基于加速度传感器的井下电机车实时定位系统
基于惯性导航技术的井下电机车精确定位系统
基于惯性导航技术的井下电机车精确定位系统牛迎丽;李晓峰;乔和;葛爱丽【摘要】The positioning method such as radio frequency identification used in the mine transportation system can only detect the specific position of the locomotive, but cannot realize the precise positioning. By studying moving target location technology, data communication technology and visualization technology, combined with the special working conditions of the coal mine, a new mine positioning system used inertial navigation technology was proposed. The information of the locomotive, including location, speed and direction, was measured by accelerometers and gyroscopes. Through the wireless communication and wired communication, the data was transferred to the computer control center, using the Kingview software to show the precise location of the locomotive. This system makes it convenient for control room persons to get real-time information of the electric locomotive, and improves safety and efficiency by removing incidents.%目前矿井运输系统中所采用的射频识别等电机车定位方法,只能检测到电机车在某一区域内,不能实现精确定位.通过对移动目标定位技术、数据通讯技术以及可视化技术的研究,结合对煤矿井下特殊工作条件的分析,提出了将惯性导航技术应用到井下定位系统的方案.利用加速度计和陀螺仪测得井下电机车位置、速度、方向等数据信息,通过无线通讯与有线通讯相结合的方式,将数据传送到井上调度中心计算机,应用组态王软件实时显示井下电机车的精确位置.该系统便于调度员了解电机车实时情况,提高了行车安全和效率,排除了撞车等事故的安全隐患.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2012(021)010【总页数】4页(P43-46)【关键词】惯性导航;数据通信;可视化;精确定位【作者】牛迎丽;李晓峰;乔和;葛爱丽【作者单位】辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,葫芦岛125105;阜新矿业集团实业有限责任公司,阜新123000;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,葫芦岛125105【正文语种】中文目前影响煤矿井下电机车运行安全和效率的主要因素是调度人员和司机工作的盲目性. 机车一旦开出,调度和司机就无法及时取得联系, 更改调度命令非常困难, 如果司机不能及时了解其他在线机车的位置和运行情况, 撞车事故时有发生, 具有很大的安全隐患.本文研究了一套定位精度高和可靠性高的井下车辆定位系统. 该系统应用捷联惯性导航技术来实现矿井电机车的精确轨迹追踪. 改进后的井下电机车定位系统, 可以实现定位精确、报警准确、数据通讯灵活、稳定可靠.1 系统构成及工作原理本文所研究的基于惯性导航技术的井下电机车精确定位系统的总体构成如图1所示, 该系统主要由车载机系统、节点机系统和上位机系统三大子系统组成.车载机安装在矿井电机车的车头里, 是实现惯性导航精确定位的物理平台. 车载机上固连着陀螺仪与加速度计, 加速度计采集电机车在载体坐标系下三个轴向上的实时加速度, 然后把采集的数据传给控制器, 然后通过控制器内部的捷联算法就可以计算出机车的速度和位移. 在车载机上还集成了一个语音模块和无线通讯模块, 可以实现语音通话功能和调度实时进行. 通讯节点机主要起到数据传输中介的作用, 主要包括无线通讯模块、主控制模块、CAN总线收发器模块三部分. 上位机包括监控主机、显示界面, 根据车载机传输给上位机的相关数据, 在界面上显示电机车在轨道上运行的具体位置及速度等信息, 实现机车的精确定位.2 基于捷联惯导的矿井电机车精确定位原理因为电机车在行驶过程中并不是直线行驶, 而且行驶的轨道也不是绝对平坦, 重力加速度会在加速度计的三个轴向上产生分量. 