UWB超宽带技术在矿山定位系统的应用

UWB煤矿定位系统1、UWB煤矿定位系统简介煤矿定位管理系统也叫做矿山人员定位管理系统或者矿井定位系统一般集人员考勤、区域跟踪定位、日常管理、轨迹追溯、电子围栏为一体的综合性运用系统。

每个矿工携带一个UWB标签，在矿山作业时能为预先安装在矿道内的定位基站，定位基站采集人员的移动位置信息，并上传到定位引擎系统进行计算和呈现，使管理人员能够随时掌握人员的运动轨迹，以便于进行合理的调度管理。

一旦意外事故发生，救援人员可根据该系统所提供的人员分布数据、图形，迅速了解有关人员的精确位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

目前该系统已经逐步从人员识别扩展到设备识别等方面。

2、UWB煤矿定位系统方案设计矿山人员定位(煤矿定位)管理系统包括定位标签、定位基站、UWB腕带、定位引擎、大数据平台等。

因此，在设计方案时，除了考虑其功能外，在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也进行了充分考虑。

项目方案采用现有成熟的以太网和POE供电的方式为主传输平台，和相应的定位基站、人员UWB定位标签等设备与系统挂接，通过将采集的定位标签的位置信息进行后台数据交换从而实现作业人员的跟踪定位和安全管理。

系统总体设计主要体现在：实现矿山作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字化矿山/隧道人员管理的目标。

为矿山管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控、轨迹图、电子围栏、位置告警等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，可以迅速定位到工作人员最后的精确定位地点及其数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。

轻松联网，BS结构，轻松实现广阔地域联网监控2.1UWB煤矿定位系统原理矿山人员定位(煤矿定位)管理系统是由地面监控中心主计算机在系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯光/电缆，定时对安装的UWB定位基站进行数据巡检和信息采集，定位基站将自动采集有效识别距离内的UWB标签的信息，并根据系统指令，通过传输网络将相关数据传送至地面中心站。

煤矿人员精确定位系统_UWB高精度定位技术核心功能随着UWB煤矿人员定位系统与煤炭企业的深度融合，煤矿安全生产建设成为煤炭行业实现高质量发展的核心支撑，有助于实现煤矿安全生产、稳定创收和提质增效。

四相煤矿人员定位系统在助力煤矿企业完成智能化系统的建设中，坚持以人为本、安全生产的原则，从井上到井下构建全方位安全生产保障体系。

煤矿人员定位系统的核心功能1.双向通讯功能：煤矿人员定位系统实现了定位标签与地面中心双向通讯的功能，人员佩戴定位标签在可以通过求助按钮像管理中心发送信号，管理中心也可以通过定位标签进行呼叫，下发指令。

2.“一人一卡”唯一性识别：对人员进行出入识别，有效防止“一人多卡、无卡、替卡”等情况发生，提高人员下井安全管控，制止不规范行为，及时消除安全隐患；3.智能信息录入：煤矿人员定位系统对人员信息可以智能化录入、修改、删除，并能根据人员工作情况进行智能考勤、智能调度。

4.轨迹查询：可随意查询人员数量及分布情况：查找任意指定并下人员在某个时间段内的活动轨迹，引进了SVG矢量图技术，选定某一区域，可获得当前该区域的人员信息，选定某一读卡器，可获得经过该读卡器的人员信息和时间，以及所在区队班组、姓名、每月入井工数、入井时间、每天入井情况等显示、打印、查询等功能。

5.丰富的地图功能：具有放大、缩小、移动、视野控制、中心移动、图层控制、地图打印等功能。

具有矢量图管理功能，能够对工程图进行矢量化和矢量图属陛编辑功能，并能在矢量图上定位并显示人员的准确位置和基本信息(包括：姓名、身份证号，区队、职务、工种…)。

能对入井人员信息按照工作单位、职务、工种等情况进行分类检索和报表打印输出。

6.图形绘制功能：系统提供的图形编辑软件能制作矢量图形，并且可导入AutoCAD格式的图形，绘制的图形在配套监测终端上可实时刷新显示。

7.紧急求救功能：发生紧急危险事件时，通过矿工佩戴的识别卡可主动发出求救信号，能及时、准确地发现紧急情况，同时系统提供最佳逃生路线，最大限度保证救援工作的及时陛和安全性。

