一种新型井下人员组合定位系统设计

针对目前井下人员定位精度低、无法实时全局定位、搜救被困人员困难等问题,设计了一种基于微惯性测量组合(MIMU)导航技术和WiFi技术相结合的井下人员组合定位系统;给出了发生矿难后的基于该组合定位系统的搜救方案。该系统利用WiFi提供的可靠位置信息来给定MIMU最初的位置信息并校正MIMU的位置,弥补了MIMU误差随时间累积的缺点;利用MIMU的实时全局定位来弥补WiFi的局部定位。选用卡尔曼滤波将两者进行信息融合,进行最优组合处理。测试结果表明,该系统实现了对矿井井下人员实时三维全局定位及快速搜救,具有一定的工程实际意义。     

基于MIMU/WI-FI的井下人员三维全局定位

为进一步提高煤矿井下人员定位系统的定位精度,克服目前只能区域定位,抗干扰能力差等缺点,提出一种新型的基于MIMU/WI-FI组合的煤矿井下人员三维全局定位方法。在对MIMU和WI-FI各自定位原理分析的基础上,给出基于MIMU/WI-FI组合定位的系统解算图。通过对MIMU和WI-FI各自的误差源分析,建立组合系统误差模型,进而采用间接法卡尔曼滤波并运用位置组合方式获得组合系统的定位信息。最后,对组合定位误差模型进行仿真。仿真结果表明,基于MIMU/WI-FI的组合定位方法具有定位精度高,实时性强,可靠性好,能够进行三维全局定位等优点,为提高煤矿安全生产管理水平提供了一种更好的方法,具有较高的工程应用价值。     

基于WiFi和ZigBee的井下人员无线跟踪与定位系统的设计

针对现有矿山人员定位系统成本高、安装复杂、只能区域定位等问题,提出了一种基于WiFi和ZigBee技术的井下人员无线跟踪与定位系统的设计方案和一种符合矿山实际要求的基于一维线性空间的实时定位方法,详细介绍了该系统的软硬件设计。该系统采用WiFi技术组建无线语音局域网络,采用ZigBee技术组建无线传感器监测网络,通过井下综合分站同时发射WiFi和ZigBee无线信号,实现了井下实时通信信号和定位信号的覆盖。该系统已实际应用,效果良好。     

基于超宽带技术的井下人员定位系统

针对目前常用的井下人员定位技术存在传输距离短、抗多径效应差、定位精度低等问题,采用基于到达时间差的超宽带定位技术,提出了一种井下人员定位系统。该系统通过多个定位传感器发送测距信号,井下人员携带的目标节点接收信号并进行处理后回传给定位传感器,主定位传感器通过WiFi网络接收定位传感器发送的测距信息,并通过有线以太网发送至定位服务器来实现井下人员实时定位,有效提高了井下人员定位精度。     

矿井人员融合定位系统

针对基于传统接收信号强度指示(RSSI)指纹定位算法的井下人员定位系统在离线采样阶段指纹数据库采集工作量大、易受井下环境影响,基于行人航迹推算(PDR)算法的定位系统存在误差累计的问题,设计了一种基于改进RSSI指纹定位算法和PDR算法的矿井人员融合定位系统。该系统采用GS1011控制器和MPU9150惯性传感器构成智能终端,将采集的惯性传感器、RSSI和时间戳数据通过井下WiFi网络上传至地面监控中心定位服务器;定位服务器采用扩展卡尔曼滤波对RSSI指纹定位算法和PDR算法的定位信息进行融合,实现井下人员定位。试验结果表明,该系统平均定位误差为1.79m,小于单独采用RSSI指纹定位算法或PDR算法的系统定位误差,定位精度满足井下人员定位要求。     

基于WiFi的井下指纹模定位算法

为提高井下人员定位精度,提出了一种基于WiFi的井下指纹模定位算法。该算法将采样点处测得的信号强度及其相应的位置信息保存起来,形成指纹数据库;WiFi终端根据实时测得的无线接入点信号强度,利用匹配算法与指纹数据库中的信息作比较,并采用欧几里得距离公式计算出终端位置。测试结果表明该算法可实现井下精确定位。     

煤矿井下精确定位系统研究

针对现有基于RFID,ZigBee,WiFi等技术的煤矿井下人员定位系统定位精度较低的问题,提出了融合可见光通信和惯性导航系统的煤矿井下精确定位系统。该系统以煤矿井下LED照明灯作为LED可见光定位基站,利用智能信息矿灯内置CMOS摄像头接收可见光信号进行定位,利用智能信息矿灯内置加速度传感器和陀螺仪数据进行时间积分得到井下人员运动轨迹和方向,并通过智能信息矿灯识别LED可见光定位基站的ID编码信息重新定位来修正惯性导航数据,从而实现精确定位。在煤矿井下布置8个LED可见光定位基站,通过5台智能信息矿灯以正常速度移动来测试系统定位精度,结果表明系统定位误差小于1m,满足煤矿井下人员定位精度要求。     

井下复合定位系统框架

提出了一种包含粗定位和高精定位在内的复合定位系统,该系统可对井下作业人员的位置进行实时监测,从而实现及时救援和人员管理的目的;由于井下作业人员的位置会持续发生变化,所以信息采集过程中的位置信息具有滞后性,这对快速持续的高精度定位带来了巨大的挑战;基于该问题,提出了一种基于层次聚类的粗定位方法,通过对现有完整数据和目标可能位置进行信息融合和冗余去除来预测实际位置;然后,再在粗定位的范围内布设当前已有的高精度定位设备以实现高精度定位;仿真结果证明,提出的复合定位系统可以将定位范围从15 km缩小至500 m,且能够实现100%的拓扑预测精度。     

