傳輸基站，傳輸基站通過光纖傳送到計算機中作為輸入，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，得到任意 信標節(jié)點組成的三個相交三角形的每個三角形的外接圓兩兩相交的交點坐標，存儲在數(shù)據(jù)庫中；[0019]所述定位階段包括粗略定位和精確定位兩個階段。所述粗略定位階段中，移動節(jié)點A發(fā)射定位請求信號，信標節(jié)點發(fā)送自身位置信息，移動節(jié)點A接收信息，通過PIT檢測系統(tǒng)判斷，判斷移動節(jié)點A的位置處于哪些信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交形成的公共區(qū)域，通過與訓(xùn)練階段數(shù)據(jù)庫的存儲信息進行對比判斷自身位置處于哪些信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交形成的公共區(qū)域中，找到相應(yīng)區(qū)域的相交點的坐標，在相應(yīng)的位置部署三個移動節(jié)點B，記為M、N、Q ;所述精確定位階段中，利用PIT原理判斷移動節(jié)點A是否處于M、N、Q所組成的三角形內(nèi)，根據(jù)移動節(jié)點A在三角形的內(nèi)部和外部分別進行定位。移動節(jié)點A處于三角形MNQ中時，在三角形MNQ中任意部署一個移動節(jié)點B，記為P，將三角形MNQ分為三個三角形，包括三角形MNP、三角形NQP、三角形MPQ，移動節(jié)點M、N、P、Q同時廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，移動節(jié)點A接收，根據(jù)PIT原理判斷移動節(jié)點A處于哪個三角形中，在該三角形中任意部署一個移動節(jié)點B，將三角形分成更小的三個三角形，繼續(xù)根據(jù)PIT原理判斷移動節(jié)點A處于哪個三角形中，重復(fù)上述步驟，直到所要求的定位精度，進行三角形質(zhì)心的計算，得到精確的定位結(jié)果。移動節(jié)點A處于三角形MNQ外時，即處于外接圓MNQ和三角形MNQ之間，移動節(jié)點M、移動節(jié)點N和移動節(jié)點Q同時廣播發(fā)送自身信息包括功率值，移動節(jié)點A同時接收，根據(jù)到達的信號強度RSSIm、RSSIqaRSSIna判斷移動節(jié)點A處于哪兩個移動節(jié)點和圓弧之間，在圓弧上面任意位置部署移動節(jié)點B，記為R，與其中兩個移動節(jié)B點組成三角形，這兩個移動節(jié)點B和圓弧上部署的移動節(jié)點B廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息和功率值，移動節(jié)點A接收后利用PIT測試原理判斷移動節(jié)點A是否處于該三角形中，如果移動節(jié)點A處于三角形內(nèi)部時，重復(fù)內(nèi)部時的步驟，如果移動節(jié)點A處于該三角形之外，根據(jù)移動節(jié)點A接收到的功率到達強度RSSI值判斷在哪兩個 移動節(jié)點B和圓弧形成的區(qū)域中，重復(fù)上述步驟，直到要求的定位精度，進行質(zhì)心計算，得到精確的定位結(jié)果。本實用新型可廣泛用于煤礦井下人員的精確定位，在訓(xùn)練階段利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以大幅度減少判斷移動節(jié)點A所處三角形公共部分交點坐標的計算量，部署的信標節(jié)點的數(shù)量根據(jù)需要增加或者減少，具有一定的靈活性，最后質(zhì)心的計算縮小到三角形的質(zhì)心計算，計算簡單，計算量小，而且定位精度極高，容易實現(xiàn)，本實用新型還可以實現(xiàn)井下的人員調(diào)度、考勤監(jiān)督等。通過本實用新型，可有效的提高礦山的管理水平和工作效率。本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1.本實用新型訓(xùn)練階段利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大幅度減少了判斷移動節(jié)點A所處三角形公共部分交點坐標的計算量。2.本實用新型與直接采用APIT定位方法相比，部署的信標節(jié)點的密度要求不高，移動節(jié)點B的部署根據(jù)需要增加，具有一定的靈活性。3.本實用新型采用PIT原理進行位置的判斷可以減少計算量。4.本實用新型各節(jié)點間依賴關(guān)系不強，通信開銷小。5.本實用新型移動節(jié)點A的精確位置根據(jù)三角形質(zhì)心計算，與重疊區(qū)域的質(zhì)心算法中采用網(wǎng)格掃描算法相比，計算簡單，計算量大幅度減小，并且可大幅度提高定位精度。6.本實用新型根據(jù)RSSI接收強度的大小判斷移動節(jié)點位置，不需要進行距離的計算，計算量小。

