高精定位技术在井下物联网中的应用课件

高高精度定位精度定位技术技术在井下物联网中的应用在井下物联网中的应用1煤炭科学技术研究院有限公司煤炭科学技术研究院有限公司20192019年年5 5月月2222日日高精度定位技术在井下物联网中的应用1煤炭科学技术研究院有CONTENTS目目录录0102定位技术简介定位技术简介人、车、设备井下物联网应用人、车、设备井下物联网应用03主要设备简介主要设备简介2目录0102定位技术简介人、车、设备井下物联网应用03主要设1定位技术简介定位技术简介31定位技术简介34矿山井下定位技术发展矿山井下定位技术发展第三代第三代定位技术定位技术第二代第二代定位技术定位技术第一代第一代定位技术定位技术技术名称：技术名称：区域识别定位技术；原理：原理：被基站收到就定在基站上；特点：特点：盲区多、抗干扰差、无精度；典型技术：RFID技术名称：技术名称：RSSI定位技术；原理：原理：根据信号强弱测距；特点：特点：抗干扰一般、精度差；典型技术：ZigBee RSSI、Wifi技术名称：技术名称：TOF定位技术；原理：原理：根据信号飞行时间测距；特点：特点：抗干扰强、精度高；典型技术：ZigBee TOF、UWB TOF矿山井下定位技术发展第三代第二代第一代技术名称：区域识别定位5RFIDRFID技术简介技术简介31234RFIDRFID：无线射频识别技术，分为有源、无源和：无线射频识别技术，分为有源、无源和半有源，井下常用为有源半有源，井下常用为有源RFIDRFID，工作在，工作在2.4GHz2.4GHz定位原理：定位原理：标签主动式发射无线信标签主动式发射无线信号，如在定位器无线覆号，如在定位器无线覆盖范围内，则被定位到盖范围内，则被定位到该定位器上该定位器上优点优点：标签及基站成本低；标签及基站成本低；终端耗电低终端耗电低缺点：缺点：仅区域识别、不能全覆盖、仅区域识别、不能全覆盖、抗干扰差；抗干扰差；RFIDRFID技术技术RFID技术简介31234RFID：无线射频识别技术，分为有63ZigBeeZigBee技术简介技术简介ZigBeeZigBee技术技术技术简介：技术简介：是一种低功耗、短距是一种低功耗、短距离的无线通信技术离的无线通信技术原理：原理：根据信号强弱（根据信号强弱（RSSIRSSI）或信号到）或信号到达基站的时间与光速的乘积达基站的时间与光速的乘积(TOF)(TOF)计算距离计算距离优点：优点：精确定位技术、精确定位技术、3 3米（米（TOFTOF）；）；覆盖半径覆盖半径400400米，全覆盖；米，全覆盖；TOFTOF抗干扰性能强抗干扰性能强缺点：缺点：成本较高、成本较高、RSSIRSSI抗干扰差、抗干扰差、RSSIRSSI精度不高精度不高12343ZigBee技术简介ZigBee技术技术简介：原理：优点：7ZigBeeZigBee无线技术的主要优点无线技术的主要优点3安全：安全：采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性传输可靠：传输可靠：采用碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的业务预留专用时隙网络容量大：网络容量大：网络可容纳65,000个设备时延短：时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15msZigBeeZigBee无线技术无线技术功耗低：功耗低：发射功率仅1mW，还可采用休眠模式；两节5号电池可工作1-2年ZigBee无线技术的主要优点3安全：传输可靠：网络容量大：8UWBUWB技术简介技术简介31窄脉冲窄脉冲23低功耗低功耗抗干扰抗干扰4超带宽超带宽 UWB（Ultra Wideband）是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB可达到数Gbit/s的数据传输速率。UWB发射功率发射功率非常小非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。UWB带宽极宽带宽极宽，UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz，超宽带系统容量大，并且可以和窄带通信系统同时工作而互不干扰。UWB抗干扰性能强抗干扰性能强，采用扩频信号，处理增益大，在发射时将微弱的脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于设备噪声，接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。