具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种煤矿透水事故井下人员定位方法及装备，包括水下搜救机器人、水上控制平台、水下信标追踪系统、接收系统以及水上控制系统，水下信标追踪系统加工在手环内部，手环由矿井工人佩戴，水上控制系统主要有显示器、电脑主机、控制台、控制手柄、控制中继和控制单元，水上控制系统传输作业信息至水上监控平台，水上控制平台采用服务器机架式设计，可将遥控盒、操作键鼠、外扩设备接口单元集成与一身，水下搜救机器人整体呈长方体，水下搜救机器人包括主机1、推进器2、工作灯3、水下相机水下相机4、水下信标接收装置5，水下信标定位装置6、履带部分7、机械臂8，主机1的内部安装有推进器2，主机1的上方左侧固定连接有水下信标定位装置6，水下信标定位装置6体积较小，可以用于人员及水下设备的位置标记，其电源使用时间为20到40天，操作深度达1216m，主机1的上方靠近水下信标定位装置6的一侧固定连接有水下信标接收装置5，主机1的前方固定连接有水下相机4，主机1的前方左右两侧固定连接有工作灯3，主机1的前方靠近水下相机4的下方传动连接有机械臂8，主机1的下方加装有履带部分7，推进器2包括两个水平推进器和两个垂直升降推进器，单向推力16kg，水平推进器、垂直升降推进器协同作用，用于机器人在水下灵活活动，水下信标追踪系统对人员进行定位，并将信号发送至接收系统，接收系统接收到人员位置信息，并将信号传输至水上控制系统，水下搜救机器人搭载的水下信标定位装置6将自身定位同时传送至水上控制系统，控制人员可以通过机器人的水下信标定位装置6，可以得到水下搜救机器人的位置信息，所在深度等，其内部的声呐可以获得实时、高分辨率的类视频图像，即使在低能见度或零能见度条件下也可以工作，其最大量程可达100m，为远距离探测提供便利，水下信标定位系统的作用距离，要寻找最佳频率和定位信号之间的关系来找到合适的信号工作频率。

其中:FOM(优质因素)＝SL-NL-DIR-DT,其中SL为声源级,NL为噪声级,DIR为接收指向性系数，DT为检测阈值,通常噪声谱级变化为

可得频率与作用距离的曲线。如下图4所示。由图4，可以看出随着信标信号工作频率的增加，其作用距离降低。在本系统中根据所用的发射换能器频带工作范围,定位信标信号的工作频率可以在5kHz～15kHz频率范围内进行选择，其传播距离在之间5km～15km，机器人的相机搭载云台，在水下照明系统辅助作用下，可以使得救援人员全方位观察距离较近的物体，通过以上一系列仪器观察测量，所得到的水下信息发送至水上控制平台的显示器，控制单元将信息综合，由控制救援人员对水下搜救机器人进行控制，当水下搜救机器人观察到被困人员或遇难人员时，做好位置标记，将准确的位置信息发送至控制平台以及监控系统，实施精准救援工作。

本实施例中，井下人员的位置一般有两种情况，一种是及时逃生的人员，会到达地理位置较高的井下部位或者避难硐室。另一类来不及逃生的人员，则可能分布在不同的水底区域。搜救人员可以通过水上控制系统控制机器人行动，到达被救援人员附近；履带部分7可以加装在主机1的下方，加装履带部分7能够实现陆地行进，在不加装履带部分7时，能够适用在水中，可以应对更复杂的矿井环境；水下搜救机器人作为一种现代化的机械设备，可以替代大部分由传统救援人员进行的作业，从而保障了救援人员的人身安全，设备强大的负载能力可以同时搭载多种传感器进行多维度的搜寻工作，矿井水下搜救机器人解决了矿井水灾发生后救援工作中的诸多难题，提供了更好的搜救方案。

进一步的，水上控制系统可实现4G无线通讯，显示器使用17寸高清高亮LCD，在一定日光照射下也能保持屏幕影像清晰可见，控制中继选用X86平台硬件，可作为绝大多数传感器、检查设备的软件平台，控制单元设计有一键拍照、摄像功能，并特别设计了视频实时回放功能，可以实时的回放和分析影像资料。

进一步的，水下搜救机器人使用浮力电缆传输通讯信号，通信采用载波通信，其长度450米，可承受200公斤拉力。

进一步的，手环具备检测人员生命体征的功能，水下信标追踪系统的激活方式为入水激活，水下信标定位装置6内含多种传感器，可以对水下压力、水下位置，周边环境进行探测，水下信标接收装置5用于接收被困人员的位置信息，当人员水下信号被锁定，水下搜救机器人则将自身位置，以及被困人员位置发送至水上控制系统，搜救人员利用水上控制系统可以通过观察人员以及水下搜救机器人的定位，了解水下情况，并对机器人进行控制，到达遇难人员位置。

进一步的，主机1内的控制系统可以接收地面的水上控制系统的信号，从而控制推进器2的运行，相机水下相机4可通过云台实现360°旋转，水下信标定位装置6用于采集该机器人的位置信号，以及对周围环境进行探测，机械臂8用于获取水下可疑物质，通过水上控制系统操作。

进一步的，水下信标定位装置6主要由声学换能器、信号处理电路板、电池和水密壳体四部分组成，声学换能器主要实现电声和声电的信号转换，信号处理板用来处理接收到的声信号，电池是维持水下信标定位装置6电路正常工作的能源，水密壳体为整个装置提供一个水密空间,能承受水压作用。

综上可得，本发明的工作流程：当矿井遭遇水灾，矿井通道被淹没，人员被困于井下，遇难人员位置不够确定，逃生人员所在场所也难以推测，可以通过矿井工作人员佩戴的检测手环内的水下信标追踪人员位置，并将信号发送至水下信标接收系统，手环还可以对人员生命体征进行检测，确定遇难人数，及时展开搜救，安装水下搜救机器人的水下信标接收系统接收到人员位置信息，并将信号传输至水上控制系统，人员可以通过水上控制系统控制机器人行动，到达被救援人员附近，其水下信标定位装置6主要由声学换能器、信号处理电路板、电池和水密壳体四部分组成。声学换能器主要实现电声和声电的信号转换，信号处理板用来处理接收到的声信号。电池是维持水下信标定位装置6电路正常工作的能源。水密壳体为整个装置提供一个水密空间,能承受水压作用，控制人员可以通过机器人的相机，观察水机器人附近情况，水下信标定位装置6可用于观察机器人附近的位置、地形、障碍物等情况，当观察到有障碍物时，控制人员可以使用控制手柄，使机器人有效避开障碍物，当接近被困或遇难人员位置时，将准确的位置信号发送至水上控制系统，实施精准救援工作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。