本發(fā)明涉及井下電子圍欄，具體涉及一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、煤礦井是用于開采地下煤炭資源的特殊工程結(jié)構(gòu)，通常由井筒、巷道、采掘工作面及配套安全設(shè)施組成；由于煤礦井下存在已開采完畢的采空區(qū)或封閉的廢棄巷道，這些區(qū)域可能因頂板坍塌、瓦斯積聚或積水形成致命隱患，故往往需要設(shè)置電子圍欄實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并阻止人員接近。在安全監(jiān)控領(lǐng)域，常見的電子圍欄為脈沖電子圍欄，屬防盜報(bào)警系統(tǒng)，但無法用于煤礦井下。
2、現(xiàn)有技術(shù)中的井下關(guān)鍵危險(xiǎn)區(qū)域多采用人工巡檢、物理圍欄與視頻監(jiān)控結(jié)合的管理方式，問題頻出。人工巡檢過度依賴人員安全意識(shí)，判別違章主觀性強(qiáng)；且受可視范圍限制存在監(jiān)控盲區(qū)，易出現(xiàn)管理漏洞；此外，物理圍欄與視頻監(jiān)控難以準(zhǔn)確識(shí)別違章人員，導(dǎo)致違章追溯難，助長(zhǎng)僥幸心理，且缺乏分級(jí)報(bào)警與預(yù)警功能。
3、煤礦井下電子圍欄雖已應(yīng)用于關(guān)鍵危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警，現(xiàn)有主要手段包括精準(zhǔn)人員定位、紅外感應(yīng)及機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)等，但仍有局限。紅外感應(yīng)電子圍欄僅能在傳感器感應(yīng)區(qū)運(yùn)行，安裝復(fù)雜、覆蓋范圍小、靈活性低；機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)電子圍欄受環(huán)境干擾大，僅覆蓋攝像頭區(qū)域，同樣存在覆蓋窄、抗干擾差等問題。且現(xiàn)有系統(tǒng)未考慮井下危險(xiǎn)區(qū)域隨環(huán)境因子變化的特性，亟待改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，解決以下技術(shù)問題。
2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，包括：
4、數(shù)據(jù)采集模塊：用于建立三維信息地圖，并標(biāo)注全部預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域；
5、選址模塊：獲取全部預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域的邊緣線，根據(jù)所述邊緣線獲得若干個(gè)擬方形區(qū)域，并獲取所述擬方形區(qū)域的外接圓；獲取所述外接圓的圓心，在各圓心處設(shè)置可360°旋轉(zhuǎn)的紅外發(fā)射點(diǎn)；
6、圍欄規(guī)劃模塊：包括邊緣線規(guī)劃單元、紅外路徑調(diào)節(jié)單元和監(jiān)測(cè)模塊；所述邊緣線規(guī)劃單元實(shí)時(shí)確定危險(xiǎn)區(qū)域；
7、所述紅外路徑調(diào)節(jié)單元獲取所述危險(xiǎn)區(qū)域的邊緣線，記為實(shí)時(shí)邊緣線；將所述實(shí)時(shí)邊緣線根據(jù)所述危險(xiǎn)區(qū)域的頂點(diǎn)劃分為若干條線段，獲取各線段所處的全部目標(biāo)外接圓，并獲取各目標(biāo)外接圓對(duì)應(yīng)的若干紅外發(fā)射點(diǎn)，均記為目標(biāo)發(fā)射點(diǎn)；對(duì)于任一目標(biāo)發(fā)射點(diǎn)，獲取當(dāng)目標(biāo)發(fā)射點(diǎn)的投影點(diǎn)處于線段上時(shí)，所述目標(biāo)發(fā)射點(diǎn)的全部發(fā)射角，得到發(fā)射角范圍，所述目標(biāo)發(fā)射點(diǎn)在發(fā)射角范圍內(nèi)以預(yù)設(shè)滑動(dòng)速度往返發(fā)射紅外射線；
8、所述監(jiān)測(cè)模塊基于uwb技術(shù)監(jiān)測(cè)是否存在井下人員進(jìn)入所述危險(xiǎn)區(qū)域，并預(yù)警。
9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述三維信息包括巷道信息、設(shè)備信息和地質(zhì)信息，所述巷道信息包括巷道的中心點(diǎn)坐標(biāo)、寬度、高度和坡度，所述設(shè)備信息包括各設(shè)備的外形尺寸、位置坐標(biāo)和姿態(tài)角度，所述設(shè)備包括采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備，所述地質(zhì)信息包括煤層的厚度、傾角和走向。
10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述三維信息地圖的建立過程包括:
11、基于表面重構(gòu)算法構(gòu)建煤礦井下的三維表面模型，獲取基于激光掃描技術(shù)獲取的三維信息，將所述三維信息轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并使用三角網(wǎng)格化方法將點(diǎn)云數(shù)據(jù)連接成三角形面片，得到連續(xù)的表面；并在連續(xù)的表面上，對(duì)實(shí)體物體進(jìn)行建模，最終得到三維信息地圖，所述實(shí)體物體包括設(shè)備、煤層和巖石。
12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述作業(yè)周期為在煤礦井下進(jìn)行施工的總時(shí)間段；
13、將在煤礦井下開始施工的時(shí)刻，記為開始時(shí)刻，并獲取預(yù)測(cè)的完工時(shí)間，記為完工時(shí)刻，獲取由所述開始時(shí)刻和完工時(shí)刻構(gòu)成的時(shí)間段，記為總時(shí)間段。
14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：全部預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域的獲得過程包括：