如果直接利用积分原理计算位移和速度, 那么求出的结果将于实际数值不符.因此, 本文通过坐标变换的方法来滤除重力加速度在三个轴向上产生的分量.设电机车的定位坐标系 O X n YnZn, 加速度计的三个轴向构成载体坐标系 O X b YbZb. 由 O X n YnZn坐标系到OX b Yb Zb 坐标系的变换可得:其中为旋转矩阵.(1)式就是定位坐标系 O X n YnZn与载体坐标系OX b Yb Zb 之间的转换关系式. 若旋转矩阵已知, 则可以利用(1)式求得重力加速度在三个轴上的分量, 下面采用欧拉法求取旋转矩阵中的参数.设坐标系 O X b YbZb相对坐标系 O X n YnZn的角速度向量ω为:沿载体坐标系ZbYbObX的投影为:由上式得:公式(3)称为欧拉微分方程, 式中 ,,为陀螺仪输出分量. 通过此微分方程即可求得航向角ψ,横滚角γ, 俯仰角θ. 再通过公式(1)将载体坐标系下的加速度值变换到定位坐标系下, 用 a n表示. 另外,机车行驶轨道不平, 重力加速度将会在坐标系OXbYb Zb的三个轴向上产生分量gb, 因此也需将该分量通过(1)式转换到定位坐标系下, 用 gn表示, 这样定位坐标系下各轴实际的加速度分量就是an与gn的代数和, 依据积分计算原理计算实际的速度和位移坐标,就可实现电机车精确的轨迹跟踪.图1 系统拓扑结构图3 硬件电路组成3.1 车载机设计车载机系统结构组成框图如图 2所示. 主控器分别向陀螺仪和加速度计发送读取信息请求, 然后这些数据经过A/D转换传送给主控器, 主控器利用这些数据进行捷联惯导计算, 计算出对应电机车的位移坐标、速度等信息, 然后将这些数据再通过无线通讯模块传送给节点机.图2 车载机系统组成框图车载机的主控模块选择飞思卡尔公司的十六位单片机 9S12DG128BDGV1作为主控芯片, 其主要起到对无线通讯模块和语音模块等的控制作用.图3 主控模块功能分配图本系统将基于 AMBE算法的专用语音压缩编/解码 AMBE-1000芯片应用于煤矿井下语音通讯中, 模拟语音信号与 AMBE-1000芯片之间要通过模数转换来连接, 模数转换芯片的选择对系统的声音质量和可靠性起着关键性的作用, 另外考虑器件的信噪比和滤波特性, 本系统选则16位线性芯片CSP1027-S作为模拟语音信号与AMBE-1000之间转换的桥梁. 语音处理外接电路如图4所示.图4 语音模/数转换电路3.2 节点机设计节点机主要起到数据信息传输中介的作用, 包括无线通讯模块、语音模块、CAN收发器模块、电源模块和主控制模块, 主控制模块还采用9S12DT128BDGV1微控制芯片. 节点机结构框图如图5所示. 节点机在工作时, 将车载机发送过来的行车数据和语音数据通过CAN总线传送给上位机, 同时也可将上位机的命令数据和语音机传来的语言数据传送给车载机, 实现调度人员与司机之间的通话.图5 节点机结构框图4 机车定位系统模拟试验4.1 模拟结构搭建为了验证惯性误差的补偿效果和数据通讯的可靠性、灵活性, 在实验中安装了模拟系统, 将5个节点机布置于模拟轨道沿线, 车载机分别安装在 2个自制的电机车模型上.图6 机车定位系统从站图4.2 组态王监控画面主画面是对定位数据进行最终显示的最直观的部分, 它直接实现对工业现场的模拟. 系统开机画面和运行主画面如图7和8所示.图7 系统开机画面图8 机车监控主画面4.3 定位精度测试定位精度测试实验如图 9所示, 取一段长度为30m 的模拟轨道来进行测试, 首先不采用误差修正算法进行误差补偿, 让机车运行100m, 记录下位移数据.然后再采用误差修正算法补偿误差, 再让机车运行100m, 重新记录位移数据, 重复做了30次实验, 机车定位显示画面如图9所示, 具体的实验数据如表1所示.图9 机车定位从站显示界面从图 9可以看出, 通过观测电机车的实际停车位置, 比较上位机显示位置与电机车实际位置的对应情况, 结果表明, 显示位置与停车位置基本一致.表1 定位精度测试第N次试验实际行程不带误差补偿的捷联算法结果带误差补偿的捷联算法结果1 100米 103.4米 100.4米：：30 100米 104.3米 101.2米2 100米 103.7米 99.6米3 100米 97.3米 98.9米：：：：：：从表 1中的数据可以更加直观的看出, 经过误差补偿后的捷联算法计算出的位移要比直接进行惯性导航运算得出的结果更加精确.5 结论基于惯性导航技术的煤矿井下机车定位系统, 是适应当今煤矿安全生产的要求而提出的, 对井下的高效率安全生产与管理有着重大的意义. 本系统通过惯性导航技术中的加速度计和陀螺仪实现数据的采集,通过无线传输与有线传输的方式实现数据的传输, 由组态软件实现数据的处理和存储, 并实现实时报警、机车考勤、数据管理等功能. 系统还实现了井下车辆活动轨迹、速度等运行参数的显示, 可以更有效地监控井下车辆的实时情况, 使定位更加精确.参考文献【相关文献】1 梁军,段丽华,汪玉凤,等.矿井机车定位跟踪系统探讨.煤矿机电,2008(4):57-63.2 湛浩旻.煤矿井下移动目标定位系统设计.