JP2016516987A - Miner position tracking and mapping - Google Patents
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Abstract
地下鉱床内の採鉱機の位置を判断するためのシステムであって、本システムは、放出器ユニットおよび受信器ユニットを含み、それらユニットの少なくとも一方は、鉱床壁に固定されて位置づけられ、他方のユニットは、採鉱機に対して取り付けられ、放出器ユニットは、受信器ユニットによって受信されるコード化磁気信号を送信し、本システムは、受信信号に基づいて、ユニット間での距離および相対角度を特定するためのプロセッサをさらに含む。本システムは、リアルタイムに層貫通コード化低周波数磁界を測距すること、および採鉱機の連続的３Ｄ位置決めを用いる。本発明はまた、採鉱機および採鉱動作をトラッキングする方法にも関する。【選択図】図１A system for determining the position of a mining machine in an underground deposit, the system comprising an emitter unit and a receiver unit, at least one of which is fixedly positioned on the deposit wall and the other The unit is attached to the mining machine, the emitter unit transmits a coded magnetic signal received by the receiver unit, and the system determines the distance and relative angle between the units based on the received signal. It further includes a processor for identifying. The system uses real-time through-layer coded low frequency magnetic field ranging and continuous 3D positioning of the miner. The invention also relates to a mining machine and a method for tracking mining operations. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、採鉱機トラッキングおよびマッピングに関する。 The present invention relates to miner tracking and mapping.
採鉱動作では、採鉱機の位置および進行状況を確実にトラッキングすることが重要である。しかしながら、地下の炭鉱採鉱において一般的な条件は、採鉱機の正確な位置決めおよびトラッキングを特に困難にする。 In mining operations, it is important to reliably track the location and progress of the miner. However, the common conditions in underground coal mine mining make it particularly difficult to accurately position and track the miner.
埃のない環境では、光学セオドライトを使用して、視線計測を用いて機器を正確に位置決めすることができる。しかしながら、そのような装置は、地下炭鉱内で見られるような埃の多い状況では適切に動作することができない。さらに、視線計測は、採鉱機が横堀りで動作しており、鉱床の介在層によって視界から隠される場合、利用できない可能性がある。 In a dust-free environment, an optical theodolite can be used to accurately position the device using gaze measurements. However, such devices cannot operate properly in dusty situations such as those found in underground coal mines. Furthermore, line-of-sight measurement may not be available if the mining machine is operating in a horizontal pit and is hidden from view by an intervening layer of the deposit.
実際に、従来の光学トラッキングシステムおよびレーダトラッキングシステムは、どちらも、包囲層がどんな直接光学またはレーダ測定も不可能にする場合に、採鉱機が地下鉱床において横堀りで動作している場合、採鉱機の動きをトラッキングするのに適切ではない。 In fact, both conventional optical tracking systems and radar tracking systems both mine when the mining machine is operating sideways in underground deposits where the enveloping layer makes any direct optical or radar measurements impossible. Not suitable for tracking aircraft movement.
明らかに、採鉱機の衛星ＧＰＳ位置決定は、地下鉱床において選択肢にならない。 Clearly, satellite GPS positioning of miners is not an option in underground deposits.
ジャイロスコープおよび加速度計ベースシステムもまた、これらのシステムが拡張動作サイクルにわたって正確な位置データを生成するには遅すぎる速度で採鉱機が移動する可能性のある場合に適切ではない。切削ブームのような装置を使用することで生成された反力の結果として、機械の振動、ずれ、または回転による機械の運行動作により、誤差が生じる可能性もある。 Gyroscope and accelerometer-based systems are also not suitable when the miner may move at a speed that is too slow for these systems to generate accurate position data over an extended operating cycle. As a result of the reaction force generated by using a device such as a cutting boom, errors may occur due to machine operation due to machine vibration, displacement, or rotation.
特に、運行動作の影響を受けている場合に、機械位置を正確で連続的に監視することが、鉱床の面での、および採鉱サイクル全体での機械の適切で効率的な動作のために不可欠である。正確な位置情報がない場合、鉱床面で機械および機器を動作させるために手入力が必要となり、そのことが、操作者を鉱床の潜在的に危険で有害な環境にさらす。 In particular, accurate and continuous monitoring of the machine position is essential for the proper and efficient operation of the machine in terms of deposits and throughout the mining cycle, when it is affected by operational behavior. It is. Without accurate location information, manual input is required to operate the machinery and equipment on the deposit surface, which exposes the operator to the potentially dangerous and harmful environment of the deposit.
既存のシステムは、地下炭鉱で遭遇する埃やガスの多い環境において、そのような位置情報を単純にもたらすことができない。 Existing systems simply cannot provide such location information in dusty and gasy environments encountered in underground coal mines.
動作サイクル中の機械の進行状況を正確にトラッキングすることができないと、特に、機械が予め選択されたコースを走行しているということが正確に確認されない場合に、採鉱動作全体の有効性および性能が制限される。例えば、機械が、運行動作によりわずかにコースをずれる可能性があり、その場合、掘削または切削動作が軌道から外れる可能性がある。 The effectiveness and performance of the overall mining operation if it is not possible to accurately track the progress of the machine during its operating cycle, especially if it is not accurately determined that the machine is traveling on a pre-selected course. Is limited. For example, the machine may be slightly off course due to travel operations, in which case excavation or cutting operations may be off track.