15、獲取已發(fā)生事故記錄，所述已發(fā)生事故記錄包括過去在煤礦井下進(jìn)行施工時(shí)發(fā)生的全部事故和事故原因；提取所述已發(fā)生事故記錄中發(fā)生事故的全部區(qū)域，記為事故頻發(fā)區(qū)域，并提取所述事故頻發(fā)區(qū)域的空間坐標(biāo)和環(huán)境特征，得到所述事故頻發(fā)區(qū)域的事故特征；在所述三維信息地圖上，將滿足所述事故特征的區(qū)域記為預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域。
16、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述擬方形區(qū)域的獲得過程包括：
17、獲取所述預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域在地平面上的投影，并獲取所述投影的邊緣線構(gòu)成的幾何圖形，獲取所述幾何圖形的全部頂點(diǎn)，并獲取相距的距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)頂點(diǎn)，將這兩個(gè)頂點(diǎn)記為端點(diǎn)；獲取兩個(gè)端點(diǎn)的連線，獲取所述連線的長(zhǎng)度，記為方形邊長(zhǎng)；獲取所述幾何圖形的中心點(diǎn)，并根據(jù)所述方形邊長(zhǎng)建立一個(gè)正方形區(qū)域，獲取所述正方形區(qū)域的中心點(diǎn)，記為方形中心點(diǎn)；將所述方形中心點(diǎn)與所述中心點(diǎn)重合，并此時(shí)正方形區(qū)域在所述三維信息地圖上所占的區(qū)域記為擬方形區(qū)域。
18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：在圓心處設(shè)置可360°旋轉(zhuǎn)的紅外發(fā)射點(diǎn)時(shí)，將所述紅外發(fā)射點(diǎn)的最大旋轉(zhuǎn)軌跡設(shè)置為所述紅外發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外接圓。
19、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：線段的目標(biāo)外接圓的獲得過程包括：
20、獲取線段上的全部點(diǎn)，對(duì)于任一外接圓，若所述線段上的全部點(diǎn)均位于所述外接圓的內(nèi)部，則將所述外接圓記為所述線段的目標(biāo)外接圓。
21、本發(fā)明的有益效果：
22、本發(fā)明通過三維建模和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)識(shí)別和標(biāo)注井下危險(xiǎn)區(qū)域，適應(yīng)環(huán)境變化(如設(shè)備移動(dòng)、地質(zhì)變動(dòng))，避免傳統(tǒng)靜態(tài)圍欄的滯后性；結(jié)合uwb技術(shù)的高精度定位(誤差厘米級(jí))和紅外掃描，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人員位置，一旦進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域即刻觸發(fā)預(yù)警，減少誤報(bào)和漏報(bào)，提升安全性；采用可360°旋轉(zhuǎn)的紅外發(fā)射點(diǎn)，通過外接圓覆蓋不規(guī)則危險(xiǎn)區(qū)域，優(yōu)化設(shè)備布局，減少盲區(qū)；擬方形區(qū)域算法簡(jiǎn)化安裝復(fù)雜度，降低部署成本；基于已發(fā)生事故數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域，結(jié)合實(shí)時(shí)邊緣線調(diào)整紅外掃描路徑，實(shí)現(xiàn)智能化的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判與主動(dòng)防護(hù)；相比傳統(tǒng)紅外或視覺技術(shù)，uwb與紅外協(xié)同工作受井下粉塵、光線等環(huán)境影響小，穩(wěn)定性更高。
1.一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括建模單元和區(qū)域規(guī)劃單元；所述建模單元用于采集煤礦井下的三維信息，并建立煤礦井下的三維信息地圖；所述區(qū)域規(guī)劃單元，在所述三維信息地圖上標(biāo)注作業(yè)周期內(nèi)的全部預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，所述三維信息包括巷道信息、設(shè)備信息和地質(zhì)信息，所述巷道信息包括巷道的中心點(diǎn)坐標(biāo)、寬度、高度和坡度，所述設(shè)備信息包括各設(shè)備的外形尺寸、位置坐標(biāo)和姿態(tài)角度，所述設(shè)備包括采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備，所述地質(zhì)信息包括煤層的厚度、傾角和走向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，所述三維信息地圖的建立過程包括:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，所述作業(yè)周期為在煤礦井下進(jìn)行施工的總時(shí)間段；
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，全部預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域的獲得過程包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，所述擬方形區(qū)域的獲得過程包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，在圓心處設(shè)置可360°旋轉(zhuǎn)的紅外發(fā)射點(diǎn)時(shí)，將所述紅外發(fā)射點(diǎn)的最大旋轉(zhuǎn)軌跡設(shè)置為所述紅外發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外接圓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，線段的目標(biāo)外接圓的獲得過程包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于uwb精確人員定位的井下電子圍欄系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)是否存在井下人員進(jìn)入所述危險(xiǎn)區(qū)域的過程包括：