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2007.3 王一帆.远程智能语音采集器设计与实现.西安电子科技大学,2010.4 姚远,任永昌,陈晓纪.基于 Zigbee技术的矿山井下车辆定位系统研究.煤矿机械,2007,28(12):139-141.5 湛浩旻,孙长嵩,吴珊,等.Zigbee技术在煤矿井下救援系统中的应用.计算机工程与应用,2006,42(24):181-183.6 陈永冰,钟斌.惯性导航原理.北京:国防工业出版社,2007.7 封亚斌.采用串口通信技术实现 Modbus数据通信.自动化仪表,2004,25(10):56-58.8 湛浩旻.煤矿井下移动目标定位系统设计.哈尔滨工程大学,2007.9 侯玉峰.基于惯性导航的井下机车精确定位系统的研究.辽宁工程技术大学,2010.。
用于井下机车定位的智能光电系统
随着光电传感技术的发展，使得利用反射式光 泛。然而有很多反射式光电传感器在矿井中受到被
电传感器实现煤矿井下机车定位的应用越来越广 测物体的颜色和与被测物体的距离等条件的影响。
檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼
4结语
［3］ 秦志伟，冯秋明，刘娟． 矿用隔爆兼本安型机箱: 中国， 200920256955． 8［P］． 2009 － 11 － 11．
设计·开发
( 2012 － 12)
·117·
用于井下机车定位的智能光电系统
张瑞东1 ，郑丽萍2
( 1． 河北工程大学，河北 邯郸 056038; 2． 中钢集团工程设计研究院有限公司 石家庄设计院， 河北 石家庄 050021)
摘 要: 设计了一套用于井下机车定位的智能自适应光电系统，将高性能的 ARM7 与先进的光
［5］ 王 法 果． 矿 用 隔 爆 兼 本 安 型 音 箱: 中 国 专 利， 200920036452． X［P］． 2009 － 02 － 16．
［6］ 周 卫，于 广 沅． 信 号 隔 离 转 换 输 出 模 块: 中 国， 201020134275． 1［P］． 2010 － 03 － 16．
［7］ 贾桑，李童，杨亚萍，等． 定向遥测随钻测井系统与旋 转导向 系 统 接 口 短 节 设 计［J］． 石 油 仪 器，2011，25
况下，减小了隔爆腔的体积，减轻了重量和节约了成
( 2) : 7 － 9．
本。
参考文献:
作者简介: 郑万波( 1981 － ) ，男，四川自贡人，助理研究 员，硕士，重庆大学在职博士研究生，现在中煤科工集团重庆
文章编号: 1003 － 496X( 2012) 12 － 0117 － 03
基于惯性导航技术的井下电机车精确定位系统
ＮＩ ｉｇＬ Ｌ ａ．ｅｇ， Ｉ Ｏ Ｈ Ｇ ． ｉ ＵＹｎ ．ｉ Ｉ ｏＦ ｎ Ｑ Ａ ｅ， ＥＡｉ ， Ｘｉ Ｌ
摘
要：目前矿井运输系统 中所采用 的射 频识别等 电机 车定位 方法，只能检 测到电机车在某一 区域 内， 能实现 不
精确定位． 通过对移动 目标定位技术 、数据通讯技术 以及可视化技术 的研究，结合对煤矿井下特殊 工作条件 的分
析，提 出了将 惯性导航技术应用到井 下定位 系统 的方案．利用加速度计和 陀螺仪测得井下电机车位 置、速 度、方
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓｔｏ ｉ ｇｍｅｈ ｄ ｓ ｃ ｓｒ ｄ ｏ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｉ ｅ ｔｆｃ ｔｏ ｓ ｄ ｉ ｈ ｎ ａ ｓ ｏ ｔｔｏ ｙｓｅ Ｃ ｎ ｙ ｓ ｒ ｃ ： ｅｐｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｕ ｈａ ａ ｉ ｉ ｎ ｑ ｅ ｃ ｄ ｎ ｉｉａ ｉｎ ｕ ｅ ｔ ｅｍｉ ｅｔ ｎ ｐ ｒａ ｉｎ ｓ ｔ ｍ ａ ｏ ｌ ｎ ｒ ｎ ｄ ｔｃ ｈ ｐ ｃｆｃ ｐ ｓｔｏ ｆｔ ｅ ｌ ｃ ｍｏ ｉ ，ｂ ｔｃ ｎ ｏ ｅ ｌｚ ｈ ｒ ｃｓ ｏ ｉ ｏ ｉ ．Ｂｙ ｓｕ ｙ ｎ ｖ ｎ ａ ｇ ｔ ｅｅ ｔｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｏ ｉｉｎ ｏ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｖｅ ｕ ａ ｎ ｔｒ ａｉｅ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｅ ｐ ｓｔ ｎｎｇ ｉ ｔ ｄ ｉ ｇ ｍｏ ｉ ｇ ｔ ｒ ｅ ｌｃ ｔｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａａ ｃ ｍｍｕ ｉ ａｉｎ ｔｃ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｖｉｕ ｌｚ ｔｏ ｅ ｈ ｌｇ ， ｏ ｏ ａｉ ｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ，ｄ ｔ ｏ ｎ ｃ ｔｏ ｅ ｈ ｌ ｇ ｎ ｓ ａｉａ ｉｎ ｔｃ ｎｏｏ ｎ ｙ ｃ ｍｂｉｅ ｔ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｌｗｏ ｋ ｎ ｎ ｄ ｗｉ ｈ ｐ ｃａ ｒ ｉ ｇ ｈ ｃ ｎ ｉｉｎ ｆｔ ｅ ｃ ａ ｎ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｐｏ ｉ ｏ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｉ ｒｉｌｎａ ｉ ａｉｎ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔｈ ｏ ｄ ｔ ｓ ｏ ｏ ｌｍｉ ，ａ ｎ ｗ ｎ ｓｔ ｎｉｇ ｓ ｓｅ ｕ ｅ ｎｅ ｔ ｖ ｇ ｔ ｅ ｈ ｌｇ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ａ ｏ ｙ ｅ ｎ ｏ ｍａｉｎ ｏ ｅｌ ｏ ｔｖ ，ｉ ｌ ｄ ｏ ａｉ ｎ ｓ ｅ ｄａ ｄ ｄｒ ｃ ｉ ， ｓｍｅ ｓ ｒｄ ｂ ｃ ｅｅ ｏ ｔ ｒ ｎ ｙ ｏ ｃ ｐ ｓ ｉｆ ｒ ｔｏ ｆ ｈ ｃ ｍｏ ｉ ｅ ｎｃ ｕ ｉｇ ｌ ｃ ｔｏ ， ｐ ｅ ｎ ｉｅ ｔ ｎ ｗａ ａ ｕ ｅ ｙａ ｃ ｌｒ ｍｅ ｅｓａ ｄ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ ． ｔ ｏ ｎ ｏ Ｔｈ ｏ ｇ ｅｗｉｅ ｅ ｓｃ ｍｍｕ ｃ ｔｏ ｎｄ ｗｉｅ ｏ ｒ ｕ ｈｔ ｒ ｌｓ ｏ ｈ ｎｉａｉ ｎ ａ ｒ ｄ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｓｔａ ｆ ｒｅ ｏｔ ｅｃ ｍｐ ｔｒｃ ｎ ｏ ｅ ｔｒ ｎ ｃ ｔｏ ， ｈ ａａｗａ ｒｎｓｅｒ ｄｔ ｈ ｏ ｕ ｅ ｏ ｔ ｌ ｎ ｅ ， ｒ ｃ
基于惯性导航的井下电机车精确定位系统的研究
航技 术 ， 就是 将 陀螺 和 加 速 度 计 直 接 固联 在 电机 车 车体 上 ， 由陀螺 仪 和加 速 度 计 来 测 量 机 车 的角 运 动 和线 运 动信 息 ， 根据 这些 信息 建立 数 学平 台 ， 数 学 对 平 台作 施加 力矩 的指 令 量 ， 指 令 量 在 所 选 定 的导 该 航 坐标 系 中进行 解 算 得 到 电机 车 的 速 度 、 置 姿 态 位 和 行车 方 向 ， 而获 得 电机 车运 行状 态 的完 整信 息 。 从
Ｓ ｒａ ． ４ ｅｉｌ Ｎｏ ５１ Ｆ ｂ ｕ ｒ ． ０ ｅ ｒａｙＲＤＥＮ ＭＩ ＮＧ ＮＩ
总 第 ５４期 １ ２ １ 年 ２月 第 ２期 ０２
基 于惯 性 导 航 的井 下 电机 车 精确 定位 系 统 的研 究
焦 斌 范文胜
（ 神华神 东煤 炭集 团）
为 了 能实 时清 晰 地跟 踪 试 验结 果 ， 先 将 采集 首
来的数据通过无线采集 卡存储于 电脑上 ， 然后将这
些 数 据 在 ＭＡ Ｌ Ｂ平 台上 进 行 分析 。采 取来 的数 ＴＡ 据格 式 见表 １ 。数据 采取 率 为 ｌ ０位精 度 ， 样 可 以 这
控 制 。惯性 测量 模块 包括 加 速度传 感 器 和陀 螺仪传
摘
要
通 过将 广 泛应 用航 空领 域 的惯性 导航 技 术 应 用 于 井 下 电机 车 的精 确 定 位 系统之 中，
采 用 陀螺 仪 与加 速度 计构 成微 系统 ， 用卡 尔曼滤 波 算 法对 位 置 计 算 中需要 的 姿 态信 息进 行 最优 利
估 计 ， 高定 位精 度 。根 据姿 态矩 阵和 位置 矩 阵 的更新 对 电机 车进行 实时跟 踪 导航 ， 用 高性 能的 提 采
一种井下电机车精确定位系统[发明专利]
![一种井下电机车精确定位系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/47d32ce132d4b14e852458fb770bf78a65293ade.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910689337.0(22)申请日 2019.07.29(71)申请人 北京速力科技有限公司地址 100041 北京市石景山区古城西路11号院2栋1号(72)发明人 马著 张立成 刘兴强 李文 吴超 高大伟 张艳兵 (74)专利代理机构 北京华谊知识产权代理有限公司 11207代理人 刘月娥(51)Int.Cl.B61L 25/02(2006.01)(54)发明名称一种井下电机车精确定位系统(57)摘要一种井下电机车精确定位系统,属于机车精确定位技术领域。
包括硬件及软件两部分。
硬件包含：车载精确定位终端，车载位置检测码盘，车载位置校正器。
电机车精确定位软件精包含：速度计算单元、电机车精确位置计算单元。
车载精确定位终端安装在机车驾驶室内,车载位置检测码盘通过在电机车轮对上安装码盘，车载位置校正器：由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上。
