基于距离约束的井下电磁波超声联合定位系统

摘要

本实用新型公开了一种用于煤矿井下的基于距离约束的井下电磁波超声联合系统。包括地面监控中心、上层终端、井下中心站、网关节点，光纤，总线，定位锚节点，移动节点，其中应用于井下的设备均是本质安全型的；本系统根据电磁波、超声波传播特性，使用适当的近似算法，通过对数-常态模型公式，得到移动节点到两个锚节点距离之比的简化公式。以两个锚节点之间固定的距离为约束条件，得到移动节点在巷道内的纵向坐标；根据TOF测距原理，使用超声波测距获得移动节点到巷道壁的距离，得到移动节点在巷道内的横向坐标，进而得到移动节点的二维位置坐标，实现精确定位。本实用新型的定位系统定位精度高，成本低，并且耗能少，系统设备结构简单。

主权项

一种基于距离约束的井下电磁波超声联合定位系统，其特征在于，包括地面监控中心，上层终端，井下中心站，网关节点，光纤，总线，锚节点，移动节点；所述地面监控中心是一台计算机或者服务器，或者是多台计算机或者服务器组成的计算机网络；地面监控中心从井下中心站接收从井下发来的定位数据包，处理定位数据包；所述上层终端是处在远地的监控中心，通过Internet网络与地面监控中心连接，获取实时监测数据；所述井下中心站是交换机，汇聚网关节点通过总线发过来的定位数据包，通过光纤传输到地面监控中心；所述网关节点布设在支巷道的端点，接收锚节点转发的移动节点发射的定位数据包，通过总线传送到井下中心站；所述每个移动节点分配一个识别码，识别码与携带移动节点的人员身份或设备名称唯一对应，对应关系存储于地面监控中心；移动节点以超声波为传输介质向一侧巷道壁发射超声波信号并接收反射回波，测量其与巷道壁的距离，以电磁波为传输介质与锚节点进行通信，获取锚节点发射信号的接收强度和锚节点数字编号，处理形成定位数据包；移动节点将定位数据包发送给最近的锚节点，定位数据包经过锚节点间的存储转发至地面监控中心；所述锚节点悬挂于巷道顶板，距两侧巷道壁距离相等；锚节点向移动节点发射电磁波定位信号，接收移动节点发射的电磁波定位请求信号和定位数据包，将移动节点的定位数据包发送至相邻锚节点或网关节点，每个锚节点接收相邻锚节点的数据包并存储转发至相邻的另一个锚节点，接力转发数据包直至到网关节点，每个锚节点分配一个数字编号N，数字编号与其位置坐标对应，对应关系存储于地面监控中心；规定井下巷道纵向坐标轴坐标增大的方向为正方向，N的数值沿着正方向增大；所述总线是CAN总线，或局域网总线，或RS‑485总线，连接网关节点与井下中心站，实现网关节点与井下中心站之间的数据传输；所述光纤连接井下中心站与地面监控中心，实现地面监控中心与井下中心站的数据传输；所述井下电磁波超声联合定位系统中的井下设备，包括网关节点、总线、锚节点、移动节点，全是本质安全型设备。