一种基于TOA的煤矿井下WiFi人员定位系统及定位方法

摘要

本发明公开了一种基于TOA的煤矿井下WiFi人员定位系统及定位方法，属于矿井监控与通信领域。井下人员定位模块采用WiFi综合通信基站+WiFi定位分站+WiFi人员定位卡的系统结构，利用一路有线信号媒介和两路无线WiFi信号媒介测量信号在人员定位卡与通信基站之间、与定位分站之间的传输时间，进行抑制计时误差计算，得到准确的距离值，利用接收信号的定向天线覆盖方向获取人员方向，实现煤矿井下人员位置准确定位。本发明以不增加设备数量和密度为前提，集成于煤矿井下WiFi综合通信系统中实现煤矿井下人员准确定位，解决了现有煤矿井下人员定位系统提高人员定位准确性的难题及与通信系统分立管理的问题。

主权项

一种基于TOA的煤矿井下WiFi人员定位系统，其特征在于，包括以下模块：地面监控调度模块，用于接收通过数据传输处理模块传输的井下人员定位模块的人员位置信息和身份信息，在煤矿地面工作点对井下人员位置进行监控，在出现事故预警或报警时发送调度指令由数据传输处理模块传输至井下人员定位模块，对入井人员进行告警；数据传输处理模块，用于地面监控调度模块与井下人员定位模块之间数据的处理、传输；井下人员定位模块，基于WiFi通信系统，利用TOA方法检测井下工作人员的位置信息，并通过数据传输处理模块与地面监控调度模块进行数据传输，传输人员位置信息和身份信息，接收出现事故预警或报警时的调度指令并进行告警；所述井下人员定位模块、数据传输处理模块所有设备均为本安防爆设备，防爆型式为矿用隔爆兼本质安全型；所述地面监控调度模块进一步包括监控主机、监控平台软件、调度系统软件；所述数据传输处理模块进一步包括交换机、总线、埋入式光纤传输网络，所述埋入式光纤传输网络作为人员定位信号的有线传输媒介，需施工时埋入巷道侧壁或底板；所述井下人员定位模块的定位精度可达到2m以内，进一步包括WiFi综合通信基站、WiFi定位分站、WiFi人员定位卡；所述WiFi综合通信基站记为A类锚节点，集成于煤矿井下WiFi通信系统共用，用于煤矿井下WiFi通信系统通信功能与所述一种基于TOA的煤矿井下WiFi人员定位系统定位功能的实现，间隔为一可设置的已知值，记为2d，单位为m‑米，进一步包括WiFi通信子站与WiFi定位子站；所述WiFi定位子站，用于接收来自地面监控调度模块的调度指令，向地面监控调度模块发送定位人员的位置信息和身份信息；进一步包括电源、2个定向天线、WiFi信号收发器、有线光信号收发器、计时器、运算处理器、存储器、告警器；所述2个定向天线，分别向巷道的两个走向发送和接收WiFi信号实现信号覆盖，覆盖距离为已知值d，并判别人员所在方向，与巷道走向相同的天线覆盖方向记为D_pro，与巷道走向相反的天线覆盖方向记为D_con，定位过程中WiFi综合通信基站接收到WiFi信号的定向天线覆盖方向即为人员所在位置方向；所述WiFi信号收发器，用于按照“双路WiFi媒介+单路光纤媒介”信号收发及计时模式进行WiFi信号的发送和接收；所述有线光信号收发器，用于按照“双路WiFi媒介+单路光纤媒介”信号收发及计时模式进行光信号的发送和接收、接收来自地面监控调度模块的调度指令并发送告警指令控制告警器告警、向地面监控调度模块发送人员位置信息和身份信息；所述计时器记为C_A，时间分辨率值τ满足用于按照“双路WiFi媒介+单路光纤媒介”信号收发及计时模式进行计时；所述运算处理器，工作频率高于150MHz，用于对定向天线覆盖方向数据、计时器计时数据的处理、按照抑制误差计算公式进行人员位置的距离计算以及整合方向数据和距离数据生成人员位置信息，并将所述人员位置信息与人员身份信息整合由所述有线光信号收发器发送；所述存储器，用于运算处理器处理数据存储；所述告警器，用于接收到来自有线光信号收发器发出的告警指令时，播放告警音进行告警。