精确定位软件安装在车载精确定位终端上，通过机车数据计算出电机车的速度、精确位置。
优点在于，实现车辆位置基础信息数字化、运行过程可视化、调度指挥一体化的总建设目标，保证了电机车的安全高效运行、精简了操作、提高电机车作业率、提高电机车台时效率。
权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 111619621 A 2020.09.04C N 111619621A1.一种井下电机车精确定位系统，其特征在于，包括硬件和电机车精确定位软件两部分，硬件包括车载精确定位终端、车载位置检测码盘、车载位置校正器，电机车精确定位软件包括速度计算单元、电机车精确位置计算单元；硬件安装位置：车载精确定位终端为一套小型PLC，安装在机车驾驶室内，用于接收车载位置检测码盘、车载位置校正器基础数据；车载位置检测码盘安装在电机车轮上，车载位置检测码盘外围上均匀开了16个孔，磁接近开关与车载位置检测码盘孔距离5mm，磁接近开关安装在机车变速箱上；车载位置校正器由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上电机车精确定位软件安装在车载精确定位终端上，通过机车数据计算出电机车的速度、精确位置；车载精确定位终端通过安装在轮对上的车载位置检测码盘，齿轮箱上安装接近开关读取数据计算出电机车的速度；用速度测算出电机车的位移量，车载位置校正器的检测模块通过在电机车安装标签扫描装置，固定点位安装带编号的标签，标签扫描装置将编号上传到电机车核心处理器，矫正电机车位置信息；电机车精确位置计算单元通过上述三个数据综合计算更新电机车的位置信息，实现电机车的精确定位，为后续自动运行提供数据基础。
基于MEMS传感器的煤矿井下人员定位系统设计
第44卷第8期2018年8月工矿自动化Industry and Mine AutomationVol. 44 No. 8Aug. 2018;经验交流言文章编号！671 —251X(2018)08 —0087 —05 DOI：10. 13272$. issn. 1671-251x. 17326基于MEMS传感器的煤矿并下八员定位系统设计赵悦S兰英2!屈贤1(1.重庆工程职业技术学院机械工程学院，重庆402260 &2.成都理工大学工程技术学院，四川乐山614007)摘要：针对现有井下人员定位系统存在定位精度低及成本高等问题，设计了基于M EM S传感器的煤矿 井下人员定位系统。
该系统采用MPU9150惯性传感器获取测量数据，以CC2530为主控芯片实现数据的 采集、处理；通过井下已有的W iFi基站，并结合行人航迹推算算法实现井下人员的精确定位：利用融合了行 走频率和加速度方差的表达式来确定步长，采用四元数法估计行人方向角，并根据♦广展卡尔曼滤波对方向角 的原始数据进行修正，从而获得井下人员的具体位置。
实验结果表明，在100 m距离内，该系统的定位误差 小于2.2 m，能够实现煤矿井下人员的高精度定位。
关键词：煤矿井下％人员定位％ MEMS传感器；行人航迹推算；步态估计；扩展卡尔曼滤波中图分类号：TD655 文献标志码：A网络出版地址：Gttp:///kcms/detail/32. 1627. TP.20180802. 1029. 001. html Design of personnel positioning s ystem in coal mine underground based on M E M S sensorZHAO Yue1，LAN Ying2，QU Xian1(1. College of Mechanical Engineering,Chongqing Vocational Institute of Engineering，Chongqing 402260, China;2. The Engineering and Technical College，Chengdu University of Technology，Leshan 614007, China)Abstract：For problems of low positioning accuracy and high cost existed in current underground personnel positioning system，a personnel positioning system in coal mine underground based on MEMS sensor was designed.The s ystem uses MPU9150 inertial sensor to obtain measurement data and takes CC2530 as themain control chip to collect andprocess data.It combines with pedes (PDR)algorithm and through existing underground WiFi base station to realize