機械の方向および進行を記録するための現在の処理の１つは、機械の動作が停止し、埃がおさまるまで待つことであり、その時点で、ジオメータは、正確なレーザビーム支援測定を行うことができる。 One of the current processes for recording the machine direction and progress is to wait until the machine stops running and the dust settles, at which point the geometer will make an accurate laser beam assisted measurement Can do.
機械が目標を外れた場合、手動で方向調整をすることができ、採鉱動作が再開される。しかしながら、機械の進行状況を確認するこの処理は、測定値を取得することを可能にするために、手動入力と、相当なダウンタイムとを必要とする。機械が、動作中に、要求されるか、計画されたコースから外れた場合、このことは、何らかの相当な遅延後にのみ発見される可能性がある。そのうちに、機械は、動作サイクルから大幅にずれてしまう可能性がある。 If the machine deviates from the target, the direction can be manually adjusted and the mining operation resumed. However, this process of checking the progress of the machine requires manual input and considerable downtime in order to be able to obtain measurements. If the machine is required or goes out of the planned course during operation, this can only be found after some considerable delay. Over time, the machine can deviate significantly from the operating cycle.
既存のシステムとは異なる地下鉱床に対して適切な位置決めおよびトラッキングシステムを提供することが望ましいであろう。 It would be desirable to provide an appropriate positioning and tracking system for underground deposits that are different from existing systems.
本発明の一実施形態によれば、地下鉱床における採鉱機の位置を判断するためのシステムを提供し、本システムは、第１の放出器ユニットおよび第１の受信器ユニットを備え、放出器ユニットまたは受信器ユニットの一方は、鉱床壁に対して固定されて位置づけられるよう構成され、放出器ユニットまたは受信器ユニットの他方は、採鉱機に対して取り付けられるよう構成され、放出器ユニットは、受信器ユニットが受信するコード化磁気信号を送信するよう構成され、本システムは、受信ユニットが受信した信号に基づいて放出器ユニットと受信器ユニットとの間の距離および相対角度を特定するよう構成される少なくとも１つのプロセッサをさらに備える。 According to an embodiment of the present invention, a system for determining the position of a mining machine in an underground deposit is provided, the system comprising a first emitter unit and a first receiver unit, the emitter unit Or one of the receiver units is configured to be fixedly positioned relative to the deposit wall, the other of the emitter unit or receiver unit is configured to be attached to the mining machine, and the emitter unit is configured to receive The system is configured to transmit a coded magnetic signal received by the emitter unit, and the system is configured to determine the distance and relative angle between the emitter unit and the receiver unit based on the signal received by the receiver unit. And at least one processor.
一実施形態において、本システムは、受信器ユニットが受信した場合に信号に関連した少なくとも１つのプロセッサに情報を送信するための、受信器ユニットと関連した第１のアンテナをさらに含む。 In one embodiment, the system further includes a first antenna associated with the receiver unit for transmitting information to at least one processor associated with the signal when received by the receiver unit.
一実施形態において、放出器ユニットは、放出器ユニットおよび受信器ユニットが閉じた通信ループで動作するように、受信器ユニットから情報を受信するための第２のアンテナを含む。 In one embodiment, the emitter unit includes a second antenna for receiving information from the receiver unit such that the emitter unit and the receiver unit operate in a closed communication loop.
一実施形態において、本システムは、複数の第２の放出器ユニットをさらに含み、第１の放出器ユニットおよび第２の放出器ユニットのそれぞれは、それぞれのコード化された磁界発生器を備える。 In one embodiment, the system further includes a plurality of second emitter units, each of the first emitter unit and the second emitter unit comprising a respective encoded magnetic field generator.
一実施形態において、第１および第２の放出器ユニットのそれぞれは、それぞれの磁界発生器を機械的に回転させるためのピッチおよびヨー機構を含む。 In one embodiment, each of the first and second emitter units includes a pitch and yaw mechanism for mechanically rotating the respective magnetic field generator.
一実施形態において、本システムは、第１および第２の放出器ユニットからそれぞれ一意にコード化磁気信号を受信するための第１の受信器ユニットおよび複数の第２の受信器ユニットのアレイをさらに含む。 In one embodiment, the system further includes an array of a first receiver unit and a plurality of second receiver units for receiving uniquely encoded magnetic signals from the first and second emitter units, respectively. Including.
一実施形態において、放出器ユニットは、３次元位置情報を提供して、採鉱機のトラッキングを可能にするよう機能する。 In one embodiment, the emitter unit functions to provide 3D position information to enable miner tracking.
一実施形態において、放出器ユニットは、採鉱機に取り付けられる。 In one embodiment, the emitter unit is attached to a miner.
一実施形態において、受信器ユニットは、鉱床を通る所定の位置に配列される。 In one embodiment, the receiver unit is arranged in a predetermined position through the deposit.
一実施形態において、本システムは、鉱床内の採鉱機の画像および位置を表示するためのマッピングモジュールをさらに含む。 In one embodiment, the system further includes a mapping module for displaying a miner image and position within the deposit.
一実施形態において、本システムは、マッピングモジュールに設けられ、採鉱機の１つまたは複数の構成要素の動作位置を表示することを可能にするよう配置される機器センサをさらに含む。 In one embodiment, the system further includes an instrument sensor provided in the mapping module and arranged to allow display of the operating position of one or more components of the miner.
一実施形態において、本システムは、採鉱機上に検出器をさらに含み、採鉱機の運行動作を監視し、前記運行動作は、移動、傾き、回転、または振動の少なくとも１つであり、少なくとも１つのプロセッサが、運行動作を補償するよう構成される。 In one embodiment, the system further includes a detector on the mining machine to monitor a mining machine operation, wherein the operation is at least one of movement, tilt, rotation, or vibration, at least one. Two processors are configured to compensate for operational behavior.
