UWB定位技術應用于露天煤礦人員定位系統(tǒng)

智能化 智能 uwb定位技術應用 uwb定位技術 uwb定位 uwb 技術 實現 露天煤礦| 2021-07-08 格諾誠智能科技

uwb定位技術應用于露天煤礦人員定位系統(tǒng)

為解決目前露天煤礦普遍安裝的人員定位系統(tǒng)只能進行區(qū)域人員定位的問題,同時解決現有的精確人員定位系統(tǒng)建設成本投入太高的問題,提出了采掘面和關鍵區(qū)域精確定位和其系統(tǒng)采用UWB超寬帶技術為定位測量技術,理論精度達到0.1米。有專門的人員定位監(jiān)測平臺軟件,進行定位信息的處理,功能涵蓋現有人員定位系統(tǒng)的功能,并能融合現有區(qū)域定位數據,系統(tǒng)同時還提供調度通訊的功能。

煤礦人員定位.jpg 

系統(tǒng)由人員調度通訊定位終端(人攜帶)、精確定位錨點、區(qū)域定位錨點、采集器、傳輸分站、光纖、電源、礦用本安電源箱、調度采集服務器、人員定位系統(tǒng)分析平臺軟件等幾部分組成。

精確定位采用UWB(UltraWideband)超寬帶,頻帶為3.1-10.6GHz,帶寬大于500MHz,時域上表現為時間極短(<2nS)的脈沖。

模塊A相當于安裝在人員調度定位終端里,模塊B相當于安裝在精確定位錨點里,精確定位錨點按照固定坐標值,按一定間隔安裝。

UWB定位技術采用的是TOF(飛行時差)測距,TOF測距方法屬于雙向測距技術,它主要利用信號在兩個收發(fā)機之間飛行時間來測量節(jié)點間的距離。模塊從啟動開始即會生成一條獨立的時間戳。模塊A的發(fā)射機在其時間戳上的a1發(fā)射請求性質的脈沖信號,模塊B在b2時刻發(fā)射一個響應性質的信號,被模塊A在自己的時間戳a2時刻接收。

人員調度定位終端不斷在獲取UWB定位錨點ID和距離信息,從報文信息中判斷本次測距通信的UWB錨點數量為1還是大于1,若是1,則存儲一條精確定位信息,若是2,則拆分成兩個精確定位信息存儲。

人員調度定位終端將在第一次進入某個區(qū)域定位錨點區(qū)域、離開某個區(qū)域定位錨點區(qū)域、切換到新的區(qū)域定位錨點三個時間節(jié)點的時間形成區(qū)域定位信息,并將區(qū)域定位信息存儲后在LoRa網絡覆蓋時將區(qū)域定位信息上傳給分站和采集器。

人員調度定位終端在第一次搜到區(qū)域定位錨點之后,記錄當前時間和區(qū)域定位錨點ID信息。

若后面最長10S時間內能夠持續(xù)搜到同一個ID的區(qū)域定位錨點,則不做處理,若10S時間后沒有搜到同一個ID的區(qū)域定位錨點,則記錄當前時間-10S和區(qū)域定位錨點ID信息。若在10S時間內搜到另一個區(qū)域定位錨點,則立即記錄當前時間和最新的區(qū)域定位錨點ID信息,并按最新區(qū)域定位錨點為標準進行10S間隔判斷。

區(qū)域定位錨點信息的獲取功能由人員調度定位終端上的2.4GRFID模塊實現,2.4GRFID模塊會將狀態(tài)變化情況(經過的錨點信息、游離狀態(tài)、更換錨點)通過串口發(fā)送給主控制,主控制緩沖后,通過LoRa將區(qū)域定位信息進行上報給采集器。

