[發明專利]一種背包式井下煤炭開采量智能測量裝置及其量測方法

在審

• 申請號: 201410374735.0
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN105318875A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 王堅;胡安冬;譚興龍;秦長彪;汪云甲
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G08C17/02;G01C7/06;E21B47/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種背包式井下煤炭開采量智能測量裝置，其特征是：該定位測量裝置包括慣性傳感器模塊、時鐘模塊、液晶顯示模塊、控制按鍵面板、數據存儲模塊、RS-232通訊接口、無線傳輸模塊、電源模塊、中央處理器和服務器；慣性傳感器模塊、時鐘模塊、控制按鍵面板和無線傳輸模塊的輸出端均與中央處理器的輸入端連接，電源模塊為定位量測裝置提供電源，中央處理器的輸出端與液晶顯示模塊連接，中央處理器與數據存儲模塊雙向通訊連接，數據存儲模塊與RS-232通訊接口連接，無線傳輸模塊的輸出端與服務器的輸入端連接；

(1)所述的慣性傳感器模塊包括加速度計、陀螺儀和方向傳感器，該模塊獲取人員行走中的加速度，方向和轉彎信息；

(2)所述的時鐘模塊記錄定位時間；所述的液晶顯示模塊顯示中央處理器收到的服務器回傳的量測體積，并供用戶查看行走軌跡；所述的控制按鍵面板進行采樣參數和文件名稱的交互式設置；所述的無線傳輸模塊建立中央處理器與服務器之間的數據實時傳輸；

(3)所述的數據存儲模塊與RS-232通訊接口連接，數據存儲模塊存儲中央處理器處理后的慣性傳感器數據和時鐘數據，其存儲文件的名稱可以根據時鐘模塊記錄的時間自動建立，或者通過控制按鍵面板手動建立，其備份數據在事后通過RS-232通訊接口傳輸給計算機系統進行后續處理與分析；

(4)所述的電源模塊包括電池組和電源轉換電路，該模塊為裝置提供電源，其電源轉換電路分別與慣性傳感器模塊、時鐘模塊、液晶顯示模塊、數據存儲模塊、無線傳輸模塊和中央處理器連接，并將電池組提供的穩壓電源轉換成與之相連接的裝置各部件所需的供電電源；

(5)所述的中央處理器通過通訊接口電路連接慣性傳感器模塊、時針模塊、液晶顯示模塊、控制按鍵面板、數據存儲模塊、無線傳輸模塊和電源模塊；中央處理器接收并初步處理慣性傳感器模塊和時鐘模塊發送過來的數據，同時建立與之連接的各模塊之間的數據實時傳輸；

所述的服務器通過無線傳輸模塊與中央處理器建立無線連接，服務器設在總監控室，對應于多套定位量測裝置，用來接收并進一步處理中央處理器發送過來的數據，同時計算所有持有該定位量測裝置的人員所行走的閉合面積。

2.一種權利要求1所述的背包式井下煤炭開采量智能測量裝置的量測方法，其特征是：該量測方法包括前期準備、數據獲取、數據處理和數據傳輸三個步驟；

步驟一、數據獲?。?/p>

首先由于本方法采用二維相對局部坐標系進行量測，因此無需確定初始絕對位置，將初始坐標設為(0,0)；然后通過慣性傳感器模塊得到行走中的實時線性加速度、方向以及陀螺儀的數值，并通過時鐘模塊獲取整個定位過程的時間軸；最后在某一連續線段測算完后按下控制器上的結束按鈕，閉合量測路徑，校正定位，消除累積誤差；

步驟二、數據處理：

首先使用最小二乘支持向量機分類算法分析運動狀態；對于運動狀態，利用多重約束波峰-波谷檢測模型對慣性傳感器加速度數據進行步態檢測和步長計算，建立融合傳感器數據與幾何特征的航向估計模型，即借助載體坐標系與導航坐標系的轉換方程以及傅里葉變換方位角推算方法確定運動航向角；最后，通過自適應抗差算法處理閉合誤差，消除誤差積累；

步驟三、數據傳輸

裝置獲取慣性傳感器數據后，先在中央處理器上進行初步處理并發送至數據存儲模塊，再通過無線傳輸模塊打包發送到服務器上進行進一步處理，獲得一段通過無線傳輸模塊傳回至中央處理器并顯示在液晶顯示模塊上，供測量者實時查看自己的量測結果，同時將量測結果存儲在服務器中，管理人員也可以通過服務器實時關注室內所有持有該裝置的人員的行走情況。