矿井动目标精确定位技术及优化方法研究

现有矿井动目标定位系统存在井下无线信号传输衰减严重、非视距误差较大、井下电磁环境复杂、动静目标感知范围广、多系统信息融合联动性强等问题,目前针对矿井动目标精确定位技术及优化方法的研究未全面分析动目标精确定位服务的特点和技术要求,且缺少主流与新兴定位技术的全面对比。针对上述问题,分析了常用信号传输技术和定位测距方法在矿井动目标精确定位系统中应用的优缺点,指出无线电定位技术是较为适合、可行的矿井动目标精确定位技术。从信号防碰撞技术、误差消除方法、定位结果优化方法和融合定位技术4个方面分析了我国矿井动目标精确定位优化方法的研究现状,总结了存在的问题：(1)信号防碰撞算法的综合性仍需改进。(2)测距误差控制手段的高效性有待提升。(3)融合定位方法在生产现场中应用尚不成熟。(4)系统的应急救援辅助作用未充分发挥。针对现有技术的不足,展望了矿井动目标精确定位技术的发展趋势：(1)研究动态环境下信号冲突机制和冲突后恢复机制,设计综合信号防碰撞方案。(2)研究精确、高效、经济的测距误差控制方案,节约通信成本。(3)设计多种定位方法深度融合的动态定位方案,提升系统的可靠性、灵活性和应用性。(4)研究多系...     

矿井定位技术现状和发展趋势

从定位方法、无线通信技术等方面分析了常用的矿井定位技术,阐述了矿井定位技术在人员定位系统和设备近感检测中的应用情况,指出未来矿井定位系统或装备将会综合利用无线超高频测距、惯性导航、多源混合定位与多源信息融合等技术,组成一个面向服务的定位服务系统,实现井下人员和设备的精确定位、大型移动设备人员接近检测、采掘装备与井下搜救人员(机器人)自主导航与定位等服务。     

矿井人员位置监测技术

分析了超声波、激光、视频、惯导、计步器、无线电等矿井测距和定位技术,其中,无线电测距和定位具有定位距离远、定位误差较小、不受光照影响、受粉尘影响小、便于身份识别、系统成本较低等优点,宜用于矿井人员定位和矿井人员精确定位。分析了UWB,ZigBee,RFID,5G,WiFi6等无线电测距和定位技术：矿用UWB具有定位距离较远、定位误差最小、成本较低等优点,宜用于矿井人员精确定位系统;矿用ZigBee具有定位距离远、定位误差较小、成本较低等优点,宜用于矿井人员定位系统等;矿用RFID具有系统成本最低等优点,宜用于煤矿井下作业人员管理系统等;矿井5G和WiFi6定位精度低于UWB,系统成本高于ZigBee,不宜用于矿井人员定位和矿井人员精确定位系统。分析了接收的信号强度指示（RSSI）、到达时间（TOA）、到达时间差（TDOA）、双程测距（TWR）、对称双边双程测距（SDS-TWR）、到达角度（AOA）等矿井人员定位算法：RSSI定位法定位误差大,难以满足矿井人员定位和矿井人员精确定位的需求;TOA定位法要求定位卡和分站时钟计时精确并同步,定位卡和定位分站成本高,不宜用于矿井人员定位和矿井人...     

TD—SCDMA无线通信系统在煤矿的应用

介绍了TD-SCDMA无线通信系统的总体设计方案以及该系统在华亭煤矿的具体装备和应用情况。TD-SCDMA无线通信系统可与有线调度通信系统配合,实现了井下移动作业人员与地面调度人员的通信;采用无线TA定位技术实现了对井下人员的精确定位,定位信息可显示在上位机界面。     

基于RFID技术的井下人员定位管理系统的应用

详细介绍了基于RFID技术的井下人员定位管理系统的工作原理及其在山西高河能源有限公司的应用情况。该系统能够将煤矿井下各个区域的人员动态分布情况及时、准确无误地反映到地面监控中心,使煤矿管理者能够随时了解当前井下人员的总数以及分布状况。实际应用表明,该系统运行稳定,实现了对井下作业人员的监测、查询、定位、跟踪管理,提高了矿井的抗灾能力,为矿井安全生产提供了重要保障。     

井下人员定位管理系统数据模型设计

针对井下人员定位管理系统存在的灾害发生时可靠信息易被破坏、查询效率低等问题,设计了井下人员定位管理系统的数据采集模型及数据流图,并分析了系统数据库的设计要求、表结构设计及数据库优化方法。系统采用主从式通信方式实现数据采集,根据功能划分建立基础数据库和当前数据库,并采用查询语句优化、索引优化等手段提升数据库性能,提高了数据采集及处理速度、系统可靠性及查询效率。     

