河南中多科技介紹針對目前煤礦工人定位系統(tǒng)精度低、時延大、布置復(fù)雜等問題，提出了一種基于無線電脈沖兩次往返的人員高精度定位方法，并分析了定位的影響因素。通過實驗。以無線脈沖的發(fā)送時間、標(biāo)簽的預(yù)處理時間、接收時間為要素，建立矩陣。矩陣計算結(jié)果表明，標(biāo)簽的位置與上述三個因素有關(guān)。進行了實驗以模擬地下道路上 20-90 m 的基站間隔。結(jié)果表明，當(dāng)定位基站間距為70 m時，平均定位誤差比較小為0.0302 m，定位延遲小為0.43s。

煤礦人員精確定位介紹：

中國煤炭開采的主要方法是煤層的地下開采。中國煤礦的工作環(huán)境復(fù)雜而惡劣。與其他發(fā)達國家相比，我國煤礦安全形勢不容樂觀；尤其是五次重大災(zāi)害在我國煤礦開采的經(jīng)濟損失和人員傷亡中占了很大比例。但近年來，中國政府對煤礦安全工作的重視程度逐漸提高，相關(guān)法律法規(guī)不斷完善，安全監(jiān)管力度加大，煤礦產(chǎn)能結(jié)構(gòu)優(yōu)化，極大地提高了我國煤礦安全水平，降低了煤礦安全生產(chǎn)成本。事故率 。然而，由于煤炭產(chǎn)量大、井開采復(fù)雜、安全技術(shù)保障措施不平衡，我國部分地區(qū)煤礦事故不斷發(fā)生。2004-2015年，我國煤礦火災(zāi)事故87起，死亡661人。2016年，中國發(fā)生煤礦事故197起，造成約451人死亡；百萬噸煤死亡率為0.157，遠(yuǎn)高于國際標(biāo)準(zhǔn)百萬噸煤死亡率（0.02）。預(yù)防重大事故是保障煤礦安全運行的重要因素。人員定位系統(tǒng)作為煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，不僅在日常生產(chǎn)管理中監(jiān)控井下人員的工作動態(tài)，而且在煤礦發(fā)生災(zāi)害時能夠快速確定被困人員的具體位置。在日常管理中，可以詳細(xì)監(jiān)控每個工作人員的地理位置和坐標(biāo)信息，并對周邊環(huán)境進行粗略劃分，確保工作人員所在的位置是礦山安全區(qū)域。在應(yīng)急救援中，可利用殘差定位節(jié)點搜索井下被困人員，并根據(jù)災(zāi)前人員活動區(qū)域?qū)崿F(xiàn)初步檢測。在煤礦安全、事故預(yù)防、應(yīng)急救援等方面發(fā)揮著重要作用。

中國的煤炭資源埋藏較深，目前的地下礦山巷道和工作面可在地下1500 m。復(fù)雜多變的地下環(huán)境和眾多障礙物干擾了定位過程中電磁波的傳輸，降低了人員定位的準(zhǔn)確性。許多學(xué)者針對煤礦安全管理和井下應(yīng)急救援的要求，提出了不同的井下人員定位方法。阿瓦德等人。（2007）提出了一種基于基于距離的曲線分量分析圖（CCA-MAP）的共定位算法。該算法使用采用接收信號強度指示器 (RSSI) 技術(shù)的距離測量。仿真結(jié)果表明，該算法提高了定位精度。藤原（2007），水垣等人。（2007），藤原等人。(2008)、Halber 和 Chakravarty (2018) 研究了使用超寬帶脈沖無線電 (UWB-IR) 技術(shù)的到達時間 (TOA)/到達時間差 (TDOA) 混合相對定位系統(tǒng)，并評估了各種距離的系統(tǒng)性能基站之間通過計算機模擬和實驗；系統(tǒng)定位誤差低至22 cm 。金（2009）和王等人。（2010）總結(jié)了雙向測距（TWR）的激勵、原理和詳細(xì)的數(shù)學(xué)背景，提出了一種新的異步定位系統(tǒng)測距算法，減少了測距過程中使用的數(shù)據(jù)包數(shù)量，提高了測距精度。Neirynck 等人。（2016 年）提出了一種測量對稱雙邊雙向測距 (SDS-TWR) 的替代方法，該方法消除了對對稱恢復(fù)約束的需要。該方法有效地使用時序參考來消除時鐘漂移。Peng 和 Sichitiu (2006) 提出了一種新的到達角 (AOA) 方案，該方案可以通過測量相鄰節(jié)點之間的角度來確定方向 。他們表明，即使測量不準(zhǔn)確，信標(biāo)也很少，基于角度的方法提供了更好的準(zhǔn)確度和精度。Niculescu 和 Nath (2001) 提出了一種方法，假設(shè)每個節(jié)點都具有到達角能力，只有少數(shù)節(jié)點具有定位能力，因此所有節(jié)點都可以確定它們的方向和位置。自組織網(wǎng)絡(luò)。南等人。（2009）提出了一種基于無線同步的單向測距算法，具有測量時間戳和時鐘頻率偏移。該算法不僅為節(jié)點提供瞬時時間信息，還計算相應(yīng)的距離差。