accurate underground personnel：it uses an expression that combined the variance of the walking frequency and acceleration to determine step length，and uses the quaternion method to estimated pedestrian orientation angle，uses extended Kalman filter to correct the original data，so as to obtain specific location of underground personnels.The experimental results show that the positioning error of the than 2.2 m in 100 m，which can achieve high accuracy of personnel positioning in coal mine underground.Key words：coal mine underground;personnel positioning；MEMS sensor;pedestrian dead reckoning；gait estimation；extended Kalman filter收稿日期：2018-04-02;修回日期：2018-06-20;责任编辑：张强。
无人驾驶井下有轨电机车精准定位装置[实用新型专利]
![无人驾驶井下有轨电机车精准定位装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b4f88378bf23482fb4daa58da0116c175f0e1e13.png)
专利名称：无人驾驶井下有轨电机车精准定位装置
专利类型：实用新型专利
发明人：连民杰,范振华,江松,范才兵,陈国利,马双双,李达伦,周文略,徐中华,张福锋
申请号：CN202220248038.0
申请日：20220202
公开号：CN216772264U
公开日：
20220617
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了无人驾驶井下有轨电机车精准定位装置，包括：溜井、轨道、矿车；所述轨道铺设在溜井的地面上，且矿车位于轨道上；所述振动放矿机位于溜井一侧的内壁上，且振动放矿机位于矿车的斜上方；所述激光传感器固定安装在溜井一侧的内壁上，且激光接收器固定安装在溜井另一侧的内壁上；所述检测传感器固定安装在溜井一侧的内壁上，且检测传感器位于矿车的斜上方；本实用新型通过对无人驾驶井下有轨电机车精准定位装置的改进，具有结构设计合理，利用激光传感器来检测矿车是否停到位、定位精准度高，自动调度矿车装矿，具有装满检测功能，实现了装矿自动化，实用性强的优点，从而有效的解决了现有装置中出现的问题和不足。
申请人：中钢集团山东富全矿业有限公司,中钢矿业开发有限公司,西安建筑科技大学
地址：272000 山东省济宁市汶上县郭仓镇
国籍：CN
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浅析厂矿井下设备跟踪定位系统构建
浅析厂矿井下设备跟踪定位系统构建78研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2024.03（上）以大规模进行部署使用；王鑫采用了UWB 技术，其定位精度高、穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低，但是其单台基站价格较高，并且在部署使用上安装精度要求较高，故其难以大规模部署。
本文采用了蓝牙技术、北斗/GPS 定位技术、GPRS 传输技术Lora 传输技术的综合跟踪定位系统，其综合性强、安全性高、定位精度高、穿透力强，非常适合厂矿井下设备的综合跟踪定位。
以厂矿为试点单位，实现了以下目标：（1）设备位置信息的自动采集、定位查询；（2）全部覆盖设备巡检点关键路线的追踪、安全管理；（3）自动记录设备出/入仓库；（4）关键区域内（仓库、运输中、井下区域、报警区域等）设备数量统计分析；（5）设备盘点、核查；（6）可设定电子围栏，当设备出入报警区域时，自动记录并报警。
1 井下设备跟踪定位系统的关键技术1.1 蓝牙技术当前，地下环境中的短距离通信通常依赖蓝牙技术。
蓝牙技术赋予设备在不超过10m 范围内进行无线通信的能力。
这一技术在广泛领域受到欢迎，涵盖了笔记本电脑、外围设备、无线耳机、移动终端等多种设备，有效简化了移动终端与设备之间的交互通信。
蓝牙的引入对井下设备的数据传输和位置定位能力带来了显著提升，既在效率、速度，又在准确性方面得到增强。
其内置的跳频扩谱、时分多址、码分多址等前沿技术，使得在有限范围内多种通信和信息系统之间的数据传输变得更为便捷。
蓝牙不仅增强了地下设备之间的信息交互性，还提高了数据传输的准确性。
蓝牙工作于2.4GHz 频段，支持点对点和点对多点通信，以1Mbps 速率运行，并通过时分双工传输实现了全双工传输的能力。