別の態様において、少なくとも１つの放出器ユニットと少なくとも１つの受信器ユニットとの間の信号伝送を用いて鉱床内の採鉱機をトラッキングする方法を提供し、放出器ユニットまたは受信器ユニットの一方は、鉱床壁に対して固定されて位置づけられ、放出器ユニットまたは受信器ユニットの他方は、採鉱機に対して取り付けられ、本方法は、放出器ユニットからコード化磁気信号を送信するステップと、受信器ユニットで信号を受信するステップと、受信信号に関する情報を、プロセッサに送信し、放出器ユニットと受信器ユニットとの間の距離および相対角度を計算するステップとを含む。 In another aspect, a method for tracking a miner in a deposit using signal transmission between at least one emitter unit and at least one receiver unit is provided, wherein either the emitter unit or the receiver unit is The other of the emitter unit or the receiver unit is attached to the mining machine, the method includes transmitting a coded magnetic signal from the emitter unit and receiving Receiving the signal at the emitter unit and transmitting information about the received signal to the processor to calculate the distance and relative angle between the emitter unit and the receiver unit.
一実施形態において、放出器ユニットは、３次元位置情報を提供して、採鉱機のトラッキングおよびマッピングを可能にする。 In one embodiment, the emitter unit provides 3D position information to enable miner tracking and mapping.
一実施形態において、コード化磁気信号は、層貫通コード化磁界（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｔｒａｔａ ｃｏｄｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）により送信され、ユニット間で計算された距離および角度は、鉱床内の放出器ユニットの相対位置を３次元で判断することを可能にする。 In one embodiment, the encoded magnetic signal is transmitted by a through-strata coded magnetic field, and the distance and angle calculated between the units is the relative position of the emitter unit within the deposit. Enable to judge by dimension.
一実施形態において、ピーク信号強度検出を使用して、放出器ユニットと受信器ユニットとの間の最も直接的な角度を発見する。 In one embodiment, peak signal strength detection is used to find the most direct angle between the emitter unit and the receiver unit.
一実施形態において、受信器ユニットからの情報は、信号の受信からもたらされ、無線リンクを介してプロセッサに送信される。 In one embodiment, the information from the receiver unit comes from the reception of the signal and is transmitted to the processor via the wireless link.
一実施形態において、無線リンクで送信された情報は、放出器ユニットのアンテナによって受信され、情報の信号伝達、受信および返信が、閉じた通信ループ内で行われる。 In one embodiment, the information transmitted over the wireless link is received by the antenna of the emitter unit, and information signaling, reception and return takes place in a closed communication loop.
一実施形態において、少なくとも１つの受信器ユニットは、受信器ユニットのアレイを備え、採鉱機の位置が、受信器ユニットのアレイを用いてトラッキングされる。 In one embodiment, the at least one receiver unit comprises an array of receiver units, and the position of the miner is tracked using the array of receiver units.
一実施形態において、少なくとも１つの放出器ユニットは、採鉱機に取り付けられた複数の放出器ユニットを備え、本方法は、放出器ユニットからの各一意にコード化された信号を生成するステップを含み、その結果、信号は、それぞれが放出器ユニットと関連づけられた受信器ユニットによって受信され、各放出器ユニットに起因するとして別々に識別することができる。 In one embodiment, the at least one emitter unit comprises a plurality of emitter units attached to the miner and the method includes generating each uniquely encoded signal from the emitter unit. As a result, the signals are received by receiver units, each associated with an emitter unit, and can be separately identified as originating from each emitter unit.
一実施形態において、トラッキングを連続的に行い、リアルタイムで採鉱機の移動をなぞる。 In one embodiment, tracking is performed continuously and the movement of the miner is traced in real time.
別の態様において、上記の方法により、採鉱機をトラッキングすること、および鉱床の表示マップ上で採鉱機の位置を識別することを含む採鉱動作を提供する。 In another aspect, the above method provides a mining operation that includes tracking a miner and identifying the location of the miner on a display map of the deposit.
一実施形態において、採鉱機の識別位置を使用して、採鉱機の動作サイクルを制御する。 In one embodiment, the miner identification position is used to control the miner operating cycle.
一実施形態において、採鉱動作は、採鉱機の入力形式機器センサに基づいて、表示マップ上での採鉱機の構成要素の動作位置を表示することをさらに含む。 In one embodiment, the mining operation further includes displaying an operating position of the miner component on the display map based on the miner input type equipment sensor.
本発明は、非限定的な例のみにより、以下の図面を参照して、より詳細に説明する。 The invention will now be described in more detail by way of non-limiting example only and with reference to the following drawings.
まず図１を参照すると、システム１によって、鉱床３における採鉱機２をトラッキングする場合を示す。システム１は、鉱床３の壁５に固定されている受信器ユニット４、および採鉱機２に対して固定されている放出器ユニット６を含む。 First, referring to FIG. 1, a case where the mining machine 2 in the deposit 3 is tracked by the system 1 is shown. The system 1 includes a receiver unit 4 fixed to the wall 5 of the deposit 3 and an emitter unit 6 fixed to the miner 2.
逆構成において、放出器ユニット６は、壁５に取り付けることができ、その場合、受信器ユニット４は、採鉱機２に取り付けられる。 In the reverse configuration, the emitter unit 6 can be attached to the wall 5, in which case the receiver unit 4 is attached to the miner 2.