對比分析發(fā)現(xiàn)，上述方法定位誤差較大，定位時鐘延遲較大。Awad 等人 (2007) 提出了一種方法，即使在 3.5 x 4.5 m 的區(qū)域內(nèi)也只能達到 50 cm 的定位精度。雖然文獻中提出的定位方法精度為22 cm，但定位延遲較大，系統(tǒng)布局較為復(fù)雜。雙向測距方法的精度取決于設(shè)備的時鐘漂移。研究表明，通過改進測距算法可以減少改進的數(shù)據(jù)傳輸，同時保證定位精度。但是，沒有對定位所用時間進行優(yōu)化。其他定位方法在定位時鐘時有較大的延遲。分析煤礦實踐發(fā)現(xiàn)三個主要問題：一個是到達時間和到達時間差定位方法要求發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備的時鐘準(zhǔn)確同步，以及設(shè)備的時鐘頻率偏移。 SDS-TWR中的定位變電站和定位卡影響定位精度，二是地下巷道縱橫比大，二維或三維定位誤差大，受缺少線路影響視線，第三種是上述測距定位方式大多需要高密度的節(jié)點布置和額外的硬件支持。

因此，本文提出了一種基于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的無線脈沖雙往返測距方法的定位技術(shù)。同時，由于試驗礦巷道長而窄，一維定位時巷道寬度可以忽略。根據(jù)實驗巷道的具體情況，建立定位基站布置網(wǎng)絡(luò)，與定位標(biāo)簽建立比較優(yōu)匹配關(guān)系，優(yōu)化定位精度和時延，得到系統(tǒng)布置產(chǎn)生的精度誤差和時延。

整個系統(tǒng)的組成：

無線脈沖高精度人員定位系統(tǒng)主要包括參考節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、定位基站、工控機、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺、井下人員佩戴的定位標(biāo)簽等。系統(tǒng)主要分為三層，即遠(yuǎn)程監(jiān)控層、數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換層、后臺操作觀察層。

遠(yuǎn)程監(jiān)控層涉及定位標(biāo)簽，標(biāo)簽與定位基站之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線方式進行的。數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換層包括基站和轉(zhuǎn)換器的定位。基站發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包并記錄相應(yīng)的時間，轉(zhuǎn)換器應(yīng)用自主定位算法計算定位距離。后臺操作觀察層主要包括工控機和接收機。客戶端服務(wù)器可以改變定位基站、定位區(qū)域、定位標(biāo)簽的參數(shù)信息，而Web服務(wù)器可以回放定位標(biāo)簽的軌跡，實現(xiàn)多樣化的監(jiān)控功能。

無線脈沖高精度人員定位技術(shù)：

當(dāng)?shù)V工在巷道或工作面工作時，他們的位置可以通過其定位標(biāo)簽的坐標(biāo)移動來表示。根據(jù)無線通信傳輸?shù)奶攸c，基站之間的比較大布局距離已確定為100 m。

定位系統(tǒng)中的無線脈沖飛行時間和響應(yīng)流程如圖3和圖4所示. 定位數(shù)據(jù)包由任一定位基站發(fā)送，在定位范圍內(nèi)識別現(xiàn)有定位標(biāo)簽和其他基站，每個定位標(biāo)簽立即對接收到的數(shù)據(jù)包進行預(yù)處理，然后向定位基站發(fā)送回復(fù)。為防止單次測量出現(xiàn)意外錯誤，定位基站在收到定位標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)包后，再次向定位標(biāo)簽和其他基站發(fā)送相同的定位數(shù)據(jù)包。類似地，定位標(biāo)簽重復(fù)上一個響應(yīng)。兩次定位響應(yīng)完成后，定位基站取定位標(biāo)簽到基站1的平均距離。

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