信息技术与应用\ China Science & Technology OverviewUWB 精确定位在煤矿井下的应用李钵（陕西有色榆林煤业有限公司信息部，陕西榆林719000）摘 要：在煤矿井下定位中应用UWB （超宽带）新兴技术有着十分重要的意义。

文章从UWB 精确定位技术的概念以及特点入手, 对其在煤矿井下应用的意义进行总结，并就如何发挥此项技术优势提出针对性建议，以确保煤矿井下定位准确性得到进一步提高。

关键词：UWB 技术；定位；煤矿井下中图分类号：TD79 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）14-0032-020引言煤矿井下工作环境比较特殊，在一个封闭的空间中， 空气湿度大、空气中有很多浮游粉尘等，这种环境下想要实现对井下工人以及设备的准确定位存在一定难度。

为 保障对煤矿井下工人情况的实时、准确了解，引入现代定 位技术至关重要。

文章针对最新的无线定位技术UWB 展 开研究，对此种定位技术的特点进行归纳与总结，并对其在煤矿井下应用的意义进行分析，结合煤矿井下环境以及技术特点，对如何发挥UWB 技术定位优势提出针对性建 议，以达到对煤矿井下工人以及设备位置信息的准确、实时了解，保障煤矿井下各项工作稳定展开。

1 UWB 技术及其特点1.1 UWB 技术概述UWB 即超宽带技术，是一种新兴的无线技术，通过纳秒级窄脉冲实现信息传输，在短距离通信领域有着十 分重要的作用。

特别是在现代科技发展的影响下，对定位技术的要求也进一步提升，因此UWB 技术的应用也随 之增加。

1.2 UWB 技术的特点作为一种新兴无线技术，UWB 技术在短距离通信领 域的应用十分广泛，而且得到了高度重视。

这主要由于 该技术具有自身的独特之处，主要表现在以下几点：（1） 具有千兆赫兹容量的无线信道。

由于UWB 技术针对传 统无线通信技术存在的问题，如传统通信技术的信道窄、容量小，容易受到外界干扰等情况，而UWB 技术的容量较大，因此可以更好地解决短距离传输中的容量需求 等。

UWB高精度定位技术在煤矿辅助运输系统中的应用高旭彬1，2发布时间：2021-09-09T03:00:15.459Z 来源：《中国科技人才》2021年第17期作者：高旭彬1，2[导读] 随着煤矿智能化进程的加速推进，煤矿辅助运输系统的智能化升级迫在眉睫，井下高精度定位系统作为智能调度系统的基础，直接决定了辅运系统的智能化程度。

本文以无轨辅助运输系统为例，分析了无轨辅助运输系统存在的问题，阐述了无轨辅助运输系统的建设要求与目标，并完成了基于UWB技术的井下高精度定位系统样机试制，在此基础上完成了UWB和Zigbee定位系统的性能比较测试，测试结果显示，UWB定位系统100m内的静态误差不大于0.5m，Zigbee定位系统100m内的静态误差不大于1m。

高旭彬1，21.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原 030006；2.煤矿采掘机械国家工程实验室山西太原 030006摘要：随着煤矿智能化进程的加速推进，煤矿辅助运输系统的智能化升级迫在眉睫，井下高精度定位系统作为智能调度系统的基础，直接决定了辅运系统的智能化程度。

本文以无轨辅助运输系统为例，分析了无轨辅助运输系统存在的问题，阐述了无轨辅助运输系统的建设要求与目标，并完成了基于UWB技术的井下高精度定位系统样机试制，在此基础上完成了UWB和Zigbee定位系统的性能比较测试，测试结果显示，UWB定位系统100m内的静态误差不大于0.5m，Zigbee定位系统100m内的静态误差不大于1m。

关键词：辅助运输；矿用；UWB；高精度定位；0引言近年来，随着国家发改委等八部委发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，以及山西、山东、贵州等省份关于智能煤矿建设规范等标准的发布，明确提出煤矿辅助运输系统的智能化将是必要的任务，建设智能化辅助运输调度系统，实现辅助运输连续化、高效化。

煤矿辅助运输系统对于井下生产尤为重要，其建设程度直接影响煤矿企业的发展[1]。

基于UWB测距技术的煤矿井下精确定位研究摘要: 随着煤矿信息化进程的推进，精确定位已经成为煤矿井下定位的一个趋势。

由于现有矿井人员及机车定位主要采用区域定位技术，存在定位精度不高、抗干扰及穿透能力差等问题。

通过基于UWB测距技术的煤矿井下精确定位研究和应用，对提高煤矿安全生产管理水平与应急救援具有重要的现实意义。

本文通过对UWB测距技术进行了分析研究，并对UWB定位系统时钟同步提出了可行的定位方案。

探讨了煤矿井下NLOS环境下UWB定位的改进算法，有效提高了定位精度，具有较好的实用性。

关键词：UWB测距技术；煤矿井下；精确定位；算法1.UWB技术介绍UWB超宽带技术是一种无线载波通信技术，最早来自于上世纪90年代美国国防部的正式术语，主要用来描述脉冲超宽带传输信息的无线电技术。

UWB超宽带技术与传统通信技术有极大的差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。

与现有的zigBee、蓝牙等短距离无线通信技术相比，UWB技术具有功耗低、穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供高精度定位等优点。

2.UWB井下无线测距定位技术2.1基于AOA的测距定位技术基于信号到达角度AOA测距定位技术主要是通过天线阵列作为参考节点来测量与目标节点之间的夹角从而获取目标节点的位置信息。

该AOA定位方法要求使用天线阵列，对天线安装维护具有较高要求，在煤矿井下实施应用难度较大。

2.2基于RSS的测距定位技术RSS测距技术由于利用路径损耗来定位会对环境的变化（例如多径衰落变化等）极为敏感，因此有学者对不同环境下UWB信号传播特性作深入的研究。

通过解方程组的知识可知至少要三个参考节点进行测量才能获取目标节点的二维平面空间信息。

2.3基于TOA/TDOA的测距定位技术基于TOA/TDOA测距定位是通过测算目标节点发射信号到到两个参考节点的传输时间差来获取目标节点的空间位置信息。

link appraisement
严新迪 甄家骏 王雅晴 
中国矿业大学徐海学院
严新迪（1998-）男，0719，汉族，江苏省泰州市泰兴市，本科在读，学生，信
电系自动化级，研究方向：自动化。

（该文有江苏省大学生创新创业训练项目支持） 
（项目题目：基于uwb
图1 UWB定位系统组成图2 移动标签模块框图
图3 转换方式
定位基站
通过测量标签到各个节点的时间差，采用圆周定位法。

利用信号在标签和基站之间的飞行时间，通过建立数学模型
计算出标签与各基站之间的距离。

选用8M Flash存储芯片是由于其PCB板可以更小，
更简单。

减少制造成本，从而发挥出UWB更出色性质。

系统软件工作原理
结语
本文中设计的UWB软件充分发挥了UWB在非正弦波
窄波脉冲数据传播上的优点，将短距离数据传播速度提升到
一个的新高度，而相比较于传统的GPS定位系统，UWB
系统拥有极小的发射功率、较少的电磁辐射等优点，以及高
精准的定位准确度、极强的抗干扰能力，加上更加精准的定。

UWB 雷达在矿山钻孔救援中的应用研究文虎1，2， 周博1， 郑学召1，2， 康玉国3， 蔡国斌1， 黄渊1， 丁文1（1. 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安　710054；2. 国家矿山救援西安研究中心，陕西 西安　710054；3. 北京大地高科地质勘查有限公司，北京　100040）摘要：超宽带（UWB ）雷达探测技术可实现面向钻孔救援的矿井人体目标探测，但UWB 电磁波易受灾变矿井复杂环境影响，UWB 雷达回波信号易受到灾变矿井背景杂波、环境噪声影响，导致难以实现灾变矿井人体目标精准探测。

