[發(fā)明專利]一種煤礦井下移動設(shè)備自主定位的方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510900007.3
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105547288A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖力;趙梓喬;王卓;孫志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦井下移動設(shè)備自主定位的方法及系 統(tǒng)。

背景技術(shù)

煤礦井下高精度定位是數(shù)字礦山與綠色礦山的基礎(chǔ)，在遙控采礦、無人采礦及礦 難救援等應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)揮著巨大的作用。一般的定位系統(tǒng)主要解決的是在接收到全球定位 系統(tǒng)(GPS)信號時實現(xiàn)戶外的高精度定位，而對于煤礦井下無GPS信號、地磁干擾嚴(yán)重的惡 劣環(huán)境下，此類定位系統(tǒng)往往無用武之地。煤礦井下的定位多采用無線射頻識別、ZigBee等 輔助定位技術(shù)，需要在井下預(yù)先布置大量參考節(jié)點，井下設(shè)備利用參考節(jié)點確定自身位置。 在實際應(yīng)用中參考節(jié)點布置的密度和現(xiàn)場環(huán)境決定定位精度，系統(tǒng)存在定位精度低、穩(wěn)定 性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點。慣性器件導(dǎo)航具有實時高、受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點，然而慣性于 器件本身具有測量噪聲，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(InertialNavigationSystem,INS)的誤差積累使 其不能滿足井下長時間導(dǎo)航定位要求。在不外加光源煤礦井下能見度極低的情況下，視覺 導(dǎo)航定位將由于光源的影響以及煤礦井下場景特征不明顯等原因，可靠性將急劇下降。因 此，亟需一套完整可行的煤礦井下定位方案，實現(xiàn)井下設(shè)備的高精度定位，加快礦山無人化 的進程。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種融合多源信息的煤礦井 下移動設(shè)備自主定位方法，該方法克服了傳統(tǒng)無線通信定位與視覺定位的缺點，實現(xiàn)了煤 礦井下移動設(shè)備的實時高精度定位。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種煤礦井下移動設(shè)備自主定 位的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)移動設(shè)備在起始點開始移動前,通過三維激光掃描儀采集當(dāng)前場景的三維點 云數(shù)據(jù)，得到起始點點云數(shù)據(jù)；

(b)移動設(shè)備開始移動，在移動過程中通過慣性傳感器與里程計傳感器分別進行 數(shù)據(jù)采集，建立基于Kalman濾波器的姿態(tài)測量模型，并利用所述姿態(tài)測量模型將采集到的 慣性傳感器數(shù)據(jù)與里程計數(shù)據(jù)融合，繼而進行航位推算，得到移動設(shè)備定位結(jié)果；

(c)當(dāng)由步驟(b)的航位推算結(jié)果得到移動設(shè)備已移動給定距離后，移動設(shè)備停止 移動，并通過三維激光雷達掃描當(dāng)前場景，得到停止點點云數(shù)據(jù)；

(d)以步驟(b)得到的移動設(shè)備定位結(jié)果為配準(zhǔn)初始值，將步驟(a)得到的起始點 點云數(shù)據(jù)與步驟(c)得到的停止點點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)得到起始點與停止點間的位移與姿態(tài) 變化；

(e)通過步驟(d)中得到的起始點到停止點的位移與姿態(tài)變化對停止點的位置與 姿態(tài)進行更新；

(f)將步驟(e)得到的移動設(shè)備停止點的位置信息作為起始點，重復(fù)執(zhí)行步驟(a)- (e)，從而完成整個設(shè)備定位過程。

作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(b)具體包括：

(b1)移動設(shè)備開始移動，在移動過程中通過慣性傳感器與里程計傳感器分別進行 數(shù)據(jù)采集，根據(jù)慣性傳感器的誤差模型建立基于Kalman濾波器的姿態(tài)測量模型，所述姿態(tài) 測量模型包括狀態(tài)方程及狀態(tài)觀測方程，所述狀態(tài)方程為：

x·(t)=A00Bx(t)+Gw(t)]]>