巷道高精度人員定位系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究.pdf

1、礦產(chǎn)資源開發(fā)是我國能源的主要來源之一，礦產(chǎn)行業(yè)已成為我國經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。然而，由于礦井下環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生重大礦井安全事故，不僅阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更導(dǎo)致了許多人員傷亡，2011年國家安全監(jiān)管總局和國家煤礦安監(jiān)局聯(lián)合下發(fā)了文件要求煤礦企業(yè)必須建設(shè)完善的井下人員定位系統(tǒng)，并應(yīng)優(yōu)先選擇技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、定位精度高的產(chǎn)品，所以就需要精度高、動態(tài)特性好、系統(tǒng)穩(wěn)定的巷道高精度人員定位系統(tǒng)。
　　本文將巷道高精度人員定位系統(tǒng)抽象到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

2、的架構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用場景對系統(tǒng)的要求，提出將通用物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層和應(yīng)用層的三層架構(gòu)升級為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和應(yīng)用層的四層架構(gòu)，本文的核心內(nèi)容將針對定位系統(tǒng)最為關(guān)鍵的設(shè)備層和數(shù)據(jù)服務(wù)層進(jìn)行論述和設(shè)計(jì)。
　　為了分析透徹應(yīng)用環(huán)境的具體需求，本文首先根據(jù)巷道環(huán)境進(jìn)行了巷道電磁波傳播特性的分析，得出了巷道環(huán)境對電磁波頻率、天線極化方式等參數(shù)的具體要求，然后根據(jù)國家政策法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)對巷道應(yīng)用環(huán)境的安全要求，得出了巷道環(huán)境對定位系統(tǒng)

3、動態(tài)特性、功耗、并發(fā)識別數(shù)量和定位區(qū)間范圍的要求。
　　對于設(shè)備層，本文將其定義為巷道高精度定位系統(tǒng)的核心——高精度測距技術(shù)，首先總結(jié)了基于空間信息和基于時(shí)間信息的兩種基本測距思想，然后以定位系統(tǒng)的需求為選擇依據(jù)，選擇了基于相位參數(shù)的時(shí)間信息間接測距法，給出了一種可以減小頻率同步和時(shí)間同步的影響、解決相位同步問題的高精度相位差測距方法，并在巷道進(jìn)行了測試驗(yàn)證。
　　對于數(shù)據(jù)服務(wù)層，其主要完成測距信息和巷道地理信息的匹配任務(wù)，

4、通過一維地圖匹配方法得到可以供給應(yīng)用層使用的巷道定位數(shù)據(jù)。另外，總結(jié)了巷道高精度定位系統(tǒng)在實(shí)際中遇到的人體遮擋、偽距解算方向判反等五種常見問題，并提出了基于卡爾曼濾波和卡爾曼預(yù)測的數(shù)據(jù)處理技術(shù)以解決或者緩解這類異常問題對定位效果的影響。
　　本文還給出了巷道高精度定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，論述了定位系統(tǒng)軟件的基本架構(gòu)并給出了數(shù)據(jù)處理軟件的基本流程圖。最后，在中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司清水溪實(shí)驗(yàn)基地模擬巷道進(jìn)行了巷道高精度定位系統(tǒng)的性