在当前的项目中，我们选用超低功耗蓝牙解决方案，运用经过优化的算法，成功实现了位置锁定的精确性。
这种方案的引入不仅有望提升整体性能，还将在数据传输可靠性和位置信息准确性方面取得显著成果。
基于图像识别的煤矿井下机车速度监测系统设计
基于图像识别的煤矿井下机车速度监测系统设计摘要：本文提出了基于图像识别的煤矿井下机车速度监测系统设计。
系统采用深度学习技术来识别数据中的行驶车辆，以及实时监测车辆速度。
单张图片可以被识别并返回精确的速度信息，而不需要进行多帧拼接或者更多的图像处理。
该系统的主要困难在于在复杂的环境中准确定位车辆，以及选择合适的数据集训练模型，以便于检测准确的车辆速度。
最后，本文使用TensorFlow作为深度学习框架，在实际检测中取得了良好的效果。
关键词：图像识别，深度学习，机车速度，TensorFlow正文：1. 引言随着煤矿井下机车的普及，安全生产已经成为重中之重。
但是，由于井下复杂的环境，传统的速度监控方法很难实现，而且监测效果也不理想。
因此，开发一种新的速度监测系统，能够在复杂的煤矿环境中实时监测机车速度，对于提高安全生产水平具有重要意义。
2. 相关工作近年来，基于图像识别的机车速度监测系统开始受到关注。
Tariq等人提出了一种基于深度学习的机车速度监测系统，主要利用深度学习识别数据中的行驶车辆，并能够准确地返回行驶车辆的速度信息。
Li等人提出了一种基于图像的机车速度检测算法，利用Hough变换及立体机器学习技术，结合多帧图像实时检测机车的速度。
3. 系统设计为了解决上述问题，本文提出了基于图像识别的煤矿井下机车速度监测系统设计。
系统整体使用深度学习技术，采用单张图片，通过图像识别准确定位车辆，并实时返回精确的速度信息，无需多帧图像拼接或者进行更多图像处理。
为了实现此目的，我们首先采用CNN模型检测车辆，然后把位置数据转换为速度数据，最后通过流程控制分析求得机车真实速度。
本文使用TensorFlow作为深度学习框架，在实际检测中取得了良好的效果。
4. 结论本文提出了一种基于图像识别的煤矿井下机车速度监测系统。
系统采用单张图片识别及实时监测机车速度，不需要多帧图像拼接或者进行复杂的图像处理。
该系统主要难点在于准确定位，以及合理的训练数据集、技术选型等，以保证准确的机车速度检测。
基于图像识别的煤矿井下机车速度监测系统设计
程 。文章根 据 机载摄 像仪 拍摄 的机 车运 行 现场状 况 ，通过 分析 巷道 视频 图像序 列 ，提 出 了一种基
于 图像 模板 匹配 的方法 来获取 机 车运行 的 实时速 度 。首先 利 用双 目立体 测距技 术 来获取 机 车移动
的距 离，在 根 据抽取 图像 的 帧数 间 隔获取机 车运 行 时 间，最后 通过 速度 计算公 式计 算 出机 车运行
１ １ 双 目立 体 视 觉 ．
人 的双 眼可 以 获 知 一 定 的距 离 ，两 眼 从 不 同 的 角 度 去
观察客观 三维 世界 的景物 ，由于几 何光学 的投影 ，距离 观 察者不 同距离 的像点 在左右 两 眼视 网膜 上就 不是在 相 同的
亡事故 的第二 位。矿井 运输安 全事 故频 繁发生 ，然 而对 于
度进行实时的测定 。根 据双 目立体 视觉 测距 原理 以及 图像
体 匹 配 技 术 计 算 出机 车 移 动 距 离 继 而 求 出机 车 实 时 速
极性结构。将摄像机 摆放在 平行 的左右 位置 ，其坐 标系
分 别 为 （ ， 气） （ ， ） 它 们 之 间 只 在 方 向 上 移 Ｙ ， 、 Ｙ ， ，
速 度 。机 车速度 的有 效 实 时监 测 可 以为减 少井 下运输 事故 的发 生 ，提 高煤 炭 的产量 。
关 键词 ：监 测 系统 ；机 车速度 ；图像序 列 ；模 板 匹配 中图分 类号 ：Ｔ ５ Ｄ２ 文 献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１ ７ — ９ ９ ２ １ ） ７０ １ — ３ ６ １ ０ ５ （ ０ １ ０ －０ １ 系统 ｕ ，机 车运行速 中 ０ 度 的实时测定是 一项重 要 的检测过 程 ，在机 车调 度员 对机 车 的行驶监测 过程 中 ，对 于超 速 车辆 ，调度 员可 以及 时对 司机进行提 醒 ，以 防发生安 全事 故。据统计 ，我 国矿井 运 输伤亡事故 占煤矿 总事故 的 ２ ％ ～ ０ ，排 在各类 人 身伤 ６ ３％
基于GIS的井下机车区域定位检测系统
基于GIS的井下机车区域定位检测系统
张阳
【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】介绍了一种基于GIS的井下机车区域定位检测系统,该系统可有效地改善目前井下机车的使用情况.系统主要包括机车检测器、检测分站和主站计算机3部分.机车检测器测量机车车速,超速报警并将机车的车速、车号和车皮等信息通过无线传输技术发送到检测分站；检测分站通过井下环网将接收到的数据上传到主站计算机；主站计算机根据检测分站上传来的数据,利用GIS软件MapX,以VB为开发平台,实时模拟井下机车运行状况.