UWB技术简介31窄脉冲23低功耗抗干扰4超带宽 UWB9RSSIRSSI定位算法定位算法3名词解释名词解释技术原理技术原理系统根据基站接收到的定位卡信号强弱进行距离计算；定型技术：ZigBee、WifiRSSIRSSI即Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示；RSSIRSSI定位算法3名词解释技术原理系统根据基站接收到的定位卡10基于信号飞行时间的测距算法基于信号飞行时间的测距算法-TOF-TOF3优点：优点：降低了同步要求 精度高缺点：缺点：测距时间延长基于信号飞行时间的测距算法-TOF3优点：降低了同步要求11高精度定位算法设计原理高精度定位算法设计原理3优点：优点：降低了硬件的要求实现了低同步精度下的高精度测距三次往返测距机制，在测距时间和测距精度之间取得折中高精度定位算法设计原理3优点：三次往返测距机制，在测距时间和12TDOATDOA定位算法定位算法3TDOATDOA测距测距距离差距离差定位定位距离差=时间差*电磁波速度（即光速C）测算发射机到两个节点的信号飞行时间根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一条双曲线；通过三个或多个无线电监测站测得的时间差可以得到两条或多条双曲线相交来实现对发射源的定位。典型技术典型技术：UWB TDOAUWB TDOA技术技术与与TOFTOF比较：比较：优点有优点有卡功耗低，支持平面定位；卡功耗低，支持平面定位；缺点有缺点有组网较为复杂，需同步；基站布设距离近组网较为复杂，需同步；基站布设距离近TDOA定位算法3TDOA测距距离差定位距离差=时间差*电磁13矿山井下定位技术对比矿山井下定位技术对比3RFID定位技术定位技术精度精度距离距离成本成本终端耗电终端耗电抗干扰抗干扰ZigBee RSSI定位技术定位技术ZigBee TOF定位技术定位技术UWB定位技术定位技术区域识别10-20米3米30cm100以内400米以上400米以上400米低较高较高高低低低较高差差强强逐步淘汰逐步淘汰主流技术最先进技术技术先进性技术先进性矿山井下定位技术对比3RFID定位技术精度距离成本终端耗电抗2人、车、设备井下物联网应用人、车、设备井下物联网应用2人、车、设备井下物联网应用15应急撤离应急撤离实时精确定位实时精确定位实时轨迹实时轨迹求救报警求救报警出入井自动考勤出入井自动考勤车辆轨迹车辆轨迹车辆精确定位车辆精确定位超速报警超速报警超时报警超时报警出入井考勤出入井考勤出入库管理出入库管理设备定位设备定位移动报警移动报警物品轨迹物品轨迹信息管理、盘点信息管理、盘点人员设备车辆定位系统传统基础功能定位系统传统基础功能2.1应急撤离实时精确定位实时轨迹求救报警出入井自动考勤车辆轨迹车16通过数据的采集及分析，发现问题、改善流程、提高生产效率通过数据的采集及分析，发现问题、改善流程、提高生产效率全矿生产效率分析01根据人员、车辆出入井数据、工作时长数据等分析天、周、月、季的生产效率，通过分析对生产流程进行改进 人员、车辆个体工作效率02人、车、设备定位及管理根据人员、车辆出入井，工作时长，工作状态监控等数据分析个体的工作效率6数据分析应用数据分析应用通过数据的采集及分析，发现问题、改善流程、提高生产效率全矿生176数据分析应用数据分析应用6数据分析应用186数据分析应用数据分析应用6数据分析应用196数据分析应用数据分析应用6数据分析应用206数据分析应用数据分析应用6数据分析应用216数据分析应用数据分析应用6数据分析应用226数据分析应用数据分析应用6数据分析应用236数据分析应用数据分析应用6数据分析应用246数据分析应用数据分析应用6数据分析应用25车辆管理系统车辆管理系统精确定位精确定位系统系统智能智能车载车载终端终端应用平台应用平台u为井下调度提供语音通信u提供车辆行驶距离、行驶速度等数据u提供精确位置信息u基于精确位置信息的车辆智能调度u大数据分析，为精细化管理提供依据u基于PC及移动端的车辆管理电子化车辆管理系统精确定位智能应用平台为井下调度提供语音通信提供车26车辆数据分析车辆数据分析定位数据做基础定位数据做基础多维度分析多维度分析图形化展示图形化展示2.3车辆数据分析定位数据做基础2.327基于基于精确定位的精确定位的车辆智能调度功能车辆智能调度功能2.4基于精确定位的车辆智能调度功能2.428井下红绿灯智能控制系统井下红绿灯智能控制系统2.5井下红绿灯智能控制系统2.5292.6井下井下“滴滴打车滴滴打车”流程流程2.6井下“滴滴打车”流程302.7井下井下“滴滴打车滴滴打车”降低协调成本，提高用车效率、生产效率降低协调成本，提高用车效率、生产效率2.7井下“滴滴打车”降低协调成本，提高用车效率、生产效率31定位系统扩展功能定位系统扩展功能井下人车防碰撞井下人车防碰撞井下车辆实时位置井下人员实时位置经系统软件分析后的人车相对距离车辆定位终端人员定位终端人车终端直接测距综合防碰撞 人、车碰撞预警；车、车碰撞预警人、车碰撞预警；车、车碰撞预警。