圖1是本實用新型的煤礦井下人員定位原理圖；圖2是本實用新型的煤礦井下人員定位原理圖；圖3是本實用新型的煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成框圖；圖4是本實用新型的煤礦井下人員定位技術(shù)流程框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容和優(yōu)勢更加清楚明了，
以下結(jié)合附圖對本實用新型的一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)進行進一步描述。圖1是本實用新型的煤礦井下人員定位原理圖。如圖1所示，在本實用新型基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非測距APIT的煤礦井下人員定位系統(tǒng)中，在定位階段中移動節(jié)點Al通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)確定處于移動節(jié)點M2、N3、Q4所組成的三角形的外接圓中，通過PIT檢測原理判斷處于移動節(jié)點M2、移動節(jié)點N3和移動節(jié)點Q4所組成的三角形中，在三角形中任意位置部署一個移動節(jié)點P5，將三角形分割成三個小三角形，三角形MNP、三角形MPQ、三角形PQN，縮小了定位范圍，移動節(jié)點M2、移動節(jié)點N3、移動節(jié)點Q4和移動節(jié)點P5同時廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，移動節(jié)點Al接收，通過PIT檢測原理判斷移動節(jié)點Al所處的三角形區(qū)域，然后再在該區(qū)域部署移動節(jié)點R6，重復(fù)上述步驟，直到達到所需精度，最后進行三角形質(zhì)心的計算，得到精確的定位結(jié)果。圖2是本實用新型的煤礦井下人員定位原理圖。如圖2所示，在本實用新型基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非測距APIT的煤礦井下人員定位系統(tǒng)中，在定位階段中移動節(jié)點Al通過PIT檢測系統(tǒng)已經(jīng)確定處于移動節(jié)點M2、N3、Q4所組成的三角形的外接圓中，通過PIT檢測原理判斷處于移動節(jié)點M2、移動節(jié)點N3和移動節(jié)點Q4所組成的三角形之外，移動節(jié)點M2、移動節(jié)點N3和移動節(jié)點Q4廣播發(fā)送自身信息包括功率值，移動節(jié)點Al同時接收，根據(jù)到達的信號強度RSSIm、RSSIqa、RSSIna判斷移動節(jié)點Al處于哪兩個移動節(jié)點B和圓弧之間比如RSSIqa最小，移動節(jié)點Al離移動節(jié)點Q4最遠，處于移動節(jié)點M2和移動節(jié)點N3和圓弧M2N3之間，在圓弧M2N3上任意位置部署一個移動節(jié)點P5，移動節(jié)點M2、移動節(jié)點N3和移動節(jié)點P5廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，移動節(jié)點Al接收，根據(jù)PIT原理判斷移動節(jié)點Al是否處于三角形MNP中，若不處于則重復(fù)上述步驟，直到所需定位精度，進行三角形質(zhì)心計算，得到定位結(jié)果，若處于三角形MNP中則重復(fù)圖1的步驟。圖3是本實用新型的煤礦井下人員定位系統(tǒng)組成框圖。如圖3所示，本實用新型的一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)，包括安裝有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地面監(jiān)控系統(tǒng)I和安裝有PIT檢測系統(tǒng)的地面監(jiān)控系統(tǒng)9、傳輸基站2、光纖3、總線4、網(wǎng)關(guān)節(jié)點5、信標節(jié)點6、移動節(jié)點A7、移動節(jié)點B8。地面監(jiān)控中心可以是多臺計算機或者服務(wù)器組成的計算機網(wǎng)絡(luò)。它擁有一個大型的數(shù)據(jù)庫，可以使用Microsoft SQL Server作為管理系統(tǒng)，根據(jù)分工不同具備不同的數(shù)據(jù)處理功能，地面監(jiān)控 系統(tǒng)I根據(jù)信標節(jié)點6的坐標位置得到由任意信標節(jié)點6組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交的交點坐標，地面監(jiān)控系統(tǒng)9用來判斷移動節(jié)點A7所處的位置，根據(jù)移動節(jié)點A7的位置的不同采用不同的定位方法進行精確定位。訓(xùn)練階段，信標節(jié)點6廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，移動節(jié)點A7接收，網(wǎng)關(guān)節(jié)點5匯聚后通過總線4傳送到傳輸基站2，傳輸基站2通過光纖3傳送到地面監(jiān)控系統(tǒng)I中，得到移動節(jié)點A7所在信標節(jié)點6組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交形成的公共區(qū)域的交點坐標，存儲在數(shù)據(jù)庫中。