矿井定位技术的加权分析
郝雪弟+卢修远+任禹+宋晋韬+赵体豪
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
井下定位对于井下从业人员来说是意义重大的。其目的在于：使从业人员实时获得自身位置。这不仅能够在井下复杂的环境下为工作人员进行方向引导，并且能够使地面迅速调度，有效安排人员进行作业。此外，当发生井下事故，精确的定位可以保证营救效率。但是由于目前大部分矿井在井下坐标建立的过程中对各定位方法选择不恰当，导致成本过高，定位不准确，功耗过高等一些列问题。这不仅仅会使得影响系统运行成本和覆盖率，也会影响到定位的有效性。
2 各方法
2.1 WIFI技术
随着无线网络技术的发展，WIFI网络的覆盖率也越来越高，井下也可实现全WIFI覆盖。而目前逐渐普及的WiFi技术具有扩展性强、应用范围广泛、传输速率非常高等优点。
但与此同时WIFI技术同样存在一些弊端。由于针对WIFI技术的研究是基于定位算法的研究，算法的优劣也会直接影响到定位速度与精确程度，从而直接影响到其应用的可行性与适应性。此外，障碍物、环境条件等诸多因素对WIFI信号有较大影响。而井下环境复杂，且在前期系统建立时特征库建立工作量大，最重要的是，WIFI穿透障碍物能力非常差，在井下巷道施工或调度繁忙时，信号受阻。另外，系统需要校准，增加了工作量。因此在选择此方法是需要综合考虑经济成本等实际要素。
2.2 蓝牙技术
蓝牙技术目前已趋于成熟，应用也更加的广泛。蓝牙技术通过测定信号强度来实现特定环境下精确定位。对于这种短距离无线传输技术功耗较低，在设备上实现时体积较小，且容易与其他设备集成。相比于WIFI而言，蓝牙不易被障碍物阻挡信号。所以，蓝牙适合一些特定的小范围高精度的定位场合，当定位范围超出定位范围，定位精度就会迅速下降。同时蓝牙设备造价相对较高，对于井下这种大范围定位来说是很难普遍应用。
另外还有红外线技术、超声波技术、超宽带（UWB）技术、ZigBee、FRID
3 .各种方法比较
直观的折线统计图（图1）。
由于其在井下大规模大范围定位，所以首先要考虑的是成本因素，此外，部分技术想要达到井下定位的范围或者精度要求，必须要加大敷设密度或者安装密度，例如红外线，超声波，蓝牙等，这是也是在变相增加成本。因此，我们将成本的因子i赋值比重加大为0.35，然后根据重要程度，令定位范围为0.2，稳定性0.2，穿透能力0.15，功耗0.1，这时我们通过加权算法模型进行计算。
4 结论及展望
就一般情况下而言，井下定位系统采用FRID技术对井下人员和车辆进行定位是非常有效的。对于FRID技术的缺陷是可以想办法克服的。例如，其标示物不能与射频器双向通信，这是可以采用FRID技术WIFI技术联合运用来克服。使用FRID来进行定位，使用WIFI无线保真技术用于信息传递。这样井下工作人员只需要一个带有小型显示屏、WIFI信息接收口的单片机就可以随时随地掌握自己的工作位置，井下各项指标，以便于进行接下来的井下作业。在发生紧急事故时，也可以通过这种方式找到最佳避险位置。
参考文献
[1]王青.室内WIFI定位系统的设计与实现[D].北京；北京交通大学.2014.6
[2]孙瑜.射频识别（FRID）室内定位算法研究[D].成都；西南交通大学.2005.3
[3]胡伍生，高成发，“GPS测量原理及其应用”，北京；人民交通出版社，2002，pp.58-75
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
井下定位对于井下从业人员来说是意义重大的。其目的在于：使从业人员实时获得自身位置。这不仅能够在井下复杂的环境下为工作人员进行方向引导，并且能够使地面迅速调度，有效安排人员进行作业。此外，当发生井下事故，精确的定位可以保证营救效率。但是由于目前大部分矿井在井下坐标建立的过程中对各定位方法选择不恰当，导致成本过高，定位不准确，功耗过高等一些列问题。这不仅仅会使得影响系统运行成本和覆盖率，也会影响到定位的有效性。
2 各方法
2.1 WIFI技术
随着无线网络技术的发展，WIFI网络的覆盖率也越来越高，井下也可实现全WIFI覆盖。而目前逐渐普及的WiFi技术具有扩展性强、应用范围广泛、传输速率非常高等优点。
但与此同时WIFI技术同样存在一些弊端。由于针对WIFI技术的研究是基于定位算法的研究，算法的优劣也会直接影响到定位速度与精确程度，从而直接影响到其应用的可行性与适应性。此外，障碍物、环境条件等诸多因素对WIFI信号有较大影响。而井下环境复杂，且在前期系统建立时特征库建立工作量大，最重要的是，WIFI穿透障碍物能力非常差，在井下巷道施工或调度繁忙时，信号受阻。另外，系统需要校准，增加了工作量。因此在选择此方法是需要综合考虑经济成本等实际要素。
2.2 蓝牙技术
蓝牙技术目前已趋于成熟，应用也更加的广泛。蓝牙技术通过测定信号强度来实现特定环境下精确定位。对于这种短距离无线传输技术功耗较低，在设备上实现时体积较小，且容易与其他设备集成。相比于WIFI而言，蓝牙不易被障碍物阻挡信号。所以，蓝牙适合一些特定的小范围高精度的定位场合，当定位范围超出定位范围，定位精度就会迅速下降。同时蓝牙设备造价相对较高，对于井下这种大范围定位来说是很难普遍应用。
另外还有红外线技术、超声波技术、超宽带（UWB）技术、ZigBee、FRID
3 .各种方法比较
直观的折线统计图（图1）。
由于其在井下大规模大范围定位，所以首先要考虑的是成本因素，此外，部分技术想要达到井下定位的范围或者精度要求，必须要加大敷设密度或者安装密度，例如红外线，超声波，蓝牙等，这是也是在变相增加成本。因此，我们将成本的因子i赋值比重加大为0.35，然后根据重要程度，令定位范围为0.2，稳定性0.2，穿透能力0.15，功耗0.1，这时我们通过加权算法模型进行计算。
4 结论及展望
就一般情况下而言，井下定位系统采用FRID技术对井下人员和车辆进行定位是非常有效的。对于FRID技术的缺陷是可以想办法克服的。例如，其标示物不能与射频器双向通信，这是可以采用FRID技术WIFI技术联合运用来克服。使用FRID来进行定位，使用WIFI无线保真技术用于信息传递。这样井下工作人员只需要一个带有小型显示屏、WIFI信息接收口的单片机就可以随时随地掌握自己的工作位置，井下各项指标，以便于进行接下来的井下作业。在发生紧急事故时，也可以通过这种方式找到最佳避险位置。
参考文献
[1]王青.室内WIFI定位系统的设计与实现[D].北京；北京交通大学.2014.6
[2]孙瑜.射频识别（FRID）室内定位算法研究[D].成都；西南交通大学.2005.3
[3]胡伍生，高成发，“GPS测量原理及其应用”，北京；人民交通出版社，2002，pp.58-75
