[發(fā)明專利]一種井下高精度導(dǎo)航地圖構(gòu)建系統(tǒng)及構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810961524.5
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109059942B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱華;李猛鋼;葛世榮;由韶澤;陳常;汪雷;唐超權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/32
• 分類號: G01C21/32
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

1.一種井下高精度導(dǎo)航地圖構(gòu)建系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，井下高精度導(dǎo)航地圖構(gòu)建系統(tǒng)，用于實現(xiàn)井下多層次地圖模型的構(gòu)建，包括井下地理信息系統(tǒng)、本質(zhì)安全型建模裝置、以及布設(shè)于井下各巷道的各個本質(zhì)安全型超寬帶雷達UWB錨節(jié)點；

其中，本質(zhì)安全型建模裝置包括激光雷達、超寬帶雷達UWB模塊、里程計、慣性導(dǎo)航模塊、第一礦用本安型防爆電源、第二礦用本安型防爆電源、工控機、無線網(wǎng)橋、RS232信號隔離柵裝置和網(wǎng)絡(luò)信號隔離柵裝置；井下地理信息系統(tǒng)設(shè)置于本質(zhì)安全型建模裝置中的工控機當(dāng)中；第一礦用本安型防爆電源分別為激光雷達、超寬帶雷達UWB模塊、里程計、慣性導(dǎo)航模塊、RS232信號隔離柵裝置、網(wǎng)絡(luò)信號隔離柵裝置進行供電；第二礦用本安型防爆電源分別為工控機、無線網(wǎng)橋進行供電；里程計、慣性導(dǎo)航模塊分別通過RS232信號隔離柵裝置與所述工控機相連接；激光雷達、超寬帶雷達UWB模塊分別通過網(wǎng)絡(luò)信號隔離柵裝置與所述工控機相連接，無線網(wǎng)橋與工控機相連接；

基于本質(zhì)安全型建模裝置在井下各巷道中的移動，本質(zhì)安全型建模裝置中的超寬帶雷達UWB模塊與各巷道中各本質(zhì)安全型超寬帶雷達UWB錨節(jié)點進行觀測交互，本質(zhì)安全型建模裝置中工控機根據(jù)觀測交互信息、以及其所連激光雷達、里程計、慣性導(dǎo)航模塊的實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建高精度點云模型；

本質(zhì)安全型建模裝置中工控機應(yīng)用井下地理信息系統(tǒng)，同時實時構(gòu)建高精度地圖模型，進而通過結(jié)合地理信息系統(tǒng)的電子地圖與高精度點云模型，構(gòu)建井下多層次地圖模型；

所述本質(zhì)安全型建模裝置中工控機中存儲井下GIS電子地圖，實時執(zhí)行如下構(gòu)建方法步驟：步驟A.針對井下各巷道，進行各個本質(zhì)安全型超寬帶雷達UWB錨節(jié)點的布設(shè)，并獲得各個本質(zhì)安全型超寬帶雷達UWB錨節(jié)點的絕對位置信息，存儲于本質(zhì)安全型建模裝置中工控機中的井下GIS電子地圖中，然后進入步驟B；

步驟B.基于本質(zhì)安全型建模裝置在井下各巷道中的移動，本質(zhì)安全型建模裝置中工控機依次做如下各操作：

基于井下GIS電子地圖，通過本質(zhì)安全型建模裝置中超寬帶雷達UWB模塊與各巷道中各本質(zhì)安全型超寬帶雷達UWB錨節(jié)點的觀測交互，應(yīng)用UWB無線定位模型，獲得本質(zhì)安全型建模裝置在井下GIS電子地圖中的絕對位姿，構(gòu)建因子圖中絕對位姿觀測約束信息X；

利用里程計與慣性導(dǎo)航模塊應(yīng)用融合所構(gòu)航跡推算模型計算的相對位姿變換結(jié)果，提供航跡推算運動約束，構(gòu)建因子圖中運動約束邊U；

利用激光雷達對巷道壁掃描所獲模型，計算相對位姿變換結(jié)果提供的約束，構(gòu)建因子圖中掃描匹配觀測約束邊Z；

利用巷道點云分割獲得的平面結(jié)果提供平面約束，構(gòu)建因子圖中平面觀測頂點Q；

利用回環(huán)檢測結(jié)果提供相對位姿變換約束，構(gòu)建因子圖中回環(huán)約束邊L；

步驟C.伴隨本質(zhì)安全型建模裝置在井下各巷道中的移動，基于因子圖中各類約束信息，進行多傳感器SLAM過程，并利用本質(zhì)安全型建模裝置的絕對位姿更新點云地圖，獲得優(yōu)化點云地圖，然后進入步驟D；

步驟D.將優(yōu)化點云地圖與井下GIS電子地圖進行對齊，并進行柵格化處理；接著根據(jù)使用需求構(gòu)建三維柵格地圖或二維柵格地圖，為巷道中障礙物及局部環(huán)境設(shè)定權(quán)值，然后結(jié)合井下GIS電子地圖，針對柵格地圖，構(gòu)建井下多層次地圖模型，再進入步驟E；

步驟E.應(yīng)用點云分割與目標(biāo)識別方法，判斷井下巷道是否發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，是則針對井下新巷道，進行本質(zhì)安全型超寬帶雷達UWB錨節(jié)點布設(shè)，并返回步驟B；否則即獲得井下多層次地圖模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種井下高精度導(dǎo)航地圖構(gòu)建系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于：所述步驟A中還包括，針對井下各巷道，進行各個反射標(biāo)記的布設(shè)，并獲得各個反射標(biāo)記的絕對位置信息，存儲于本質(zhì)安全型建模裝置中工控機中的井下GIS電子地圖中；

還包括步驟D-E如下，執(zhí)行完步驟D后，進入步驟D-E，執(zhí)行完步驟D-E后，進入步驟E；步驟D-E.基于多層次地圖模型，針對布設(shè)于井下各巷道的各個反射標(biāo)記，計算各反射標(biāo)記之間的真實距離、以及其在點云地圖上的距離，進而獲得多層次地圖模型的精度。