矿井人员位置监测技术

摘要

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员精确定位;TDOA定位法不要求定位卡与定位分站时钟同步,对定位卡时钟精度要求低,定位卡成本低,但要求定位分站时钟计时精确,定位分站之间时钟同步,定位分站成本高,可用于矿井人员定位和矿井人员精确定位;TWR定位法和SDS-TWR定位法既不需要定位分站与定位卡时钟同步,也不需要定位分站之间时钟同步,更不需要定位卡之间时钟同步,降低了定位卡和定位分站复杂度和成本,宜用于矿井人员定位和矿井人员精确定位;AOA定位法系统复杂、成本高,远距离定位误差大,有定位死角,只能用于直线无障碍定位,定位天线和定位精度受机械振动等影响大,不宜独立用于矿井人员定位和矿井人员精确定位,但可与其他矿井定位方法联合使用。