いずれの場合でも、放出器ユニット６は、低周波数コード化磁気信号を放出するよう設計される。受信器ユニットは、磁場強度、および放出器ユニットから送信されるピッチ情報ならびにヨー情報を検出する。検出された相対角度は、方位線７で示す。 In any case, the emitter unit 6 is designed to emit a low frequency encoded magnetic signal. The receiver unit detects the magnetic field strength and pitch information and yaw information transmitted from the emitter unit. The detected relative angle is indicated by an azimuth line 7.
放出器ユニット６からの信号は、一意にコード化され、特定のヨーおよびピッチ設定とともに送信され、放出器ユニット６に固有の特性信号プロファイルを効果的にもたらす。受信器ユニット４で受信された信号情報は、放出器ユニット６、および放出器ユニット６の距離ならびに相対的な３次元位置を識別するのに十分である。この情報は、採鉱機での機上処理のために、閉じた通信ループ内で、無線送信器によって、放出器ユニット６に再送信される。 The signal from the emitter unit 6 is uniquely encoded and transmitted with a specific yaw and pitch setting, effectively resulting in a characteristic signal profile unique to the emitter unit 6. The signal information received at the receiver unit 4 is sufficient to identify the emitter unit 6 and the distance and relative three-dimensional position of the emitter unit 6. This information is retransmitted by the wireless transmitter to the emitter unit 6 in a closed communication loop for on-board processing at the miner.
受信器ユニット４の固定位置および放出器ユニット６の相対的３次元位置を把握することによって、システム１は、採鉱機２の位置を正確に識別することができる。採鉱機２の位置の監視を続けることによって、システム１は、鉱床内を進む採鉱機をリアルタイムにトラッキングする。 By knowing the fixed position of the receiver unit 4 and the relative three-dimensional position of the emitter unit 6, the system 1 can accurately identify the position of the miner 2. By continuing to monitor the position of the miner 2, the system 1 tracks the miner moving in the deposit in real time.
例えば、採鉱機２が所定の主標目８に沿って仮想線９が示す位置に移動する場合、放出器ユニット６と受信器ユニット４との間の距離および角度が変化する。方位線７および１０の間の分離角は、ベアリングの変化を示し、受信信号強度の変化は、放出器ユニット６と受信器ユニット４との間の相対距離の変化を示す。これにより、採鉱機２の位置の何らかの変化を、正確にトラッキングし、リアルタイムで連続的に監視することを可能にする。 For example, when the mining machine 2 moves along the predetermined main heading 8 to the position indicated by the virtual line 9, the distance and angle between the emitter unit 6 and the receiver unit 4 change. The separation angle between azimuth lines 7 and 10 indicates a change in bearing, and a change in received signal strength indicates a change in the relative distance between emitter unit 6 and receiver unit 4. Thereby, any change in the position of the mining machine 2 can be accurately tracked and continuously monitored in real time.
採鉱機２が逸脱標目１１を進む場合であっても、放出器ユニット６と受信器ユニット４との相対位置は、方位線１２が示すように、磁気信号が低周波数であり、すなわち、層貫通磁界であると判断することができる。そのような磁気信号は、介在する岩石または石炭層によって妨げられることはない。 Even when the mining machine 2 travels the deviation head 11, the relative position between the emitter unit 6 and the receiver unit 4 is such that the magnetic signal is at a low frequency, as indicated by the azimuth line 12, that is, through the layer. It can be determined that it is a magnetic field. Such magnetic signals are not disturbed by intervening rocks or coal beds.
採鉱機２の位置および態様についてのより詳細な位置情報を取得するために、第２の放出器ユニット１３を、異なる位置で採鉱機２に取り付けることができる。第２の放出器ユニット１３はまた、放出器ユニット１３に固有の一意のコード化信号を送信するよう構成することができる。図示例では、放出器ユニット１３は、鉱床壁５の反対側１５に固定された第２の受信器ユニット１４と閉ループ通信する。さらなる受信器ユニットを、鉱床３に沿ったさまざまな所定の位置に追加することができ、追加の送信器ユニットを、必要に応じて、鉱床３内の採鉱機２の位置に関する極めて正確な情報をもたらすことを可能にするユニットのアレイを提供するために、含むことができる。 In order to obtain more detailed position information about the position and manner of the miner 2, the second emitter unit 13 can be attached to the miner 2 at different positions. The second emitter unit 13 can also be configured to transmit a unique coded signal unique to the emitter unit 13. In the illustrated example, the emitter unit 13 is in closed loop communication with a second receiver unit 14 fixed on the opposite side 15 of the deposit wall 5. Additional receiver units can be added at various predetermined locations along the deposit 3, and additional transmitter units can provide very accurate information regarding the location of the miner 2 within the deposit 3, if necessary. It can be included to provide an array of units that can be provided.
図示例では、採鉱機２の位置が、仮想線９が示す位置に変わった場合、２セットの方位線７、１０および１７、１８によって示すような、関連した放出器ユニット６および１３の距離および角度の変化により、採鉱機２の位置を正確に判断することを可能にする。同様に、採鉱機が逸脱標目１１を移動する場合、放出器ユニット６、１３と、関連する受信器ユニット４、１４との間の角度が、方位線１２、２０が示すように、トラッキングされる。方位線７、１２および１７、２０の間の相対角度の変化は、採鉱機２が回転したことを示し、一方、受信器ユニット４、１４によって検出された信号の強度により、採鉱機２の移動距離を正確に判断する。 In the illustrated example, if the position of the miner 2 changes to the position indicated by the phantom line 9, the distances of the associated emitter units 6 and 13 as indicated by the two sets of bearing lines 7, 10 and 17, 18 and It is possible to accurately determine the position of the mining machine 2 by changing the angle. Similarly, when the miner moves on the deviation head 11, the angle between the emitter unit 6, 13 and the associated receiver unit 4, 14 is tracked as indicated by the bearing lines 12, 20. . The change in the relative angle between the bearing lines 7, 12 and 17, 20 indicates that the miner 2 has rotated, while the intensity of the signals detected by the receiver units 4, 14 has moved the miner 2 Determine the distance accurately.