【总页数】4页(P115-118)
【作者】张阳
【作者单位】中国人民公安大学安全防范系
【正文语种】中文
【相关文献】
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2.基于GIS和人工神经网络的井下无线传感器网络定位数据修正方法研究 [J], 胡纯伏;桥钢柱;曾建潮;赵建
3.基于GIS的煤矿井下移动目标定位技术分析 [J], 刘汝清;逄思宇;李爽
4.基于WebGIS井下WSN定位数据分析与管理平台设计与开发 [J], 王飞
5.基于WebGIS的煤矿井下人员定位系统设计与实现 [J], 郭凌云;杨锋杰
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井下无人驾驶列车惯性导航定位系统
井下无人驾驶列车惯性导航定位系统杜京义;郭金宝;张渤【摘要】目前井下无人驾驶列车定位技术根据安装在车轮上的光电传感器推算列车位移,当井下无人驾驶列车行驶在潮湿轨道上发生打滑现象时,会产生定位误差.针对该问题,提出了一种井下无人驾驶列车惯性导航定位系统.该系统在现有井下无人驾驶定位技术基础上引入惯性导航模块,结合光电传感器数据和惯导数据,采用双阈值算法判断列车行驶异常状况,提高了无人驾驶列车的安全系数.惯性导航模块采用LPMS-NAV2测量目标载体的加速度、航向角,并计算目标载体的位置坐标;针对惯性导航模块测量目标载体加速度时受重力加速度影响的问题,采用z轴加速度补偿方法来消除重力加速度引入的误差;针对惯性导航模块定位时存在累积误差的问题,引入权值反馈约束算法,通过构建平方差损失函数对系统定位点进行权值约束,以降低累积误差.在井下巷道每个岔路口设置位置信标,对定位信息进行二次校准,进一步提高定位精度.室内测试结果表明,井下无人驾驶列车惯性导航定位系统的平均定位误差为0.52m.【期刊名称】《工矿自动化》【年(卷),期】2018(044)009【总页数】5页(P5-9)【关键词】井下无人驾驶;惯性导航;权值反馈约束算法;双阈值算法;z轴加速度补偿方法;信标校准【作者】杜京义;郭金宝;张渤【作者单位】西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学通信与信息工程学院,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】TD5240 引言为了提高铁矿井下作业效率及保障人员安全，井下常采用无人驾驶列车实现矿物运输[1-2]。
当前井下无人驾驶定位技术主要采用激光发射器绘制车辆周围的3D地形图，在车轮上安装光电传感器来测量其转速，进而计算列车的位移，结合自动电控匝道判断当前列车的行驶方向，实现对无人驾驶列车的位置判断[3-5]。
由于井下运输轨道常常积水，列车行驶在潮湿的轨道上时经常发生打滑现象，此时根据光电传感器推算的位移会产生误差[6]。
基于精确定位的井下电机车监控系统研究
基于精确定位的井下电机车监控系统研究发布时间：2021-11-29T06:31:22.356Z 来源：《现代电信科技》2021年第14期作者：李永攀[导读] 矿山井下运输线路较多且范围广，设备流动性较大，很容易发生运输事故问题。
（中钢石家庄工程设计研究院有限公司河北石家庄 050021）摘要：矿山井下运输线路较多且范围广，设备流动性较大，很容易发生运输事故问题。
电机车属于井下重要的运输设备，机车开出后，司机与调度无法及时取得联系，调度命令更改流程复杂，严重影响了机车的高效运行，甚至发生撞车事故。
因此，应保证井下电机车的精确定位，为机车司机与调度建立高质量的语音通话系统，提高工作效率，保证安全生产。
关键词：精确定位；井下；电机车1 电机车监控系统通讯网络1.1 选择无线网络矿山井下无线通讯环境比较复杂，为了有效监控电机车的运行状态，应准确采集数据信息。
通过比较可知，Zig Bee技术可以满足节能与整个系统对数据的传输需求，保证电机车的精确定位。
根据应用环境特点，制定Zig Bee方案，设定F8913模块，完成无线通讯工作。
若有数据需要接收时，模块系统会自动判断地址是否与数据信息中地址一致，若一致则会中断接收此信息。
1.2 CAN总线网络井下开采环境较为复杂，电机车监控系统通讯网络只可以采用无线网络，但此网络无法保证系统的稳定运行，因此还应在已有无线技术的基础上，采用稳定的现场总线技术。
CNA总线运行稳定，不会限制节点个数，数据传输灵活，因此设计模块时引入CAN总线技术，保证系统防腐蚀、防水、抗干扰等功能。
1.3 通信网络协议研究CAN总线报文包括优先级、目的地址、源地址、无线信息变送器地址等方面。
一是当存在多个通信节点机需要向主节点机发送数据时，系统自动根据优先级而发，保证数据发送的次序性。
语音数据只在特殊情况下发送，定位数据实时发送，因此应优先发送语音数据。
二是目的地址与源地址，系统运行中，CAN总线通讯节点受硬件设施的限制。
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相关算法 解决 了关键技术 问题 ． 此外，仿真实验与测试实验证 明了系统的可行性．
关键 词： 煤矿 ；实时定位 ；加速 度传感器；无线
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计 算 机 系 统 应 用
基于加速度传感器的井下电机车实时定位系统
汪玉凤 ，李 凯 ，张月玲
（ 辽宁工程技术大学 电气与控制工程 学院，葫芦岛 １ ２ ５ １ ０ ５ ） （ 辽宁工程技术大学 矿业技术学 院，葫芦 岛 １ ２ ５ １ ０ ５ ）
摘
要：针对 目前煤矿 井下 电机 车精确 定位 技术并 不成熟的 问题，提 出了一种基于加速 度传感器 的电机车实 时
定位系 统，该系 统 以电机车 自身信 息与调度信 息相结合为基础，阐述了定位原理和 具体 实现方案，分析 了实现此 系统 的三项 关键 技术：判断行车方 向准确 、加速度传感器计算位移准确 、无线传输误码率低，并通 过设计、改进
ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ．Ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙｚ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｎｉ ｈ ｑｕ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ：ｔ ｈｅ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ
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