针对上述问题，介绍了基于UWB 雷达的井下目标探测场景及人体目标探测原理，分析了UWB 电磁波特性研究现状和UWB 回波噪声滤除方法研究现状。

总结了存在的问题：① UWB 电磁波在灾变矿井复杂环境中的传播特性需深入研究。

② 背景杂波产生原因尚未明晰，灾变矿井背景杂波与环境噪声滤除技术研究较少。

③ 面向钻孔救援的UWB 雷达人体目标探测技术仍需改进。

针对现有技术的不足，展望了面向钻孔救援的UWB 雷达井下人体目标探测技术的发展趋势：① 深入研究UWB 电磁波穿透传输关键表征参数对井下复杂环境特征的敏感程度。

② 构建适用于灾变矿井的背景杂波与环境噪声滤除方法。

③ 深入优化面向钻孔救援的UWB 雷达人体目标探测技术。

关键词：钻孔救援；UWB 雷达；人体目标探测；UWB 电磁波；传播特性；噪声滤除中图分类号：TD655 文献标志码：AResearch on the application of UWB radar in mine drilling rescueWEN Hu 1,2, ZHOU Bo 1, ZHENG Xuezhao 1,2, KANG Yuguo 3, CAI Guobin 1, HUANG Yuan 1, DING Wen 1(1. College of Safety Science and Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China ；2. Xi'an Research Center of National Mine Rescue, Xi'an 710054, China ；3. Beijing Dadi Hi Tech Geological Exploration Co., Ltd., Beijing 100040, China)Abstract : The ultra wideband (UWB) radar detection technology can achieve mine human target detection for drilling rescue. However, UWB electromagnetic waves are susceptible to the complex environment of catastrophic mines. The UWB radar echo signals are susceptible to the background clutter and environmental noise of catastrophic mines. It is difficult to achieve precise detection of human targets in catastrophic mines. In order to solve the above problems, the underground target detection scenarios and human target detection principles based on UWB radar are introduced. The research status of UWB electromagnetic wave characteristics and UWB echo noise filtering methods are analyzed. The existing problems are summarized as following points.① The propagation characteristics of UWB electromagnetic waves in the complex environment of catastrophic mines require in-depth research. ② The reason for the generation of background clutter is not yet clear. There is limited research on the filtering technology of background clutter and environmental noise in catastrophic mines.③ The UWB radar human target detection technology for drilling rescue still needs to be improved. In response to收稿日期：2023-03-30；修回日期：2023-05-26；责任编辑：胡娴。

世界有色金属 2023年 3月下24C omputer automation计算机自动化基于UWB 技术定位系统在地下金属矿山的应用樊国芳，张 琦（中国华冶杜达矿业有限公司，北京　１０００００）摘 要：地下有色金属矿山的井下分层多，采矿作业人员分布较为分散，采矿设备流动性大，在复杂的井下环境中，存在较大的危险性。

矿井安全六大系统中人员定位系统的应用，可以使调度中心可对作业人员和机电车辆的位置进行实时的掌握，在方便调度提高生产效率和提高地下矿山安全生产保障能力的同时，井下发生事故时受困人员也有了相对具体的位置信息。

本文介绍了各种定位技术的比较和基于ＵＷＢ技术人员定位系统在有色金属矿山的应用，对同类矿山有一定的借鉴作用。

关键词：ＵＷＢ技术；人员定位；金属矿山中图分类号：ＴＤ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０６－００２４－３Application of positioning system based on UWB technology in underground metal minesFAN Guo-fang, ZHANG Qi（Ｃｈｉｎａ　Ｈｕａｙｅ　Ｄｕｄａ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｍａｎｙ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｌａｙｅｒｓ　ｉｎ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅｓ，　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｏｒｓ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｓｃａｔｔｅｒｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｓ　ｌａｒｇｅ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｒｉｓｋ．　Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｘ　ｍａｊｏｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｅｎａｂｌｅｓ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｃｅｎｔｅｒ　ｔｏ　ｇｒａｓｐ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ，　ｗｈｉｃｈ　ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ，　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｍｉｎｅｓ，　ｗｈｉｌｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｏｃｃｕｒ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ．　Ｔｈｅ　ｔｒａｐｐｅｄ　ｐｅｏｐｌｅ　ａｌｓｏ　ｈａｖｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＵＷＢ－ｂａｓｅｄ　ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅｓ，　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｍｉｎｅｓ．Keywords: ＵＷＢ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ；　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅ收稿日期：２０２３－０１作者简介：樊国芳，男，生于１９９２年，汉族，河北井陉人，专科，研究方向：矿山机电。