その場合に理解されるであろうように、採鉱機２の視界が直線であろうとなかろうと、または埃の多い環境であろうとなかろうと、放出器ユニット６、１３は、磁気セオドライトとして機能し、３次元位置情報をもたらして、鉱床３内の採鉱機２の位置および動きを正確に、さらには連続的に、リアルタイムトラッキングすることを可能にする。 As will be understood in that case, whether the miner 2's field of view is straight or in a dusty environment, the emitter units 6, 13 function as magnetic theodolites, 3D position information is provided to enable real-time tracking of the position and movement of the miner 2 in the deposit 3 accurately and continuously.
図１に示すシステム１は、鉱床３における採鉱機２の位置の概略図である。そのような表現は、オンボードオペレータに対して鉱床３の仮想画像（すなわち、表示画面上の、コンピュータまたは他のプロセッサベースデバイスによって生成された画像）の基本を等しく形成することができる。あるいは、仮想画像は、遠隔地に位置する動作制御室で見て、監視するために利用可能としてもよい。いずれの場合でも、システム１は、採鉱機２の３次元画像を示すマッピングモジュールを含むことができ、鉱床３の仮想マップ内で正確に位置づけられる。 The system 1 shown in FIG. 1 is a schematic view of the position of the mining machine 2 in the deposit 3. Such a representation can equally form the basis of a virtual image of deposit 3 (ie, an image generated by a computer or other processor-based device on a display screen) for an on-board operator. Alternatively, the virtual image may be available for viewing and monitoring in an operation control room located at a remote location. In any case, the system 1 can include a mapping module that shows a three-dimensional image of the miner 2 and is accurately located in the virtual map of the deposit 3.
実施形態において、採鉱機はまた、トラックもしくはタイヤ、カッタヘッド、カッタブーム、コンベアブーム、ならびに油圧ジャックなどにより動作する何らかの可動部品などの、オンボード機器および構成要素の位置および動作をモニタリングするための、さまざまなセンサを有する。そのようなセンサはまた、機器の位置および動作を、同じ仮想画像内に表現することを可能にするために、入力をもたらすことができる。 In an embodiment, the miner also monitors the position and operation of on-board equipment and components, such as trucks or tires, cutter heads, cut tabs, conveyor booms, and any moving parts that are operated by hydraulic jacks, etc. Have various sensors. Such sensors can also provide input to allow the position and movement of the device to be represented in the same virtual image.
採鉱機はまた、傾き、回転、または振動などの、機械の運行動作を監視するための検出器を有し、さらにシステム１は、放出器ユニットと受信器ユニットとの間の距離および相対角度を判断する際に、それらの動作を補償するよう構成される。 The mining machine also has a detector for monitoring the operational behavior of the machine, such as tilt, rotation or vibration, and the system 1 also determines the distance and relative angle between the emitter unit and the receiver unit. In determining, it is configured to compensate for those operations.
それにより、マッピング機能が、機械の動作サイクル中に、採鉱動作を完全に監視することを可能にする。 Thereby, the mapping function makes it possible to fully monitor the mining operation during the operating cycle of the machine.
ここで図２を参照して、受信器ユニット４と放出器ユニット６との特定の実施形態について説明する。しかしながら、電磁送信器、変換器、またはトランシーバの何らかの適切な形態を、必要に応じて使用することができることを認識すべきである。 A specific embodiment of the receiver unit 4 and the emitter unit 6 will now be described with reference to FIG. However, it should be recognized that any suitable form of electromagnetic transmitter, transducer, or transceiver can be used as needed.
放出器ユニット６は、コード化磁界発生器２１、ピッチ・インターフェース・ドライバ２２、およびヨー・インターフェース・ドライバ２３を含み、磁界発生デバイス２４を提供する。デバイス２４は、回転可能であり、非円形の一意にコード化された磁界を発生する。放出器ユニット６は、無線インターフェース２５および無線アンテナ２６、さらにマイクロプロセッサ２７を含む。 The emitter unit 6 includes a coded magnetic field generator 21, a pitch interface driver 22, and a yaw interface driver 23 to provide a magnetic field generating device 24. Device 24 is rotatable and generates a non-circular uniquely encoded magnetic field. The emitter unit 6 includes a wireless interface 25, a wireless antenna 26, and a microprocessor 27.
受信器ユニット４は、放出器ユニット６が生成した磁界を検出するための磁気コード化磁界検出器２８と、バッテリならびにインターフェース電子装置２９と、マイクロプロセッサならびにインターフェース電子装置３０と、無線インターフェース３１と、無線アンテナ３２とを含む。 The receiver unit 4 comprises a magnetically encoded magnetic field detector 28 for detecting the magnetic field generated by the emitter unit 6, a battery and interface electronics 29, a microprocessor and interface electronics 30, a wireless interface 31, And a wireless antenna 32.
