[發(fā)明專利]一種井下三維精確定位系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111037323.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113701754B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫繼平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種井下三維精確定位系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括數(shù)字孿生地圖、定位服務(wù)器、監(jiān)控終端、通信網(wǎng)絡(luò)、定位分站、定位裝置；所述定位裝置包括至少一個(gè)無(wú)線定位模塊、至少一個(gè)測(cè)距傳感器、至少一個(gè)磁力傳感器、至少一個(gè)陀螺儀傳感器、至少一個(gè)三軸加速度傳感器；所述無(wú)線定位模塊通過(guò)與定位分站進(jìn)行無(wú)線電波通信進(jìn)行測(cè)距；所述測(cè)距傳感器通過(guò)發(fā)射和接收測(cè)距信號(hào)測(cè)量定位裝置與巷道壁、巷道頂板或巷道底板的距離；所述磁力傳感器用于測(cè)量定位裝置的方向；所述陀螺儀傳感器和三軸加速度傳感器用于測(cè)量定位裝置的方向、移動(dòng)速度和姿態(tài)數(shù)據(jù)；所述系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線定位模塊的測(cè)距數(shù)據(jù)獲得定位裝置沿巷道軸向的一維位置數(shù)據(jù)，或水平平面的軸向和徑向二維位置數(shù)據(jù)，通過(guò)磁力傳感器或陀螺儀傳感器獲得定位裝置的方向數(shù)據(jù)，再參考測(cè)距傳感器測(cè)距數(shù)據(jù)獲得定位裝置的三維位置數(shù)據(jù)；系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線定位模塊與定位分站進(jìn)行無(wú)線通信，定位分站通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與定位服務(wù)器和數(shù)字孿生地圖進(jìn)行通信；所述系統(tǒng)定位過(guò)程為：

(1)定位裝置與相鄰的兩個(gè)定位分站A和B進(jìn)行測(cè)距通信，獲得定位裝置與A和B的直線距離d_A和d_B；

(2)系統(tǒng)依據(jù)以上步驟獲得的d_A和d_B，和所述定位分站A、B的水平平面坐標(biāo)(x_A,y_A)、(x_B,y_B)，計(jì)算獲得坐標(biāo)(x_m,y_m)，具體算法為

(3)定位裝置通過(guò)測(cè)距傳感器測(cè)量與巷道頂板或巷道底板的距離d_H，及與巷道壁的距離d_L；

(4)獲取定位裝置方向；

(5)根據(jù)定位裝置方向，判定d_L為定位裝置與哪一側(cè)巷道壁的距離；

(6)根據(jù)d_L對(duì)坐標(biāo)(x_m,y_m)值進(jìn)行校驗(yàn)，確定定位裝置的水平二維坐標(biāo)(x_M,y_M)；

(7)參考所在巷道頂板或巷道底板的垂直坐標(biāo)z_T或z_R，以z_T-d_H或z_R+d_H作為定位裝置垂直坐標(biāo)z_M，獲得定位裝置的三維坐標(biāo)(x_M,y_M,z_M)；以上步驟的坐標(biāo)系為巷道局部坐標(biāo)系，以定位分站所在巷道的軸向?yàn)樽鴺?biāo)X軸，以巷道徑向水平坐標(biāo)為坐標(biāo)Y軸，以巷道垂直坐標(biāo)為坐標(biāo)Z軸；

(8)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字孿生地圖將步驟(7)獲得的三維坐標(biāo)(x_M,y_M,z_M)轉(zhuǎn)換為礦井全局坐標(biāo)數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并由數(shù)字孿生地圖為定位服務(wù)器和監(jiān)控終端提供地理信息和定位裝置的位置數(shù)據(jù)服務(wù)；

(9)定位服務(wù)器為監(jiān)控終端提供數(shù)據(jù)服務(wù)；

(10)監(jiān)控終端為用戶提供監(jiān)控人機(jī)交互服務(wù)。

2.如權(quán)利要求1所述的三維精確定位系統(tǒng)，其特征在于：所述定位裝置包括姿態(tài)校正模塊，姿態(tài)校正模塊用于調(diào)整測(cè)距傳感器的三維角度，保證用于測(cè)量定位裝置與頂板或底板距離的測(cè)距傳感器測(cè)距探頭垂直于頂板或底板，保證用于測(cè)量定位裝置與巷道壁距離的測(cè)距傳感器測(cè)距探頭與巷道壁垂直。

3.如權(quán)利要求2所述的三維精確定位系統(tǒng)，其特征在于：所述定位裝置根據(jù)磁力傳感器、陀螺儀傳感器、三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)獲得定位裝置坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系的夾角，通過(guò)數(shù)字孿生地圖獲得當(dāng)前巷道坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系的夾角，計(jì)算定位裝置坐標(biāo)系與巷道局部坐標(biāo)系的夾角，姿態(tài)校正模塊根據(jù)夾角調(diào)整傳感器的三維角度。

4.如權(quán)利要求2所述的三維精確定位系統(tǒng)，其特征在于：所述姿態(tài)校正模塊調(diào)整三維角度的參考數(shù)據(jù)包括，兩個(gè)平行安裝的垂直朝向頂板或底板的測(cè)距傳感器數(shù)據(jù)的差。

5.如權(quán)利要求2所述的三維精確定位系統(tǒng)，其特征在于：所述姿態(tài)校正模塊調(diào)整三維角度的參考數(shù)據(jù)包括，兩個(gè)平行安裝的垂直朝向巷道壁的測(cè)距傳感器數(shù)據(jù)的差。