基于CSS技术的井下精确定位系统设计

针对现有井下定位系统大多只能提供区域性定位功能,无法为人员或设备提供精准、实时的位置信息的问题,提出了基于CSS技术的井下精确定位系统设计方案。该系统利用SDS-TWR定位算法和定位管理协议,在得到高定位精度的同时,不需要进行系统的时钟同步,增强了系统的可实现性和稳定性。井下测试结果表明,该系统可实现井下设备和人员的高精度定位,定位精度达到3m以内,最远传输距离达到350m。     

基于ZigBee的矿井环境监测及人员定位系统设计

针对煤矿井下环境复杂、瓦斯爆炸事故频发、矿难事故搜救难度大等问题,设计一种基于ZigBee的矿井环境监测及人员定位系统。通过传感器采集井下温、湿度和瓦斯浓度等环境参数,采用CC2530构建数据传输及人员定位网络,将RSSI测距定位技术和三边定位算法相结合,实现井下工作人员的实时定位。根据井下环境的特点,采用均值滤波算法对RSSI值进行修正,提高了定位精度。实验结果表明,该系统环境参数监测准确、网络通信通畅可靠、人员定位精度较高,可满足煤矿安全生产管理及矿难事故搜救的需要。     

基于802.11n的多功能无线传输平台的设计与应用

针对现有煤矿井下人员定位系统存在功能单一、定位精度不高的问题,设计了一种基于802.11n的煤矿本安型多功能无线传输平台。该平台基于802.11n传输协议和采用信号强度测量模块,不仅实现了数据、语音和视频等的高速传输,还可同时通过WiFi信号实现井下人员的实时定位。煤矿井下实际测试结果表明,该平台的无线传输速率达到了120Mbit/s,信号覆盖范围为500m,实时定位精度为9.68m,满足了煤矿安全信息的传输要求。     

混沌粒子群优化神经网络的井下人员无线定位方法研究

针对井下人员定位系统定位精度较低,不能满足智慧煤矿的需求,提出一种基于混沌粒子群算法优化Elman神经网络的井下人员无线定位方法。该定位方法首先在井下巷道无线网络环境中,利用无线终端采集一定数量的样本点指纹数据库。其次初始化Elman神经网络,利用混沌粒子群优化算法对神经网络权值和自连接反馈增益因子寻优。再次用指纹数据库对优化过的Elman神经网络进行训练和测试,建立神经网络定位算法模型。最后通过无线终端采集定位点的指纹数据,由神经网络定位算法模型进行实时定位。经试验表明,该井下人员无线定位方法平均定位误差为1.35 m;而混沌粒子群算法优化Elman神经网络定位算法,其算法全局搜索能力更强,更适合井下时变环境中应用。     

基于WiFi的煤矿井下智能终端设计

针对现有智能终端灵活性差、功能较单一等缺点,提出了一种基于WiFi的煤矿井下智能终端设计方案,详细介绍了该终端的硬件与软件设计。该终端集环境信息采集、人员定位和信息交互功能于一体,利用采集的井下环境温度、瓦斯体积分数等实现对井下环境信息和人员信息的实时感知;通过获得AP的RSSI反馈给监控中心进行井下人员定位;矿工通过人机交互界面查看监控中心发送的调度信息、救援信息或者发送报警信息到监控中心。该终端功耗低、实时性高、灵活性强,具有良好的应用前景。     

井下人员定位硬件系统设计与实现

针对煤矿目前普遍存在的人员出入井管理困难、井上管理人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况、灾后救援效率低并且缺乏可靠的人员定位信息等现状。我们利用2．4G高频射频芯片NRF24E1和增强51内核的W77E58单片机．设计了井下人员定位系统,将辜位信息实时传送到上位机,方便井上管理人员对井下人员的跟踪、定位与管理。     

基于矿井WiFi通信系统的混合定位方法研究

分析了现有矿井目标定位方法原理及存在的问题:非测距定位中的基于射频识别技术的定位方法、基于蜂窝小区标识的定位方法和无线传感器网络定位方法只能确定目标节点的范围,定位精度较差;测距定位精度较高,但基于到达角度的定位方法、基于到达时间的定位方法和基于到达时间差的定位方法对硬件设备要求较高,难以在煤矿井下应用;基于接收信号强度的定位方法易于实现,但受环境噪声影响较大,定位精度降低。提出了一种基于矿井WiFi通信系统的混合定位方法,该方法分粗细两步进行定位:粗定位采用基于蜂窝小区标识的非测距定位方法,确定目标所在的小区范围;细定位采用基于接收信号强度的测距定位方法。该混合定位方法可以在不增加定位系统复杂度的情况下提高目标定位的精度。     

煤矿井下三维人员定位及信息管理系统的研究

介绍了井下三维人员定位系统的组成、工作原理、功能及关键技术。该系统采用射频识别技术、ZigBee技术及3D技术,可实时识别与跟踪井下人员动态,并通过计算机网络采集、传送数据;还可通过仿真矿井虚拟现实井下人员的考勤、分布状态及运动轨迹,可在事故发生后为矿井人员的抢救提供可靠的位置信息,提高抢险救灾的效率。