礦井定位技術(shù)的加權(quán)分析

郝雪弟+盧修遠(yuǎn)+任禹+宋晉韜+趙體豪

Abstract： At present， there is a wide range of methods of pit fixed position for mine production with their respective pros and cons. The purpose of our paper was to find the optimal Coordinate System in the different pits. Through theoretical research， we determined the FRID as the main position technology， assisted by other position technologies （to realize low-power， low-cost， simple-structure and popularization ） is the best method.

Key words： Wireless location technology ， Weighted analysis ，underground position

1 背景

井下定位對(duì)于井下從業(yè)人員來說是意義重大的。其目的在于：使從業(yè)人員實(shí)時(shí)獲得自身位置。這不僅能夠在井下復(fù)雜的環(huán)境下為工作人員進(jìn)行方向引導(dǎo)，并且能夠使地面迅速調(diào)度，有效安排人員進(jìn)行作業(yè)。此外，當(dāng)發(fā)生井下事故，精確的定位可以保證營(yíng)救效率。但是由于目前大部分礦井在井下坐標(biāo)建立的過程中對(duì)各定位方法選擇不恰當(dāng)，導(dǎo)致成本過高，定位不準(zhǔn)確，功耗過高等一些列問題。這不僅僅會(huì)使得影響系統(tǒng)運(yùn)行成本和覆蓋率，也會(huì)影響到定位的有效性。

2 各方法

2.1 WIFI技術(shù)

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，WIFI網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率也越來越高，井下也可實(shí)現(xiàn)全WIFI覆蓋。而目前逐漸普及的WiFi技術(shù)具有擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣泛、傳輸速率非常高等優(yōu)點(diǎn)。

但與此同時(shí)WIFI技術(shù)同樣存在一些弊端。由于針對(duì)WIFI技術(shù)的研究是基于定位算法的研究，算法的優(yōu)劣也會(huì)直接影響到定位速度與精確程度，從而直接影響到其應(yīng)用的可行性與適應(yīng)性。此外，障礙物、環(huán)境條件等諸多因素對(duì)WIFI信號(hào)有較大影響。而井下環(huán)境復(fù)雜，且在前期系統(tǒng)建立時(shí)特征庫(kù)建立工作量大，最重要的是，WIFI穿透障礙物能力非常差，在井下巷道施工或調(diào)度繁忙時(shí)，信號(hào)受阻。另外，系統(tǒng)需要校準(zhǔn)，增加了工作量。因此在選擇此方法是需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本等實(shí)際要素。

2.2 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)目前已趨于成熟，應(yīng)用也更加的廣泛。藍(lán)牙技術(shù)通過測(cè)定信號(hào)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境下精確定位。對(duì)于這種短距離無線傳輸技術(shù)功耗較低，在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)時(shí)體積較小，且容易與其他設(shè)備集成。相比于WIFI而言，藍(lán)牙不易被障礙物阻擋信號(hào)。所以，藍(lán)牙適合一些特定的小范圍高精度的定位場(chǎng)合，當(dāng)定位范圍超出定位范圍，定位精度就會(huì)迅速下降。同時(shí)藍(lán)牙設(shè)備造價(jià)相對(duì)較高，對(duì)于井下這種大范圍定位來說是很難普遍應(yīng)用。

另外還有紅外線技術(shù)、超聲波技術(shù)、超寬帶（UWB）技術(shù)、ZigBee、FRID

3 .各種方法比較

直觀的折線統(tǒng)計(jì)圖（圖1）。

由于其在井下大規(guī)模大范圍定位，所以首先要考慮的是成本因素，此外，部分技術(shù)想要達(dá)到井下定位的范圍或者精度要求，必須要加大敷設(shè)密度或者安裝密度，例如紅外線，超聲波，藍(lán)牙等，這是也是在變相增加成本。因此，我們將成本的因子i賦值比重加大為0.35，然后根據(jù)重要程度，令定位范圍為0.2，穩(wěn)定性0.2，穿透能力0.15，功耗0.1，這時(shí)我們通過加權(quán)算法模型進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)論及展望

就一般情況下而言，井下定位系統(tǒng)采用FRID技術(shù)對(duì)井下人員和車輛進(jìn)行定位是非常有效的。對(duì)于FRID技術(shù)的缺陷是可以想辦法克服的。例如，其標(biāo)示物不能與射頻器雙向通信，這是可以采用FRID技術(shù)WIFI技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用來克服。使用FRID來進(jìn)行定位，使用WIFI無線保真技術(shù)用于信息傳遞。這樣井下工作人員只需要一個(gè)帶有小型顯示屏、WIFI信息接收口的單片機(jī)就可以隨時(shí)隨地掌握自己的工作位置，井下各項(xiàng)指標(biāo)，以便于進(jìn)行接下來的井下作業(yè)。在發(fā)生緊急事故時(shí)，也可以通過這種方式找到最佳避險(xiǎn)位置。

參考文獻(xiàn)

[1]王青.室內(nèi)WIFI定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京；北京交通大學(xué).2014.6

[2]孫瑜.射頻識(shí)別（FRID）室內(nèi)定位算法研究[D].成都；西南交通大學(xué).2005.3

[3]胡伍生，高成發(fā)，“GPS測(cè)量原理及其應(yīng)用”，北京；人民交通出版社，2002，pp.58-75