[發明專利]一種井下高精度導航地圖構建系統及構建方法

有效

• 申請號: 201810961524.5
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109059942B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 朱華;李猛鋼;葛世榮;由韶澤;陳常;汪雷;唐超權
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C21/32
• 分類號: G01C21/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明涉及一種井下高精度導航地圖構建系統及構建方法，基于包括井下地理信息系統、本質安全型建模裝置、以及布設于井下各巷道的各個本質安全型超寬帶雷達UWB錨節點所設計的系統，進一步設計引入構建方法，整個設計能夠快速構建井下高精度導航地圖、以及動態更新環境模型功能，并將建模結果輸入井下地理信息系統，構建可以為井下自主移動車輛，提供輔助定位與路徑規劃的多層次地圖模型。

技術領域

本發明涉及一種井下高精度導航地圖構建系統及構建方法，屬于煤礦環境建模技術領域。

背景技術

自動化和智能化是井下移動設備的發展趨勢，而定位導航技術是實現上述目標的關鍵。目前井下的定位技術主要集中于采煤機、刮板機、礦車等軌道式裝備的定位以及人員定位中，通常采用編碼器或慣性器件進行航跡推算、射頻定位等定位方式。井下目前用于支護、鑿巖、裝載、鏟運、鉆孔、瓦斯抽采、采煤與救援等施工裝備與機器人仍然主要依靠人工駕駛或遙控操作，危險性高、勞動強度大。煤礦輔助運輸設備如無軌膠輪車、梭式礦車等承擔著除煤炭運輸外的包括人員、材料、工具、設備、矸石等其他各種生產資料的運輸任務，是煤礦生產企業重點使用且不可或缺的設備。但其目前也主要依賴人工手動駕駛，在井下惡劣環境中駕駛安全性無法得到保障。煤礦對于上述移動裝備的無人化、智能化具有極大的需求。

為實現上述井下移動設備的自主作業，研發面向定位導航任務的、滿足井下環境應用的地圖構建方法是關鍵技術之一。井下地理信息系統(Geographic informationsystem，GIS)是一種簡單高效的數字地圖，在礦山地質測量、井下供電、通訊、通風、供水等領域得到應用，提高了礦山的數字化程度。目前GIS在煤礦應用中，主要利用空間數據庫建立礦區巷道的平面圖，人員定位分布圖、設備物資分布圖。這類地圖的要素主要是簡單的地理信息與拓撲關系等，無法實現輔助移動設備進行厘米級的高精度定位與導航功能。

激光點云地圖在地面機器人、無人駕駛領域已經得到廣泛應用。利用車載高精度激光雷達及其他多類型傳感器采集數據構建高精度地圖，可以輔助自動駕駛車輛進行精確定位。但是這類技術通常需要價格昂貴的高精度、多類型傳感器提供精確的定位信息，依賴于GPS、視覺相機等傳感器融合技術，而這些傳感器由于工作環境的限制無法直接在煤礦使用或效果較差。目前在環境測繪領域使用的激光掃描儀進行巷道變形測量、巷道環境建模的的方法盡管精度較高，但是價格昂貴且必須經過單點掃描后通過后期拼接完成建模，工作效率低。現有的基于激光SLAM的方式在煤礦巷道進行建模時，由于井巷存在退化、動態等復雜場景，建模精度低，無法滿足自主移動設備的定位與導航需求。綜上所述，目前尚不具備可以滿足井下自主移動設備定位與導航的專用地圖構建方法及系統。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠輔助井下自主移動設備，實現精確定位、輔助路徑規劃與導航的井下高精度導航地圖構建系統。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種井下高精度導航地圖構建系統，用于實現井下多層次地圖模型的構建，包括井下地理信息系統、本質安全型建模裝置、以及布設于井下各巷道的各個本質安全型超寬帶雷達UWB錨節點；

其中，本質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、無線網橋、RS232信號隔離柵裝置和網絡信號隔離柵裝置；井下地理信息系統設置于本質安全型建模裝置中的工控機當中；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、慣性導航模塊、RS232信號隔離柵裝置、網絡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、無線網橋進行供電；里程計、慣性導航模塊分別通過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模塊分別通過網絡信號隔離柵裝置與所述工控機相連接，無線網橋與工控機相連接；