一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)

技術(shù)領(lǐng)域

1.本實用新型涉及一種井下礦車定位系統(tǒng)，特別指在煤炭深井挖掘和運輸領(lǐng)域內(nèi)一種操作簡單、定位精度高、耗能低、對信道衰落不敏感的基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.由我國現(xiàn)有國情和國家資源配比所決定，煤炭將在未來很長一段時間內(nèi)，繼續(xù)成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要能源。我國的煤炭資源十分豐富，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的煤炭資源的總儲存量達4億噸，位居世界前列，但是，我國現(xiàn)探明的煤炭多位于地下深土層，煤炭開采需進行深井作業(yè)。

3.同時，由于礦井地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤炭開采難度大，在深井中作業(yè)的礦車和礦工與地面工作人員聯(lián)系困難，地面工作人員不能及時得知礦車的位置信息，這給礦場的統(tǒng)一指揮調(diào)度帶來諸多不便。作為“緊急避險六大系統(tǒng)”之一的定位系統(tǒng)，不僅可以在日常生產(chǎn)作業(yè)中為地面管理系統(tǒng)提供井下人員的實時位置信息，從而對井下作業(yè)人員進行有效地生產(chǎn)管理和合理的安排調(diào)度，而且能在事故發(fā)生后的第一時間內(nèi)，為救援人員提供遇難人員的準(zhǔn)確位置信息，而積極有效地實施救援工作。

4.然而，我國目前煤礦井下定位系統(tǒng)的定位精度和效率卻普遍不能滿足生產(chǎn)管理的需求，存在抗干擾性差、傳輸速率低、時間分辨率低、定位精度低、功耗高等諸多問題，且設(shè)備前期投入大、后期操作運營難度大和維護成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，這種井下礦車定位系統(tǒng)操作簡單，設(shè)備穩(wěn)定性高，對信道衰落不敏感、系統(tǒng)復(fù)雜度低、定位精度高，在環(huán)境復(fù)雜的深井煤礦中具備極強的抗干擾能力。一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示車輛的位置信息，和查詢車輛的歷史行駛軌跡。

6.本實用新型采用如下技術(shù)方案：

7.一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)包括井上定位服務(wù)器和井下定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中井上定位服務(wù)器包括井上無線通信模塊，中央處理器，顯示屏，外部輸入設(shè)備，井下定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括基站，移動標(biāo)簽，井下無線通信模塊，其中，所述井下定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所布置的基站至少三個。

8.所述井下定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所布置的基站安裝在井下煤礦的適當(dāng)位置處，所述井下定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所布置的移動標(biāo)簽安裝在待定位的礦車上，每一個待定位礦車獨立安裝一個移動標(biāo)簽，每一個移動標(biāo)簽有獨立的id編號。

9.所述井上無線通信模塊與所述井下無線通信模塊之間通過5g網(wǎng)絡(luò)連接。

10.優(yōu)選地是，所述一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的中央處理器帶有存儲單元。

11.優(yōu)選地是，所述一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的基站和移動標(biāo)簽均采用

stm32芯片作為mcu。

12.優(yōu)選地是，所述一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的基站的控制系統(tǒng)硬件電路主要包括電源模塊、stm32主控最小系統(tǒng)和dwm1000模塊

13.優(yōu)選地是，所述一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的基站控制系統(tǒng)的硬件電路的dwm1000模塊是一個完全兼容ieee802.15.4

?

2011協(xié)議的集成單片超寬帶收發(fā)器。

14.所述一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的基站在井下定位區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)位置處至少安裝三個，當(dāng)安裝有移動標(biāo)簽的待定位礦車加入到事前布置好的基站網(wǎng)絡(luò)后，移動標(biāo)簽發(fā)出uwb脈沖信號被井下已布置的基站所接收，井下已布置的每個基站記錄基站網(wǎng)絡(luò)中每個移動標(biāo)簽發(fā)送信號到達基站自身的時間，然后各基站將所記錄的時間數(shù)據(jù)通過5g網(wǎng)絡(luò)由井下無線通信模塊發(fā)送至井上無線通信模塊，井上無線通信模塊將接收的數(shù)據(jù)值發(fā)送至中央處理器，中央處理器選擇每個標(biāo)簽發(fā)送信號到達各基站的時間中最短的三個值，經(jīng)中央處理器求得移動標(biāo)簽在礦井中的位置，并在顯示屏上將移動標(biāo)簽的實時位置顯示出來，同時將該移動標(biāo)簽此時的位置信息儲存在中央處理器的存儲單元中，當(dāng)需要查詢車輛的歷史行駛軌跡時，通過井上定位服務(wù)器的外部輸入設(shè)備輸入待查車輛對應(yīng)的移動標(biāo)簽id，顯示屏上顯示車輛的歷史行駛軌跡。