項目實施工作流程

1、定目標

考慮項目資金受限情況及現有人員定位系統(tǒng)狀況,確定是全礦精確定位還是局部精確定位。

2、劃范圍

確定哪些采掘工作面及圍欄區(qū)域需要精確定位,從什么地方開始到什么位置結束,區(qū)域定位能接受的最大精度。

3、做試驗

在所有涉及的精確定位區(qū)域,分別做UWB信號和LORA信號正常工作覆蓋的范圍,即傳輸距離,作為設備布置的基礎參數。

4、擬規(guī)劃

在做試驗的基礎上,做出所有區(qū)域和位置的的錨點安裝規(guī)則、規(guī)劃。

5、找位置

根據規(guī)劃,在電子采掘工程平面圖上,標注出每個錨點具體的安裝位置。

6、去安裝

在需要安裝的位置,實際懸掛安裝錨點,同時使用礦用巡檢記錄儀將錨點編號與位置進行現場對應。

7、培訓試運行

組織相關培訓,試運行,系統(tǒng)調整,準備驗收材料。

1.人員定位,功能包括:

采煤面、掘進頭精確定位;大巷、上下山區(qū)域定位;特定區(qū)域的電子圍欄警告;危險報警、求救;人員管理統(tǒng)計與分析;行為軌跡追蹤。

2.調度通訊,功能包括:

語音調度;語音廣播,預設的調度室信息聯絡。

3.可擴展功能,功能包括:

獲取設備信息;進尺自動測量;設備定置管理。

創(chuàng)新點或系統(tǒng)亮點

項目創(chuàng)新點

1、利用UWB的TOF(飛行時差)測距方法,將人員定位的理論誤差提高到0.1m,解決了露天礦山主要工作場所人員精確定位問題。

當前所有煤礦都裝有人員定位系統(tǒng),至少90%以上是安裝的區(qū)域人員定位系統(tǒng),主要目的是監(jiān)控人員分布情況和考勤,能知道在哪個工作面,但是具體在工作面上的什么位置,就不清楚了。

2、利用Lora的無線通訊特性,搭建了適合露天礦山的物聯網,通過與礦山工業(yè)以太網的融合,形成礦山私有物聯網,解決了露天礦山信息網絡建設最后一公里的難題。

不排除有的礦山將工業(yè)以太網WiFi或者3G/4G網絡布置到了采煤面和掘進頭,但至少目前98%的礦山沒有這么做,不單是資金的問題,主要的還是環(huán)境變化太快,網絡維護工作量太大。該研究為復雜生產環(huán)境的物聯網建設提供方案。

3、利用搭建的礦山私有物聯網、語音識別技術和TTS語音合成技術,借助人員調度通訊定位終端,將人員精確定位和語音調度有機地結合起來,是行業(yè)內首創(chuàng)。

煤礦作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術條件,目前沒有實現要求宜具有尋呼功能、宜具有呼救、告急功能、宜具有廣播通信功能、宜具有雙向語音通信功能,宜具有就地報警和地面遠程控制報警功能、宜具有生命探測功能。

4、利用合理的UWB錨點部署規(guī)劃和線性空間定位算法,方便地實現了危險區(qū)域虛擬電子圍欄的定義,通過人員調度通訊定位終端給予聲光提醒,實現人員行為監(jiān)控和相關安全隱患的自動辨識。

5、利用項目提供的精確定位和區(qū)域定位相融合的方法,既解決了關鍵生產位置的精確定位需求,又能通過區(qū)域地位降低資金投入,解決了實際客觀需求與有限資金投入的矛盾。

UWB定位是目前室內精確定位(在GPS不起作用的環(huán)境下)的主要技術,錨點和標識卡硬件設備價格高,但是在礦山下一般識別距離在70m~150m(與巷道寬度和煤體環(huán)境有關),若全部每隔100m設一個錨點,投入太高。

項目亮點

1、預期整體信息化投入降低

構建物聯網,多系統(tǒng)共享網絡資源。提供廣播功能,可減少其部署資源可回收,循環(huán)使用。

2、高效管理,精準調度

一個系統(tǒng)實現人員跟蹤與語音調度管理。知道準確位置,指揮精準到位。點對點溝通,方便快捷

3、人員定位精度提高

定位理論精度可達0.1m,露天礦山人員定位可達國內領先水平,性價比遠高于現推行的同類先進適用技術。

4、人員行為管理智能化

實現虛擬的電子圍欄,根據警告和不安全行為記錄;可分析人員在崗情況和脫崗記錄;巡檢人員位置精確化,可實現履職監(jiān)管自動化。