放出器ユニット６と受信器ユニット４との間の信号のやりとりを、図３を参照して、ここで説明する。システム１は、低周波数磁気測距を使用する。放出器ユニット６は、２つの変数、すなわち、ヨーとピッチとを送信する。デバイス２４は、コード化電磁界発生器２１を保持する、ピッチ機構組立体３３およびヨー機構組立体３４を含む。デバイス２４は、一意のコード化信号を送信するためのレーダアンテナの回転と同様に、ヨー機構組立体３４によって回転される。受信器ユニット４は、一意のコード化によって正確な信号を識別し、磁気信号の方向を計算するために使用される磁界ベクトルを感知する。信号強度もまた検出される。 The exchange of signals between the emitter unit 6 and the receiver unit 4 will now be described with reference to FIG. System 1 uses low frequency magnetic ranging. The emitter unit 6 transmits two variables: yaw and pitch. The device 24 includes a pitch mechanism assembly 33 and a yaw mechanism assembly 34 that hold the encoded electromagnetic field generator 21. Device 24 is rotated by yaw mechanism assembly 34, similar to the rotation of the radar antenna to transmit a unique coded signal. The receiver unit 4 identifies the correct signal with a unique coding and senses the magnetic field vector used to calculate the direction of the magnetic signal. The signal strength is also detected.
信号強度および方向情報は、閉ループ１９内で、アンテナ３２から送信され、放出器ユニット６のアンテナ２６に戻される。放出器ユニット６および受信器ユニット４の間の相対角度は、コード化磁界発生デバイス２４によって生成された既知の磁界プロファイルを用いて検出された磁界ベクトルをクロス相関することにより、マイクロプロセッサ２７で判断される。受信器ユニット４から放出器ユニット６の距離は、当業者には既知であるように、標準ＲＳＳＩ（受信信号強度インジケータ）測定またはピーク信号強度検出に基づいて判断する。 The signal strength and direction information is transmitted from the antenna 32 in the closed loop 19 and returned to the antenna 26 of the emitter unit 6. The relative angle between the emitter unit 6 and the receiver unit 4 is determined by the microprocessor 27 by cross-correlating the detected magnetic field vector with a known magnetic field profile generated by the encoded magnetic field generating device 24. Is done. The distance from the receiver unit 4 to the emitter unit 6 is determined based on standard RSSI (received signal strength indicator) measurements or peak signal strength detection, as is known to those skilled in the art.
いずれにしても、放出器ユニット６と受信器ユニット４との間の特定の３次元位置関係を判断するために使用される方法論および計算法は、当業者には明らかであるように、必要に応じて、鉱床３の特定の環境および状況に適合するように、変更または修正することができる。使用する特定の方法論に関係なく、磁気信号の検出および測距は、介在層を通過していても、本発明が採鉱機の位置を正確に識別するのに適切であることを示し、先行技術の位置技術に優る利点をもたらす。 In any case, the methodology and calculation methods used to determine the specific three-dimensional positional relationship between the emitter unit 6 and the receiver unit 4 are necessary as will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, changes or modifications can be made to suit the particular environment and circumstances of the deposit 3. Regardless of the particular methodology used, the detection and ranging of magnetic signals demonstrates that the present invention is suitable for accurately identifying the location of a mining machine, even though it has passed through an intervening layer. It offers advantages over location technology.
本発明が、採鉱機の正確で連続的な監視およびトラッキングをもたらすので、採鉱動作のサイクルは、機械の位置を確認するために中断する必要がない。動作サイクルは、遠隔で監視し、事前に正確に計画することができる。これにより、一般的な鉱床管理を補助し、処理の最適化、トレーニング、およびシミュレーションのために動作レポートを生成するために使用することができる。 Since the present invention provides accurate and continuous monitoring and tracking of the miner, the cycle of the mining operation does not have to be interrupted to confirm the position of the machine. The operating cycle can be remotely monitored and accurately planned in advance. This helps general deposit management and can be used to generate operational reports for process optimization, training, and simulation.
位置情報およびトラッキングを、さまざまな採鉱装置およびツールの動作位置を正確に位置特定するために、機械センサの追加入力と組み合わせることは、多くの採鉱動作を自動化することができることを意味する。固体状態重力センサ（ＭＥＭＳ）ベースのピッチ検出器およびロール検出器などの、運行動作検出器からのデータで供給することによって、放出器ユニット６での採鉱機の外部移動の影響を考慮し、補償して、採鉱機のさらにより正確なマッピングおよびトラッキングを提供することができる。 Combining position information and tracking with additional inputs of mechanical sensors to accurately locate the operating position of various mining equipment and tools means that many mining operations can be automated. Considering the effects of mining machine external movement in the emitter unit 6 by supplying with data from operational motion detectors, such as solid state gravity sensor (MEMS) based pitch detectors and roll detectors, compensation Thus, even more accurate mapping and tracking of the mining machine can be provided.