定位階段，移動節(jié)點A7發(fā)出定位請求，信標節(jié)點6接收后廣播發(fā)送自身信息,移動節(jié)點A7接收，網(wǎng)關(guān)節(jié)點5匯聚后通過總線4傳送到傳輸基站2，傳輸基站2通過光纖3傳送到地面監(jiān)控系統(tǒng)9中，通過地面監(jiān)控系統(tǒng)9判斷處于哪三個外接圓兩兩相交形成的公共區(qū)域，并與地面監(jiān)控系統(tǒng)I中數(shù)據(jù)庫中的信息比較在那個區(qū)域的交點坐標部署三個移動節(jié)點B8，三個移動節(jié)點B8同時廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，通過地面監(jiān)控系統(tǒng)9判斷移動節(jié)點A7是否處于移動節(jié)點B8所組成的三角形中，如果處于則在三角形中部署移動節(jié)點B8，將三角形分割成為三個小三角形，重復(fù)上述步驟，直到達到所需定位精度，進行三角形質(zhì)心的計算，得到定位結(jié)果。如果不處于則移動節(jié)點A7廣播發(fā)送自身信息包括功率信息，比較移動節(jié)點A7接收到的RSSI值判斷處于哪兩個移動節(jié)點B8和對應(yīng)圓弧之間，再次在圓弧上任意位置部署移動節(jié)點B8，形成一個三角形，這兩個移動節(jié)點B8和圓弧上的移動節(jié)點B8同時廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，移動節(jié)點A7接收后利用PIT檢測原理判斷是否處于這個三角形中，如果不處于重復(fù)上述步驟直到達到所需定位精度，進行三角形質(zhì)心的計算，得到定位結(jié)果。圖4是本實用新型的一種煤礦井下人員定位技術(shù)流程框圖。如圖4所示，本實用新型的一種煤礦井下人員定位方法，包括以下步驟:(1)根據(jù)煤礦井下的具體情況部署信標節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點、總線和傳輸基站；(2)信標節(jié)點周期性地廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，發(fā)送到鄰近的網(wǎng)關(guān)節(jié)點中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收信標節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)，通過總線，傳輸基站，光纖將數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝有BP神經(jīng)系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心，經(jīng)過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，得到信標節(jié)點組成的任意三個相交三角形的每個三角形的外接圓兩兩相交的交點坐標，交點坐標作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，存儲在數(shù)據(jù)庫中；(3)移動節(jié)點A由井下工作人員攜帶，移動節(jié)點A周期性地向信標節(jié)點請求信號；(4)信標節(jié)點收到移動節(jié)點A發(fā)出的定位請求后，廣播發(fā)送自身信息包括坐標和功率值；(5)移動節(jié)點A收到信標節(jié)點的信息后，向信標節(jié)點發(fā)送確認收到信號并記錄接收到的定位信號中的坐標位置和信號強度，發(fā)送到鄰近的網(wǎng)關(guān)節(jié)點；(6)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收移動節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，通過總線、傳輸基站、光纖把數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝有PIT檢測系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心，通過PIT檢測系統(tǒng)判斷自身位置處于哪些信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交形成的公共區(qū)域中，并與訓(xùn)練階段數(shù)據(jù)庫的存儲信息進行對比找到相應(yīng)區(qū)域的相交點的坐標，在相應(yīng)的位置部署三個移動節(jié)點B，記為 M、N、Q ;(7)移動節(jié)點B中的M、N、Q分別廣播發(fā)送信息包括自身位置信息，移動節(jié)點A接收到該信息，向移動節(jié)點M、N、Q發(fā)送確認信號并記錄接收到的信號的坐標位置和信號強度，發(fā)送到鄰近的網(wǎng)關(guān)節(jié)點；[0053](8)網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收移動節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，通過總線、傳輸基站、光纖把數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝有PIT檢測系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心，通過PIT檢測系統(tǒng)判斷移動節(jié)點A是否處于M、N、Q所組成的三角形內(nèi)，根據(jù)移動節(jié)點處于三角形MNQ內(nèi)部和外部分別進行定位。步驟⑶包括如下步驟:A.移動節(jié)點A處于三角形MNQ中時，在三角形MNQ中任意部署一個移動節(jié)點B，記為P，將三角形MNQ分為三個三角形，包括三角形MNP、三角形NQP、三角形MPQ，移動節(jié)點M、N、P、Q同時廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息，移動節(jié)點A接收，根據(jù)PIT原理判斷移動節(jié)點A處于哪個三角形中；B.確定移動節(jié)點A所處的三角形中時，繼續(xù)在這個三角形中任意部署一個移動節(jié)點B，再次形成三個小三角形，縮小定位范圍，繼續(xù)判斷移動節(jié)點A處于哪個三角形之中，重復(fù)上述步驟，直到所要求的定位精度，進行三角形質(zhì)心的計算，得到精確的定位結(jié)果；C.移動節(jié)點A處于三角形MNQ外時，即處于外接圓MNQ和三角形MNQ之間，移動節(jié)點M、移動節(jié)點N和移動節(jié)點Q廣播發(fā)送自身信息包括功率值，移動節(jié)點A同時接收，根據(jù)到達的信號強度RSSIm、RSSIqa, RSSIna信判斷移動節(jié)點A處于哪兩個移動節(jié)點和圓弧之間，如果RSSIma最小，則處于圓弧QN和移動節(jié)點Q、N形成的區(qū)域中，如果RSSIqa最小，則處于圓弧麗和移動節(jié)點M、N形成的區(qū)域中，如果RSSIna最小，則處于圓弧MQ和移動節(jié)點M、Q形成的區(qū)域中，然后在移動節(jié)點A所在區(qū)域的圓弧上面任意位置部署移動節(jié)點B，記為R，與移動節(jié)點A所在區(qū)域的兩個移動節(jié)點B組成三角形；D.在圓弧上部署的移動節(jié)點R和移動節(jié)點A所在區(qū)域的另兩個移動節(jié)點B廣播發(fā)送自身信息包括坐標信息和功率值，移動節(jié)點A接收后利用PIT檢測系統(tǒng)判斷是否處于步驟C所述的三角形中，如果移動節(jié)點A處于步驟C所述的三角形中，在該三角形中任意部署一個移動節(jié)點B，把三角形分成三個小三角形，繼續(xù)判斷移動節(jié)點A處于哪個小三角形中，重復(fù)上述步驟，直到所要求的定位精度，進行三角形質(zhì)心的計算，得到精確的定位結(jié)果，如果移動節(jié)點A處于步驟C所述三角形之外，根據(jù)移動節(jié)點A接收到的功率到達強度RSSI值判斷在哪兩個移動節(jié)點B 和圓弧形成的區(qū)域中，判斷方法和步驟C中的一樣，重復(fù)上述步驟，直到要求的定位精度，進行質(zhì)心計算，得到精確的定位結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)，其特征在于:包括地面監(jiān)控中心，傳輸基站、光纖、網(wǎng)關(guān)節(jié)點、總線、信標節(jié)點、移動節(jié)點A、移動節(jié)點B ； 所述地面監(jiān)控中心包括多臺計算機或者服務(wù)器組成的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，部分安裝有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，部分安裝有PIT測試系統(tǒng)，并從傳輸基站接收成井下發(fā)來的定位信息、，處理定位信息； 所述傳輸基站是本質(zhì)安全型交換機，匯聚網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過總線發(fā)過來的信息，并通過光纖傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心；；所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收信標節(jié)點和移動節(jié)點發(fā)送的定位信息，通過總線傳送到傳輸基站；所述信標節(jié)點在巷道內(nèi)固定放置，使每三個信標節(jié)點可以組成一個三角形，每個信標節(jié)點向移動節(jié)點A發(fā)射定位信息包括自身位置信息和功率信息，上傳至安裝有BP神經(jīng)系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心，經(jīng)過訓(xùn)練得到任意信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交的交點坐標； 