2.9定位系统扩展功能井下人车防碰撞井下车辆实时位置井下人员实32工作面大型设备防撞系统设计工作面大型设备防撞系统设计2.10定位数据显示、报警分析、数据存储、驾驶员探测、切断设备等大型设备警告区停机区车载探测器车载控制台报警、测距自检工作面大型设备防撞系统设计2.10定位数据显示、报警分析、数33定位系统扩展功能定位系统扩展功能井下智能巷道灯井下智能巷道灯人来灯亮、人走灯灭的实现原理，远程控制人来灯亮、人走灯灭的实现原理，远程控制绿色为定位卡，定位卡信号强度范围内的灯亮，绿色为定位卡，定位卡信号强度范围内的灯亮，人与灯距离加大时，信号减弱或消失，灯灭。人与灯距离加大时，信号减弱或消失，灯灭。2.11定位系统扩展功能井下智能巷道灯人来灯亮、人走灯灭的实现原34定位系统扩展功能定位系统扩展功能未来应用未来应用100%井下机车无人驾驶井下机车无人驾驶基于精确定位的井下物联网应用1423井下无人巡检井下无人巡检井下车辆物料运输管理井下车辆物料运输管理智能开采智能开采2.12定位系统扩展功能未来应用100%井下机车无人驾驶基于精确3主要设备简介3主要设备简介36概述概述技术参数技术参数工作电压：工作电压：DC 3.7V；无线频率：无线频率：ZigBee 2.4GHz；发射功率：发射功率：-50dBm+20dBm；无线通信距离无线通信距离不小于400 m(与配套设备)；外壳材质：外壳材质：ABS塑脂用于人员实时定位、轨迹、考勤、求救、撤离等。超声波封壳设计，IP67等级，更安全可靠；无线通讯距离远，与基站无线通信距离不小于400米；具有低电时报警灯闪烁提示；人员定位卡人员定位卡3.2概述技术参数工作电压：DC 3.7V；用于人员实时定位、轨迹37概述概述技术参数技术参数工作电压：工作电压：DC 3.7V；无线频率：无线频率：ZigBee 2.4GHz；UWB3.2 GHz 4.2GHz；发射功率：发射功率：-50dBm+20dBm；无线通信距离无线通信距离不小于400 m(与配套设备)；电池规格：电池规格：可充电锰酸锂离子电池/4Ah；矿灯低电后仍可使用3天以上。照明工作时间：照明工作时间：11小时；主辅光源切换：主辅光源切换：50000次用于人员实时定位、轨迹、考勤、求救、撤离、照明等功能；矿灯、定位卡二合一；IP65防护等级；定位板卡与矿灯公用电池，电量充足，维护方便；报警及接收撤离时LED灯闪烁，提高识别率。信息矿灯信息矿灯3.3概述技术参数工作电压：DC 3.7V；用于人员实时定位、轨迹38概述概述技术参数技术参数工作电压：工作电压：车载供电：DC9-36V，电池供电：DC 3.7V；无线频率：无线频率：ZigBee 2.4GHz；UWB3.2 GHz 4.2GHz；发射功率：发射功率：-50dBm+20dBm；无线通信距离无线通信距离不小于400 m(与配套设备)；电池规格：电池规格：可充电锰酸锂离子电池/1400mAh；。发射周期：发射周期：1s（可调）；待机时长：待机时长：15天用于井下车辆实时精确定位、实时测速，出入井考勤、轨迹、超速报警等；车载取电及电池供电结合，车辆启动时车辆供电，熄火时电池供电车辆定位卡车辆定位卡3.4概述技术参数工作电压：车载供电：DC9-36V，电池供电：D39车辆语音定位卡车辆语音定位卡3.5定位：定位：实时定位、历史轨迹、实时测速、超速报警通信：通信：基于Zigbee通信，复用定位基站，实现车载终端与调度台的双向通信车辆语音定位卡3.5定位：通信：40智能车载终端智能车载终端3.6 Android系统，支持3G、4G、WIFI 实时定位、历史轨迹、实时测速、超速报警 与调度台通信、车车通信 可外接摄像头，实现视频数据采集、上传 预留RS232、RS485、CAN总线接口，采集车辆运行数据并上传智能车载终端3.6 Android系统，支持3G、4G、WI41智能车载终端智能车载终端APPAPP3.7智能车载终端APP3.742概述概述技术参数技术参数工作电压：工作电压：车载供电：DC9-36V，电池供电：DC 3.7V；无线频率：无线频率：ZigBee 2.4GHz；发射功率：发射功率：-50dBm+20dBm；无线通信距离无线通信距离不小于400 m(与配套设备)；电池规格：电池规格：可充电锰酸锂离子电池/500mAh；发射周期：发射周期：1h（可调）；待机时长：待机时长：5年用于井下设备（如机车车斗）定位管理、自动化盘点等；5年使用寿命15s发射周期可用手持机读写数据，如设备信息和维护记录设备设备/资产定位卡资产定位卡3.8概述技术参数工作电压：车载供电：DC9-36V，电池供电：D43智能矿灯智能矿灯3.9 一体化智能矿灯定位为智能化、多功能信息定位矿灯，防水等级为IP65。全网通智能操作系统人员定位手机视频监控应急调度3参数气体测定器智能矿灯智能矿灯3.9 一体化智能矿灯定位为智能化、多功能信息44矿用矿用LEDLED显示单元显示单元3.10 可显示红绿黄灯三种颜色 可拼接 接入分站，可下发文字信息并显示矿用LED显示单元3.10 可显示红绿黄灯三种颜色谢谢，请提出宝贵意见谢谢，请提出宝贵意见!谢谢，请提出宝贵意见!