本発明の一実施形態は、地下鉱床における採鉱機の位置を判断するシステムに関する。本システムは、第１の放出器ユニットおよび第１の受信器ユニットを備える。（「第１」および「第２」などの用語は、要素を互いに区別するラベルとして提供され、必ずしも順序または配置を示すことを意味せず、実施形態は、必ずしも複数の前記要素を含むことを意味しない）。放出器ユニットまたは受信器ユニットの一方は、鉱床壁に対して固定されて位置づけられるよう構成される。例えば、放出器ユニットまたは受信器ユニットは、鉱床壁に固定されるよう構成してもよく、鉱床環境に適切なハウジングおよび取付アセンブリを有し、そのようなハウジングには、例えば、耐水性、防塵性、耐衝撃性などを有し、そのような取付アセンブリは、ユニットを壁に取り付けるため、ハウジングに結合される。放出器ユニットまたは受信器ユニットの他方は、採鉱機に対して取り付けられるよう構成される。例えば、放出器ユニットおよび／または受信器ユニットは、採鉱機に対して取り付けられるよう構成される。これは、放出器ユニットおよび／または受信器ユニットが採鉱機に内蔵されることを含み、放出器ユニットおよび／または受信器ユニットは、事実上恒久的に、採鉱機の一部となる。放出器ユニットは、受信器ユニットが受信するコード化磁気信号を送信するよう構成される。本システムは、受信ユニットが受信した信号に基づいて放出器ユニットと受信器ユニットとの間の距離および相対角度を特定するよう構成される少なくとも１つのプロセッサをさらに備える。例えば、プロセッサは、放出器ユニットの一部、受信器ユニットの一部、採鉱機の一部（例えば、採鉱機の動きや他の動作を制御するためにも使用される採鉱機のプロセッサ）、または中央採掘操作制御室に設置されたプロセッサなどとしてもよく、および／またはさまざまな機能を、複数のそのようなプロセッサで分散して実行してもよい。 One embodiment of the invention relates to a system for determining the position of a mining machine in an underground deposit. The system includes a first emitter unit and a first receiver unit. (Terms such as “first” and “second” are provided as labels that distinguish the elements from each other, and are not necessarily meant to indicate order or arrangement, and embodiments do not necessarily include a plurality of said elements. Does not mean). One of the emitter unit or the receiver unit is configured to be fixedly positioned with respect to the deposit wall. For example, the emitter unit or receiver unit may be configured to be secured to a deposit wall and has a housing and mounting assembly suitable for the deposit environment, such as a water resistant, dust proof, for example. Such mounting assemblies are coupled to the housing for mounting the unit to the wall. The other of the emitter unit or receiver unit is configured to be attached to a miner. For example, the emitter unit and / or the receiver unit are configured to be attached to a miner. This includes the emitter unit and / or the receiver unit being built into the miner, which is effectively permanently part of the miner. The emitter unit is configured to transmit a coded magnetic signal received by the receiver unit. The system further comprises at least one processor configured to determine a distance and relative angle between the emitter unit and the receiver unit based on a signal received by the receiving unit. For example, the processor may be part of an emitter unit, part of a receiver unit, part of a miner (e.g. miner processor that is also used to control miner movement and other operations) Or it may be a processor or the like installed in the central mining operation control room, and / or various functions may be executed in a distributed manner by a plurality of such processors.
動作中、放出器ユニットまたは受信器ユニットの一方は、鉱床壁に対して固定されて位置づけられ、例えば、鉱床壁に取り付けられる。放出器ユニットまたは受信器ユニットの他方は、鉱床機に対して据え付けられ、例えば、鉱床機に取り付けられる。放出器ユニットは、コード化磁気信号を送信し、そのコード化磁気信号は、受信器ユニットによって受信される。受信器ユニットによって受信されるコード化磁気信号の情報は、少なくとも１つのプロセッサに通信される。少なくとも１つのプロセッサは、その情報に基づいて、放出器ユニットと受信器ユニットとの間の距離および相対角度を特定する。 In operation, one of the emitter unit or the receiver unit is fixedly positioned with respect to the deposit wall, for example attached to the deposit wall. The other of the emitter unit or receiver unit is installed relative to the depositor, for example attached to the depositor. The emitter unit transmits a coded magnetic signal that is received by the receiver unit. Information of the encoded magnetic signal received by the receiver unit is communicated to at least one processor. At least one processor determines a distance and a relative angle between the emitter unit and the receiver unit based on the information.
別の実施形態において、本システムは、受信器ユニットが受信した信号に関連した少なくとも１つのプロセッサに情報を送信するための、受信器ユニットと関連した（例えば、受信器ユニットに取り付けられた）第１のアンテナをさらに備える。 In another embodiment, the system includes a second unit (eg, attached to the receiver unit) associated with the receiver unit for transmitting information to at least one processor associated with the signal received by the receiver unit. 1 antenna is further provided.
別の実施形態において、放出器ユニットは、放出器ユニットおよび受信器ユニットが閉じた通信ループで動作するように、受信器ユニットから情報を受信するための第２のアンテナを含む。 In another embodiment, the emitter unit includes a second antenna for receiving information from the receiver unit such that the emitter unit and the receiver unit operate in a closed communication loop.
別の実施形態において、本システムは、複数の放出器ユニット（例えば、第１の放出器ユニットおよび複数の第２の放出器ユニット）を備え、それぞれは、それぞれのコード化された磁界発生器を有する。例えば、各放出器ユニットは、それぞれの磁界発生器が機械的に回転するためのピッチおよびヨー機構を含むことができる。 In another embodiment, the system comprises a plurality of emitter units (eg, a first emitter unit and a plurality of second emitter units), each having a respective encoded magnetic field generator. Have. For example, each emitter unit can include a pitch and yaw mechanism for mechanical rotation of the respective magnetic field generator.