煤矿避灾引导指挥系统的设计

针对目前矿井灾害救援时通信不畅的问题,提出了一种新型的煤矿避灾引导指挥系统的设计方案,介绍了系统硬件组成和软件设计。该系统采用井下本安LED信号牌、语音通信信号装置以及具备汉字短信功能的精确定位无线编码收发器,在紧急状况下,通过红绿灯联动指引、文字显示提示、实时语音播报以及精确定位短信报警功能,实现了对井下人员安全、快速、有效撤离的引导。实际应用证明,该系统有效提高了井上井下救援通信的可靠性,对提高矿井救灾指挥的水平具有重要意义。     

一种改进的煤矿井下指纹定位匹配算法

煤矿井下环境复杂多变,对人员精确定位技术挑战很大。目前矿井巷道中采用基于接收信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indication)的位置指纹定位算法存在定位目标漂移、抖动和定位精度不高等问题。提出一种改进的指纹定位匹配算法,该算法将K邻近算法和最短历史路径匹配法联合并利用速度限定位置估计补偿算法对定位精度进行修正。利用在煤矿巷道中的实测数据,对改进的匹配算法进行了验证与误差分析。仿真结果表明,改进后的算法能够提高定位精度,满足矿井人员定位、目标跟踪和目标轨迹查询等要求。     

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。     

矿井宽带无线传输技术研究

提出了矿井宽带无线传输技术是解决采掘工作面移动监控、监视和语音通信需求的关键技术。提出了矿井宽带无线传输应满足传输带宽宽、便于接入有线宽带网络、中继设备少、体积小、发射功率小、电磁兼容性好、安全性好、传输协议标准化、电源电压波动适应能力强等要求。提出了漏泄通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下局部通信等;感应通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下救灾通信等;透地通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下避难硐室等应急通信;小灵通、CDMA、GSM、Bluetooth不能用作矿井宽带无线传输技术;RFID不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿物联网、矿用设备管理和防碰撞等;ZigBee不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下人员、胶轮车、电机车等动目标精确定位和矿用传感器无线传输等;UWB不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下生命探测、防碰撞、煤矿井下人员和胶轮车等动目标精确定位等;WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等3G不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下语音移动通信等。提出了矿井宽带无线传输技术宜采用WiFi,4G有可能成为未来矿井宽带无线传输技术。     

基于ZigBee的井下人员精确定位方案及实现

针对矿井采用的传统RFID定位技术不能实现井下人员精确定位的问题,并根据矿井巷道的一维线性空间特点和井下人员的作业习惯,提出一套基于ZigBee的井下人员定位方案。方案将矿井巷道虚拟地划分为近基站区域和远基站区域,近基站区域采用RSSI定位算法,并利用高斯滤波模型对接收功率值滤波,实现精确定位;远基站区域采用V-T(Velocity-Time)算法进行定位。实验表明算法在近基站区域测量最大绝对误差为3m,远基站区域最大绝对误差为5m。     

基于RFID与CAN总线的井下人员跟踪系统

深入分析了射频识别(RFID)技术与现场总线(CAN)技术,提出了一种以RFID为核心,以CAN-bus通信网络为纽带的煤矿井下人员定位系统.利用RFID技术实时采集井下工作人员具体位置,通过CAN总线将采集到的信息传送到上位机,实现对井下人员的定位.系统具有功耗低、可靠性高,很好的满足了矿井人员定位的要求.     

矿用机车调度管理系统设计

针对现有煤矿车辆调度管理系统存在物料运输效率低、斜巷存在人车同行等安全隐患、且未融合绞车联动控制系统等问题,设计了一种新型矿用机车调度管理系统。该系统由机车精确定位系统、机车物料管理系统和绞车联动控制系统3个子系统组成。机车精确定位系统采用无线信号飞行时间定位方式对井下车辆进行实时定位与跟踪,定位精度可达到1m;机车物料管理系统通过动态目标识别器、车辆标志卡对各机车的物料进行管理,可减少物料积压;绞车联动控制系统采用动态目标识别器对绞车斜井巷道的行人进行监测,通过矿用断电器控制绞车运行状态,避免人员误入斜井巷道。系统管理平台通过共享各个子系统的数据,实现对车辆的全面管理。实际应用结果表明,该系统能够对井下机车的行驶轨迹、运料情况及行车安全进行合理调度。     

基于RFID的人员精确定位方法研究

针对矿井下等地下复杂工作环境中的人员定位问题,结合蛛网定位算法和RFID技术设计一种人员精确定位方法。详细阐述了矿井下建立蛛网模型的方法,介绍了人员定位数据的采集思路和误差分析。使用该方法定位精确,保障了井下人员的安全,为矿难发生时的救援定位节省了宝贵时间。     