所述移動節(jié)點A與井下工作人員的身份相對應(yīng)，置于井下工作人員的安全帽上，使用礦燈電瓶作為輔助電源；移動節(jié)點A由井下工作人員隨身攜帶；移動節(jié)點A周期性地向信標節(jié)點發(fā)射定位請求信號，并對接收到的信標節(jié)點的定位信息進行處理，判斷移動節(jié)點A在不同方向移動時是否同時遠離或靠近信標節(jié)點，生成相關(guān)的信息上傳至安裝有PIT測試系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心； 所述移動節(jié)點B根據(jù)BP網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)訓(xùn)練得到的輸出坐標位置部署，移動節(jié)點B由井下機械移動設(shè)備攜帶，具有信標節(jié)點的功能； 所述井下人員定位系統(tǒng)中涉及的井下設(shè)備，包括傳輸基站、光纖、網(wǎng)關(guān)節(jié)點、總線、信標節(jié)點、移動節(jié)點A、移動節(jié)點B均是本質(zhì)安全型設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于定位系統(tǒng)的訓(xùn)練階段，安裝在計算機或者服務(wù)器中，以信標節(jié)點的信息包括自身坐標作為輸入進行訓(xùn)練得到任意信標節(jié)點組成的三個三角形的三個外接圓兩兩相交的交點坐標作為輸出并存儲在數(shù)據(jù)庫中。
3.如 權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述PIT測試系統(tǒng)屬于定位系統(tǒng)的精確定位階段，判斷移動節(jié)點A是否在信標節(jié)點或者移動節(jié)點B所組成的三角形中。
4.如權(quán)利要求1所述一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源及總線模塊； 所述總線是CAN總線，或局域網(wǎng)總線，或RS-485總線； 所述信標節(jié)點包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源； 所述移動節(jié)點A包括:微處理器、存儲器、無線接收發(fā)器、傳感器、電源； 所述移動節(jié)點B包括:微處理器、存儲器、無線收發(fā)器、傳感器、電源。
5.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下人員定位系統(tǒng)，其特征在于:網(wǎng)關(guān)節(jié)點、信標節(jié)點和移動節(jié)點A和移動節(jié)點B中的傳感器、無線收發(fā)器以及網(wǎng)關(guān)節(jié)點中的總線模塊與各節(jié)點中的處理器和存儲器單元相連；各節(jié)點中的無線收發(fā)器接收和發(fā)送無線電磁波；網(wǎng)關(guān)節(jié)點、信標節(jié)點、移動節(jié)點A和移動節(jié)點B中的傳感器感知周圍環(huán)境的溫度、濕度、甲烷濃度信息；各節(jié)點中的處理器和存儲器單元存儲接收的數(shù)據(jù)，并處理控制其它單元的運行；網(wǎng)關(guān)節(jié)點中的總線模塊 與總線相連；各節(jié)點中的電源提供電能。
專利摘要本實用新型公開了一種用于煤礦井下的人員定位系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括設(shè)在井上的地面監(jiān)控中心，設(shè)在井下的傳輸基站，多個網(wǎng)關(guān)節(jié)點，光纖，總線，多個信標節(jié)點，多個移動節(jié)點，其中應(yīng)用于井下的設(shè)備均是本質(zhì)安全型的。本實用新型是一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非測距APIT的井下人員的定位系統(tǒng)，根據(jù)井下巷道的結(jié)構(gòu)部署信標節(jié)點，在訓(xùn)練階段，通過訓(xùn)練生成利用信標節(jié)點構(gòu)成的三個相交三角形外接圓兩兩相交的交點坐標，在數(shù)據(jù)庫中進行存儲，在定位階段，根據(jù)PIT測試系統(tǒng)測試，得到未知節(jié)點所處的粗略位置，與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對比在相應(yīng)的交點坐標位置部署移動節(jié)點，利用PIT測試系統(tǒng)測試，進行精確定位。
文檔編號H04W64/00GK203086745SQ201320085598
公開日2013年7月24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)明者田子建, 姜燁 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)