別の実施形態において、本システムは、複数の放出器ユニットからそれぞれ一意にコード化磁気信号を受信するための受信器ユニット（例えば、第１の受信器ユニットおよび複数の第２の受信器ユニット）のアレイを備える。 In another embodiment, the system includes a receiver unit (eg, a first receiver unit and a plurality of second receiver units) for receiving uniquely encoded magnetic signals from a plurality of emitter units, respectively. With an array of
地下鉱床における採鉱機の位置を判断するためのシステムの別の実施形態において、本システムは、第１の放出器ユニット、第１の受信器ユニット、および少なくとも１つのプロセッサを備える。放出器ユニットまたは受信器ユニットの一方は、鉱床壁に対して固定されて位置づけられるよう構成される。放出器ユニットまたは受信器ユニットの他方は、採鉱機に対して取り付けられるよう構成される。放出器ユニットは、受信器ユニットが受信するコード化磁気信号を送信するよう構成される。コード化磁気信号を送受信するための回路に加えて、放出器ユニットおよび受信器ユニットは、ＲＦまたは他の無線通信のためのアンテナおよびトランシーバをそれぞれさらに備える。受信器ユニットは、各アンテナおよびトランシーバを使用して、受信器ユニットが受信する場合に、コード化磁気信号についての情報を通信するよう構成される。少なくとも１つのプロセッサ（例えば、放出器ユニットの一部とすることができる）は、受信器ユニットによって送信され、放出器ユニットによって受信された（受信器ユニットが受信した信号についての）情報に基づいて、放出器ユニットと受信器ユニットとの間の距離および相対角度を特定するよう構成される。 In another embodiment of a system for determining the location of a miner in an underground deposit, the system comprises a first emitter unit, a first receiver unit, and at least one processor. One of the emitter unit or the receiver unit is configured to be fixedly positioned with respect to the deposit wall. The other of the emitter unit or receiver unit is configured to be attached to a miner. The emitter unit is configured to transmit a coded magnetic signal received by the receiver unit. In addition to circuitry for transmitting and receiving encoded magnetic signals, the emitter unit and receiver unit further comprise an antenna and transceiver for RF or other wireless communication, respectively. The receiver unit is configured to use each antenna and transceiver to communicate information about the encoded magnetic signal when received by the receiver unit. At least one processor (eg, which may be part of the emitter unit) is based on information transmitted by and received by the receiver unit (for signals received by the receiver unit). , Configured to determine the distance and relative angle between the emitter unit and the receiver unit.
本発明は、鉱床内の採鉱機（例えば、採鉱車両）の位置を参照して説明したが、低周波数磁界検出を使用する原理は、任意の適切な環境内の何らかの他の種類の物体の位置を特定することにも同等に適用可能である。 Although the present invention has been described with reference to the location of a mining machine (eg, a mining vehicle) within a deposit, the principle of using low frequency magnetic field detection is the location of any other type of object within any suitable environment. It is equally applicable to specifying
本明細書における何らかの先行出版物、または既知である何らかの事物についての参照は、確認もしくは承認、またはその先行出版物（または、それから派生する情報）または既知のものが、本明細書が関連する試みの分野で共通の一般知識の一部を形成するという何らかの形式の考えではなく、そのようなものと見なされるべきではない。 References to any previous publication in this specification, or anything known are references to confirmation or approval, or prior publications (or information derived therefrom) or known attempts to which this specification relates. It is not a form of thinking that forms part of the common general knowledge in the field, and should not be considered as such.
本明細書および添付の特許請求の範囲を通じて、本文で特段要求しない限り、「備える」および「備えている」などの変化形は、述べられた整数もしくはステップまたは整数もしくはステップのグループを包含するが、何らかの他の整数もしくはステップまたは整数もしくはステップのグループを除外しないことを意味することが理解されよう。 Throughout this specification and the appended claims, unless otherwise required herein, variations such as “comprising” and “comprising” include the stated integers or steps or groups of integers or steps. It will be understood that it means not to exclude any other integer or step or group of integers or steps.
１ システム
２ 採鉱機
３ 鉱床
４ 受信器ユニット
５ 鉱床壁
６ 放出器ユニット
７ 方位線
８ 主目標
９ 仮想線
１０ 方位線
１１ 逸脱目標
１２ 方位線
１３ 第２の放出器ユニット
１４ 第２の受信器ユニット
１５ 鉱床壁５の反対側の鉱床壁
１７ 方位線
１８ 方位線
１９ 閉ループ
２０ 方位線
２１ コード化磁界発生器、コード化電磁界発生器
２２ ピッチ・インターフェース・ドライバ
２３ ヨー・インターフェース・ドライバ
２４ 磁界発生デバイス
２５ 無線インターフェース
２６ 無線アンテナ
２７ マイクロプロセッサ
２８ 磁気コード化磁界検出器
２９ バッテリならびにインターフェース電子装置
３０ マイクロプロセッサならびにインターフェース電子装置
３１ 無線インターフェース
３２ 無線アンテナ
３３ ピッチ機構組立体
３４ ヨー機構組立体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 System 2 Mining machine 3 Deposit 4 Receiver unit 5 Deposit wall 6 Ejector unit 7 Direction line 8 Main target 9 Virtual line 10 Direction line 11 Deviation target 12 Direction line 13 Second emitter unit 14 Second receiver unit 15 Deposit Wall Opposite to Deposit Wall 5 Direction Line 18 Direction Line 19 Closed Loop 20 Direction Line 21 Coded Magnetic Field Generator, Coded Electromagnetic Field Generator 22 Pitch Interface Driver 23 Yaw Interface Driver 24 Magnetic Field Generation Device 25 Radio interface 26 Radio antenna 27 Microprocessor 28 Magnetic coded magnetic field detector 29 Battery and interface electronics 30 Microprocessor and interface electronics 31 Radio interface 32 Radio antenna 33 Pitch mechanism assembly 34 Yaw mechanism assembly
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