基于惯性导航技术的井下电机车精确定位系统

目前矿井运输系统中所采用的射频识别等电机车定位方法,只能检测到电机车在某一区域内,不能实现精确定位.通过对移动目标定位技术、数据通讯技术以及可视化技术的研究,结合对煤矿井下特殊工作条件的分析,提出了将惯性导航技术应用到井下定位系统的方案.利用加速度计和陀螺仪测得井下电机车位置、速度、方向等数据信息,通过无线通讯与有线通讯相结合的方式,将数据传送到井上调度中心计算机,应用组态王软件实时显示井下电机车的精确位置.该系统便于调度员了解电机车实时情况,提高了行车安全和效率,排除了撞车等事故的安全隐患.     

一种基于人员定位的矿井综合通信系统

针对目前矿井井下通信系统功能不完善,技术与实现复杂的现状,提出了一种基于井下人员定位的综合通信监控系统。详细介绍了定位原理与具体实现过程,给出了系统中关键设备基站（BS）与人载通信器的结构原理图,并对综合通信与监控功能的实现进行了分析,最后给出了CMC管理软件的系统功能框图。     

无线输电技术及其在矿井安全监控系统中的应用

介绍了无线输电技术的概念和发展史,依据现有三大无线电能传输标准,重点阐述了电磁感应式、无线电波式、电磁谐振式3种无线电能传输方式,并认为磁耦合谐振式无线电能传输方式最具研究前景;针对煤矿井下工作环境特点和防爆要求,分析了无线输电技术在矿井中的应用前景,指出矿井安全监控系统是无线输电技术的优先发展领域,并依据《煤矿安全规程》及相关行业标准,通过实例分析了矿井安全监控系统应用无线输电技术的需求和意义;指出了矿井无线输电技术需要解决的关键问题。     

现代化矿井通信技术与系统

提出了由矿用有线调度通信系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信系统和矿井救灾通信系统等组成的煤矿井下通信技术体系。提出矿用调度通信系统应采用矿用有线调度通信系统。提出全矿井移动通信系统宜采用WiFi、3G、4G等通信技术。提出矿井广播通信系统既可采用矿用有线调度通信系统远程供电广播技术,也可采用基于以太环网和无源光网络的IP通信技术。提出矿井救灾通信系统应采用无线多媒体通信技术,宜采用WiFi和MESH等通信技术。提出矿井移动通信系统应满足手机脱网通信、基站脱网通信、无线自组织网络、接入煤矿井下有线宽带传输平台等要求。指出在手机脱网通信、接入煤矿井下有线宽带传输平台、无线自组织网络、矿用无线摄像机、基站脱网通信、多功能矿井移动通信系统、矿井无线宽带传输等方面,WiFi优于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。提出多功能矿井移动通信系统和矿井无线宽带传输宜采用WiFi。     

基于LiFi定位的矿井下定位系统研制

矿井下的工作环境复杂,四周主要是由岩壁和煤层组成的有限异质可变空间,空气湿度大;空气中浮游杂质、腐蚀性气体含量高,导致事故发生后营救工作困难。为能够及时对事故地点和人员进行实时有效的定位、制定合理的救援行动计划,提高被困人员的获救概率,文中以可见光通信的发展为契机,将可见光通信技术应用于煤矿井下,借助LiFi技术兼具照明和通信的功能,将之应用于矿井下人员定位系统,应用电力线载波通信技术设计通信网络,实现了地面工作人员对矿下工作人员的单工监测定位。LiFi定位的研制为矿下定位通信提供了新的解决方案,克服了现有一些通信方式的缺点,便于矿井下工作的安全生产管理,如矿井下人员管理、考勤工作统计、事故应急救援等,带来了巨大的安全和经济效益。     

基于UWB技术的井下快速移动目标高精度定位系统的设计与实现

基于UWB技术的井下快速移动目标高精度定位系统集UWB技术、AI技术、无线数据传输、自动控制技术、通信技术等于一体,能有效解决智能矿井下快速移动的工作人员及车辆分布实时统计、精确定位、智能辅运调度、智能采煤、掘进工作面精确定位等问题,在遏制超定员生产、防止人员进入采空区等危险区域,发现超时作业人员或特种作业人员、干部下井,入井考勤,持证上岗管理,应急救援,事故调查等方面发挥着重要作用。该系统的应用,可极大提高煤矿生产企业的安全生产管理水平,为企业及各部门日常生产调度、安全监管及应急救援、隐患排查提供重要手段。