一种井下定位系统及方法

本发明公开了一种井下定位系统和方法。该系统包括地面控制台，多个网关，数据传输线，总线，多个接收节点，多个无线信标，以及多个移动节点；采用接收节点、无线信标、以及移动节点组成的三层无线网络，通过无线传感器通信网络(WSN)，由无线信标定时发起广播，移动节点接收并转发到接收节点的广播－转发式的定位方式进行定位，提高系统针对静态目标以及移动目标的定位精度。

1、一种井下定位系统，其特征在于，包括地面控制台，多个网关，数据 传输线，总线，多个接收节点，多个无线信标，以及多个移动节点； 所述地面控制台记录每个接收节点和无线信标位置，并从网关接收井下发 送上来的定位信息，处理定位信息； 网关负责数据在不同网络间转换； 所述接收节点收集移动节点定位信息；所述每个接收节点分配一个独有的 数字编号，用无线的方式接收移动节点发送的定位数据，再将该数据解析后附 加上接收节点自身的数字编号并打成数据包，再把数据包通过总线转发给网 关； 所述每个无线信标分配一个独有的数字编号，每隔一段时间向周围广播一 次它的数字编号； 所述每个移动节点分配有一个独有的数字编号，接收无线信标发送的数字 编号，并每隔一段时间把它的数字编号以及它这段时间内接收到的无线信标的 数字编号以及信号强度按照预设格式发送给接收节点。 2、根据权利要求1所述的井下定位系统，其特征在于，所述地面控制台 包括一控制模块，用于将移动节点通过网关传输上来的定位数据解码后储存到 数据库中，同时配合数据库中存储的各个接收节点和无线信标的位置信息，计 算出移动节点的位置。 3、根据权利要求1所述的井下定位系统，其特征在于，所述网关中，井 上的网关接收数据传输线传送上来的数据，并把数据发送给地面控制台；井下 的网关接收总线传送上来的数据，并把数据通过数据传输线发送到地面上的网 关。 4、根据权利要求1所述的井下定位系统，其特征在于，所述总线为CAN 总线，或者局域网总线，或者RS-485总线；所述数据传输线为光纤，或者同 轴线，或者网络线。 5、根据权利要求1所述的井下定位系统，其特征在于，还包括在接收节 点或者移动节点上添加的传感器，用于测量相应的传感数据，并采用和定位数 据相同的传输方式，将数据传送到地面控制台。 6、根据权利要求1所述的井下定位系统，其特征在于，所述接收节点包 括第一处理器，无线接收器，第一编号存储器，总线模块及电源接口； 所述无线信标包括第二处理器，第二编号存储器，无线发射器，以及电池； 所述移动节点包括第三处理器，第三编号存储器，无线收发器，以及电池。 7、一种井下定位方法，其特征在于，包括下列步骤： 步骤A，根据矿井的结构及工作环境，布设配置接收节点，无线信标，以 及移动节点； 步骤B，无线信标每隔一段时间发送含有该信标独立编号的无线信号； 步骤C，移动节点接收无线信标发送的无线信号，并记录接收到的无线信 标的编号以及无线信标的信号强度，移动节点按照一定时间间隔将这段时间间 隔内接收到的无线信标的编号和信号强度，以及移动节点自身的编号按照预设 格式发送给临近的接收节点； 步骤D：接收节点接收移动节点发送来的数据包，并在数据包中加入接收 节点自身的数据编号，然后通过总线、网关、数据传输线把数据包发送到地面 控制台； 步骤E，地面控制台接收到数据包后，对照数据库进行定位操作。 8、根据权利要求7所述的井下定位方法，其特征在于，所述步骤A包括 下列步骤： 步骤A1，在井下巷道中沿一定距离布设与总线连接的接收节点； 步骤A2，在井下巷道中沿一定位置布设无线信标； 步骤A3，完成接收节点和无线信标的布置之后，在地面控制台的数据库 中记录每个接收节点和无线信标的编号以及对应的井下位置； 步骤A4，给每个需要定位的井下工作人员或者移动机械分配移动节点， 并在地面控制台的数据库中记录每个移动节点的编号，以及所对应员工或者移 动机械的信息。 9、根据权利要求7所述的井下定位方法，其特征在于，所述步骤B中， 所述时间间隔取小于移动节点从一个无线信标移动到邻近的下一个无线信标 所需要的时间。 10、根据权利要求7所述的井下定位方法，其特征在于，所述步骤C中， 所述时间间隔的大小大于或等于无线信标的信号发送间隔。 11、根据权利要求7所述的井下定位方法，其特征在于，所述步骤C还 包括下列步骤： 如果出现无线信息丢失或者其他特殊原因造成该时间段没有接收到无线 信标的信号，移动节点则将一个代表没有收到无线信标信号的特殊编号以及移 动节点自身的编号按照预设格式发送给临近的接收节点。 12、根据权利要求11所述井下定位方法，其特征在于，所述步骤E中， 对照数据库进行定位操作，包括下列步骤： 如果收到的数据包中所含的无线信标编号是代表没有接收到无线信标信 号的特殊编号，则认为该移动节点的位置是在数据包中接收节点编号对应的接 收节点的位置上； 否则，则认为该移动节点的位置是在数据包中信号最强的无线信标编号所 对应的无线信标的位置上。 13、根据权利要求11项所述的井下定位方法，其特征在于，所述步骤E 中，对照数据库进行定位操作，包括下列步骤： 将数据包中所有无线信标的位置以及相应信号强度，用无线信号衰减模型 P(r)＝k/r²综合处理，计算出更高精度的移动节点的位置。