附圖說明

15.下面結(jié)合附圖舉實例做進一步詳細描述：

16.圖1為一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的系統(tǒng)總體框架圖；

17.圖2為一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)的定位算法原理圖；

具體實施方式

18.如圖1所示，一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)包括基站a、移動標(biāo)簽b、井下無線通信模塊c1、井上無線通信模塊c2、中央處理器d、顯示屏e、外部輸入設(shè)備f，其中，所述基站a在井下煤礦中至少布置三個，隨著井下挖掘范圍的擴大，基站a的信號接收范圍不能覆蓋整個井下定位區(qū)域時，在新挖掘區(qū)域的適當(dāng)位置處增加基站a，所述移動標(biāo)簽b安裝在待定位的礦車上，每一個待定位礦車獨立安裝一個移動標(biāo)簽b，每一個移動標(biāo)簽b有獨立的id編號，如圖2所示，當(dāng)安裝有移動標(biāo)簽b1的待定位礦車和安裝有移動標(biāo)簽b2的待定位礦車加入到事前布置好的基站網(wǎng)絡(luò)后，移動標(biāo)簽b1和移動標(biāo)簽b2皆發(fā)出uwb脈沖信號，并皆可被井下已布置的基站a1，a2，a3，a4所接收，基站a1，a2，a3，a4記錄基站網(wǎng)絡(luò)中移動標(biāo)簽b1和移動標(biāo)簽b2發(fā)送信號到達各基站自身的時間，然后基站a1，a2，a3，a4將所記錄的時間數(shù)據(jù)通過5g網(wǎng)絡(luò)由井下無線通信模塊c1發(fā)送至井上無線通信模塊c2，井上無線通信模塊c2將接收的數(shù)據(jù)值發(fā)送至中央處理器d，中央處理器d對所上傳的數(shù)據(jù)進行篩選分析處理，選擇標(biāo)簽b1發(fā)送信號到達基站a1，a2，a3的uwb脈沖信號s

11

，s

12

，s

13

的到達時間，選擇標(biāo)簽b2發(fā)送信號到達基站a2，a3，a4的uwb脈沖信號s

22

，s

23

，s

24

的到達時間，經(jīng)中央處理器計算后，求得移動標(biāo)簽b1和移動標(biāo)簽b2在礦井中的位置，并在顯示屏e上將各移動標(biāo)簽b的位置實時地顯示出來，同時將每個移動標(biāo)簽b此時的位置信息儲存在存儲模塊中，當(dāng)需要查詢車輛的歷史行駛軌跡時，通過井上定位服務(wù)器的外部輸入設(shè)備f輸入待查車輛對應(yīng)的移動標(biāo)簽id，顯示屏e上顯示車輛的歷史行駛軌跡，井下定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的基站a可同時接收多個移動標(biāo)簽b，當(dāng)某一移動

標(biāo)簽b不在某一基站a的信號接收范圍內(nèi)時，該基站a不能接收到該移動標(biāo)簽b所發(fā)出的uwb脈沖信號，亦不上傳時間數(shù)據(jù)值，這樣，通過對信道衰落不敏感、抗干擾能力強uwb脈沖信號對井下礦車實施實時高精度定位，不僅可以對井下作業(yè)人員進行有效地生產(chǎn)管理和合理的安排調(diào)度，而且能在事故發(fā)生后的第一時間內(nèi)，為救援人員提供遇難人員的準(zhǔn)確位置信息，而積極有效地實施救援工作。技術(shù)特征：

1.一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，其特征在于：包括井上無線通信模塊，中央處理器，顯示屏，外部輸入設(shè)備，基站，移動標(biāo)簽，井下無線通信模塊，其中，所述基站安裝在井下定位區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)位置處，當(dāng)移動標(biāo)簽加入到事前布置好的基站網(wǎng)絡(luò)后，移動標(biāo)簽發(fā)出uwb脈沖信號給井下已布置的基站，基站記錄移動標(biāo)簽發(fā)送uwb脈沖信號到達基站自身的時間，然后基站將所記錄的時間數(shù)據(jù)通過5g網(wǎng)絡(luò)由井下無線通信模塊發(fā)送至井上無線通信模塊，井上無線通信模塊將接收的數(shù)據(jù)值發(fā)送至中央處理器，經(jīng)中央處理器分析計算后，求得移動標(biāo)簽在礦井中的實時位置，并在顯示屏上顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，其特征是：所述基站在井下定位區(qū)域內(nèi)的至少安裝三個。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，其特征是：中央處理器選擇每個標(biāo)簽發(fā)送信號到達井下各基站的時間中最短的三個值進行分析計算。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，其特征是：所述移動標(biāo)簽固定安裝在待定位的礦車上，每一個待定位礦車對應(yīng)安裝一個移動標(biāo)簽，每一個移動標(biāo)簽有對應(yīng)的獨立id編號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，其特征是：經(jīng)中央處理器分析計算后移動標(biāo)簽的位置信息儲存在中央處理器的存儲單元中，當(dāng)需要查詢車輛的歷史行駛軌跡時，通過外部輸入設(shè)備輸入待查車輛對應(yīng)的移動標(biāo)簽id，顯示屏上顯示車輛的歷史行駛軌跡。

技術(shù)總結(jié)

本實用新型公開了一種煤炭深井挖掘和運輸領(lǐng)域內(nèi)的一種基于UWB技術(shù)的井下礦車定位系統(tǒng)，礦車定位系統(tǒng)，包括井上無線通信模塊，中央處理器，顯示屏，外部輸入設(shè)備，基站，移動標(biāo)簽，井下無線通信模塊，基站用于接收移動標(biāo)簽所發(fā)出的UWB脈沖信號，經(jīng)井下無線通信模塊和井上無線通信模塊傳輸后，將每個基站將接收到的每個移動標(biāo)簽的時間數(shù)據(jù)發(fā)送至中央處理器，經(jīng)中央處理器選擇三個時間最短的值加以分析處理后求得移動標(biāo)簽的實時位置，并在顯示屏上顯示，當(dāng)需要查詢車輛的歷史行駛軌跡時，通過外部輸入設(shè)備輸入待查車輛對應(yīng)移動標(biāo)簽ID，顯示屏上顯示車輛的歷史行駛軌跡，方便對井下人員進行有效地生產(chǎn)管理且發(fā)生事故時能準(zhǔn)確得知遇難人員的位置信息。遇難人員的位置信息。遇難人員的位置信息。

技術(shù)研發(fā)人員：宋波 劉慧勇 張軍

受保護的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古荊華科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.09.07

技術(shù)公布日：2021/7/5