礦井人員精確定位方法分析

劉順強

摘? 要：隨著我國的工業(yè)發(fā)展與社會發(fā)展不斷的進行，對于煤炭資源的需求量也在提高，而我國在各種不可再生資源的占有量上，煤炭資源相對又較為豐富，使得煤炭也成為我國主要的能源之一。而在煤炭的開采過程中，大部分都是為與地下的煤炭資源，需要采煤人員深入到礦井下進行工作，礦井下環(huán)境復雜，稍有不慎就會引發(fā)安全事故，因此對于礦井下的人員精確定位是目前繼續(xù)解決的問題之一，借此來保證礦井人員的安全。同時我國為了更好的保護礦井人人員的安全，要求下井采礦的人員必須裝備人員定位系統，但是我國在準確定位系統的開發(fā)上一直都比較落后，實際的定位精準度降低，并且不能實現二維定位，在一定程度上給礦井人員的安全保護上帶來了一定的隱患。因此，本文就從礦井人員精確定位方法展開探析，希望借此能夠提高我國礦井裝備的定位精準性。

關鍵詞：礦井人員? 精確定位? 方法分析

分類號：D631.6

前言：

目前我國在礦井人員定位系統的選擇上，大多數都是采用GPS進行，而在礦井下的采煤人員，經常會深入到地下幾十米或者幾百米的坑洞中，因此很多時候GPS的傳輸效果就會被大大削弱。其次在定位上，很難體現出準確性，一方面是因為在礦井內部的結構較為復雜，GPS信號很難穿透煤層進行傳輸;另一方面就是在礦井下，不同于地面的空間，很多礦井內部的設備都會對定位系統產生影。所以在整體上看來，我國的礦井人員所攜帶的定位裝備，很難實現準確定位的目標。

一、目前礦井人員定位技術分析

1.慣性導航技術

慣性導航技術是目前在礦井人員定位系統中常見的一種技術，主要就是在定位系統中采用兩個二自由度陀螺儀形成一個三維空間。在使用過程中，先對定位系統進行校準，并且將礦井人員在下到礦井最初的位置數據輸入到計算機中，采煤人員在礦井下進行運動時，運動的軌跡就能夠實時的傳輸到計算機中，自動形成運動的軌跡。這種慣性導航技術嚴格意義上來說，就是利用陀螺儀的物理性質，在人員運行時，會使陀螺儀出現偏移，進而出現運動的軌跡圖。這種定位系統在整體上擁有較高的主動化，并且隨著對陀螺儀的研究不斷的深入，在利用慣性尋找南北方向時所用的時間也較短。但是這種定位系統在長時間使用后，因為每次啟動前都要進行校準，所以累積的誤差就會越來越大，使得精準度也降低。

2.衛(wèi)星定位技術

衛(wèi)星定位技術就是通過人造衛(wèi)星，對在地球上使用移動終端的人員進行定位測量的技術。而最為人知的就是GPS定位系統，這種定位系統主要由三部分組成，即人造衛(wèi)星、終端設備、地面控制，并且想要GPS定位系統正常的運行，就必須滿足24顆衛(wèi)星同步在線，分成四個不同的區(qū)域，每個區(qū)域由6個衛(wèi)星進行負責。人員在地面進行運動時，衛(wèi)星就能夠測量到移動的軌跡，進而實現對人員的定位。但是在礦井下使用這種定位技術，移動終端的GPS信號就很難穿透煤層傳輸給衛(wèi)星，同時如果網絡傳輸數據不穩(wěn)定，還會使人員的位置定位不準確。

3.超聲波定位技術

超聲波定位技術源于超聲波測距的原理，主要就是利用設備發(fā)出超聲波，在空氣中進行運動，當超聲波觸碰到物體時，就會反饋到系統中，進而計算出物體與人員之間的距離。這種定位技術優(yōu)點在與可以定向發(fā)射，超聲波的強度也能很好的得到控制，不用與物體出現物理的觸碰，即可判斷出與物體之間的距離。但是在礦井下，很多內部的環(huán)境就會對超聲波的傳播距離產生影響，使得實際的測量距離大大減弱，并且在多徑效應和非視距傳播環(huán)境中測距定位的誤差較大。

二、礦井人員精確定位方法分析

1.AOA基于角度測量的定位方法

AOA基于角度測量的定位方法工作原理如下圖1.1所示，在已經知道的兩個固定定位分析站（BS1）和（BS2）中，其中的距離用d表示，E作為實際的井下作業(yè)人員，在采煤人員與兩個已知的固定定位分析站中，角度用α1和α2進行表示，及實際的采煤人員與定位分析站之間的距離為r1，r2滿足公式：

通過對這個方程式進行求解，就可以得到采煤人員的實際位置。采用AOA基于角度測量的定位方法，能夠影響到實際的定位精確度的一般來說就只與角度有關，對于定位信號所發(fā)出或者接受的強度則不會對實際的精確度產生太大的影響。所以這種定位的方式，能夠很好的被運用到礦井人員的定位中，在定位工作開始時，不會因為礦井下的各種巷道、斷面面積、煤層、圍巖等影響，使得傳輸的信號被削弱，進而提升礦井人員的定位精確度[1]。

2.TWR雙程測距定位方式

這種定位方式主要就是依靠在定位分站的時鐘頻偏進行設置，以TWR雙程測距定位方式為例，在時鐘頻偏的值為eA，采煤人員身上的定位卡時鐘頻偏設置為eM，T’AM就代表從定位分站發(fā)射的測距信號到采煤人員定位卡所受到信號的時間，T’M為定位卡從受到測距信號到發(fā)送應答信號的真實時間，則：

通過此公式所得出的TWR仿真結果就如下圖1.2所示：

從圖1.2就可以明顯的看出，采用TWR雙程測距的方式，實際的定位精確度與信號的傳輸時間有關系，而對于實際的信號在傳輸過程中強度是否足夠，則不會對實際的精確度產生任何影響。因此，對于礦井作業(yè)人員的定位來說，這種方式可以有效的提高定位的精確度，更好的保證采煤人員的安全[2]。

結語：

綜上所述，為了能最大程度上提高礦井作業(yè)人員的定位精確度，需要采用多種方式進行，并且通過提高定位的精確度，能夠更好的保證采煤人員的安全，更好的促使煤礦企業(yè)健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉世森. 基于AOA的礦井人員精確定位技術[J]. 煤礦安全， 2019， 50（007）：140-142，146.

[2]謝春華. 利用TOA技術構建煤礦井下精確人員定位系統的思考[J]. 電子技術與軟件工程， 2020（9）.

2803501186371