矿井人员精确定位方法分析

刘顺强

摘  要：随着我国的工业发展与社会发展不断的进行，对于煤炭资源的需求量也在提高，而我国在各种不可再生资源的占有量上，煤炭资源相对又较为丰富，使得煤炭也成为我国主要的能源之一。而在煤炭的开采过程中，大部分都是为与地下的煤炭资源，需要采煤人员深入到矿井下进行工作，矿井下环境复杂，稍有不慎就会引发安全事故，因此对于矿井下的人员精确定位是目前继续解决的问题之一，借此来保证矿井人员的安全。同时我国为了更好的保护矿井人人员的安全，要求下井采矿的人员必须装备人员定位系统，但是我国在准确定位系统的开发上一直都比较落后，实际的定位精准度降低，并且不能实现二维定位，在一定程度上给矿井人员的安全保护上带来了一定的隐患。因此，本文就从矿井人员精确定位方法展开探析，希望借此能够提高我国矿井装备的定位精准性。

关键词：矿井人员  精确定位  方法分析

分类号：D631.6

前言：

目前我国在矿井人员定位系统的选择上，大多数都是采用GPS进行，而在矿井下的采煤人员，经常会深入到地下几十米或者几百米的坑洞中，因此很多时候GPS的传输效果就会被大大削弱。其次在定位上，很难体现出准确性，一方面是因为在矿井内部的结构较为复杂，GPS信号很难穿透煤层进行传输;另一方面就是在矿井下，不同于地面的空间，很多矿井内部的设备都会对定位系统产生影。所以在整体上看来，我国的矿井人员所携带的定位装备，很难实现准确定位的目标。

一、目前矿井人员定位技术分析

1.惯性导航技术

惯性导航技术是目前在矿井人员定位系统中常见的一种技术，主要就是在定位系统中采用两个二自由度陀螺仪形成一个三维空间。在使用过程中，先对定位系统进行校准，并且将矿井人员在下到矿井最初的位置数据输入到计算机中，采煤人员在矿井下进行运动时，运动的轨迹就能够实时的传输到计算机中，自动形成运动的轨迹。这种惯性导航技术严格意义上来说，就是利用陀螺仪的物理性质，在人员运行时，会使陀螺仪出现偏移，进而出现运动的轨迹图。这种定位系统在整体上拥有较高的主动化，并且随着对陀螺仪的研究不断的深入，在利用惯性寻找南北方向时所用的时间也较短。但是这种定位系统在长时间使用后，因为每次启动前都要进行校准，所以累积的误差就会越来越大，使得精准度也降低。

2.卫星定位技术

卫星定位技术就是通过人造卫星，对在地球上使用移动终端的人员进行定位测量的技术。而最为人知的就是GPS定位系统，这种定位系统主要由三部分组成，即人造卫星、终端设备、地面控制，并且想要GPS定位系统正常的运行，就必须满足24颗卫星同步在线，分成四个不同的区域，每个区域由6个卫星进行负责。人员在地面进行运动时，卫星就能够测量到移动的轨迹，进而实现对人员的定位。但是在矿井下使用这种定位技术，移动终端的GPS信号就很难穿透煤层传输给卫星，同时如果网络传输数据不稳定，还会使人员的位置定位不准确。

3.超声波定位技术

超声波定位技术源于超声波测距的原理，主要就是利用设备发出超声波，在空气中进行运动，当超声波触碰到物体时，就会反馈到系统中，进而计算出物体与人员之间的距离。这种定位技术优点在与可以定向发射，超声波的强度也能很好的得到控制，不用与物体出现物理的触碰，即可判断出与物体之间的距离。但是在矿井下，很多内部的环境就会对超声波的传播距离产生影响，使得实际的测量距离大大减弱，并且在多径效应和非视距传播环境中测距定位的误差较大。

二、矿井人员精确定位方法分析

1.AOA基于角度测量的定位方法

AOA基于角度测量的定位方法工作原理如下图1.1所示，在已经知道的两个固定定位分析站（BS1）和（BS2）中，其中的距離用d表示，E作为实际的井下作业人员，在采煤人员与两个已知的固定定位分析站中，角度用α1和α2进行表示，及实际的采煤人员与定位分析站之间的距离为r1，r2满足公式：

通过对这个方程式进行求解，就可以得到采煤人员的实际位置。采用AOA基于角度测量的定位方法，能够影响到实际的定位精确度的一般来说就只与角度有关，对于定位信号所发出或者接受的强度则不会对实际的精确度产生太大的影响。所以这种定位的方式，能够很好的被运用到矿井人员的定位中，在定位工作开始时，不会因为矿井下的各种巷道、断面面积、煤层、围岩等影响，使得传输的信号被削弱，进而提升矿井人员的定位精确度[1]。

2.TWR双程测距定位方式

这种定位方式主要就是依靠在定位分站的时钟频偏进行设置，以TWR双程测距定位方式为例，在时钟频偏的值为eA，采煤人员身上的定位卡时钟频偏设置为eM，T’AM就代表从定位分站发射的测距信号到采煤人员定位卡所受到信号的时间，T’M为定位卡从受到测距信号到发送应答信号的真实时间，则：

通过此公式所得出的TWR仿真结果就如下图1.2所示：

从图1.2就可以明显的看出，采用TWR双程测距的方式，实际的定位精确度与信号的传输时间有关系，而对于实际的信号在传输过程中强度是否足够，则不会对实际的精确度产生任何影响。因此，对于矿井作业人员的定位来说，这种方式可以有效的提高定位的精确度，更好的保证采煤人员的安全[2]。

结语：

综上所述，为了能最大程度上提高矿井作业人员的定位精确度，需要采用多种方式进行，并且通过提高定位的精确度，能够更好的保证采煤人员的安全，更好的促使煤矿企业健康发展。

参考文献：

[1]刘世森. 基于AOA的矿井人员精确定位技术[J]. 煤矿安全， 2019， 50（007）：140-142，146.

[2]谢春华. 利用TOA技术构建煤矿井下精确人员定位系统的思考[J]. 电子技术与软件工程， 2020（9）.

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