CN109297494A - 煤矿用深井隧道出井导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿用深井隧道出井导航系统，包括电子指南针、控制器和方向指示器，控制器内存储有深井隧道网络图，深井隧道网络图被划分成多个隧道，每个隧道仅有的两个端口中至少一个端口与多个隧道的对应端口连通，且每个隧道都被划分成至少一个路段，每个路段都仅朝一个方向弯曲；控制器在接收到选择出井信号后，根据当前路段的标识符号，确定从当前路段到深井隧道出入口的出井路线；根据电子指南针检测到的实时方位信息以及出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，确定用户是否行至对应隧道的第二端口处，若是，则控制所述方向指示器进行方向指示。本发明不受通信距离限制，可以实现深井的准确导航。

Description

煤矿用深井隧道出井导航系统

技术领域

本发明属于煤矿作业领域，具体涉及一种煤矿用深井隧道出井导航系统。

背景技术

根据生产需要煤矿深井中可能会出现错综交错的隧道，采矿人员从隧道主干到其作业的隧道支干的过程中，很可能由于复杂的路线而无法到达预计的隧道支干。由于煤矿深井通常较深，利用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位等方式进行导航时，深井内的信号非常弱，无法实现准确导航，甚至有时候无法接收到信号。为此，在深井隧道中通常设置有对应的标识，以指明对应隧道主干和支干的方向。在设置标识时需要保证标识的准确性，而且需要花费一定的时间，深井隧道的导航标识牌设置效率较低；另外一旦设置时间较久，标识破损后，将无法实现深井隧道的导航，使得深井隧道导航的准确度较低，为此，需要对设置好的标识进行定期维护。

发明内容

本发明提供一种煤矿用深井隧道出井导航系统，以解决目前深井隧道GPS导航准确度较低、导航标识牌设置耗时且维护麻烦的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种煤矿用深井隧道出井导航系统，包括电子指南针、控制器和方向指示器，所述控制器内存储有深井隧道网络图，所述深井隧道网络图被划分成多个隧道，每个隧道仅有的两个端口中至少一个端口与多个隧道的对应端口连通，且每个隧道都被划分成至少一个路段，每个路段为笔直或仅朝一个方向弯曲，在所述控制器内还存储有用户行至对应路段两端的第一方位信息和第二方位信息，所述第一方位信息包括第一入井方位信息和第一出井方位信息，所述第二方位信息包括第二入井方位信息和第二出井方位信息；

其中，从深井隧道出入口开始由外至内，按从小到大的顺序对各个隧道进行编号，并针对每个隧道上由外至内的各个路段，按从小到大的顺序进行编号，从而由标识符号<x,y,z>表示各个路段，其中x表示对应隧道的编号，y表示深井隧道网络图中与该隧道第二端口连通的上一级隧道的编号，第二端口是指该隧道两端口中距离深井隧道出入口较近的端口且当该隧道为与深井隧道出入口连接的隧道时y为0，z表示该隧道上对应路段的编号；

用户在行进过程中，控制器根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，对用户的当前路段标识符号进行更新；

所述控制器在接收到选择出井信号后，根据当前路段的标识符号，确定当前路段所在隧道的上一级隧道，逐级确定，直至获得与深井隧道出入口连通的隧道，从而获得从当前路段到深井隧道出入口的出井路线；在确定出井路线后，根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及所述出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，确定用户是否行至对应隧道的第二端口处，若是，则控制所述方向指示器进行方向指示，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。

在一种可选的实现方式中，所述控制器将该实时方位信息与出井线路中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息依次进行比较，若该实时方位信息与对应路段的第二出井方位信息中的相同，则表示用户进入该路段，若该实时方位信息与对应路段的第一出井方位信息相同，则表示用户离开该路段，进入所述出井路线中沿出井方向设置的与该路段相邻的下一路段；

当用户离开对应隧道上距离深井隧道出入口最近的一路段时，表示用户行至对应隧道的第二端口处，此时确定所述出井路线中沿出井方向设置的该隧道的下一隧道，根据实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的差值，以及实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的大小关系，控制方向指示器的指针旋转对应角度，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。

在另一种可选的实现方式中，将东西南北四个方位顺时针划分成360度，每个方位信息对应一个方位角度，所述控制器在控制方向指示器的指针旋转对应角度时，首先计算出实时方位角度与下一隧道中最大编号路段的第二出井方位角度的差值，然后判断实时方位角度是否大于下一隧道中最大编号路段的第二出井方位角度，若是，则控制所述方向指示器向右旋转差值角度，否则，控制所述方向指示器向左旋转差值角度。

在另一种可选的实现方式中，控制器在行进过程中后，将实时方位信息与确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息进行比较，当实时方位信息与对应路段上的第一方位信息或第二方位信息相同时，将当前路段标识符号<xi,yi,zi>更新为<xi’,yi’,zi’>，其中<xi’,yi’,zi’>表示行进路线中沿行进方向与当前路段相邻的下一路段的标识符号，从而实现当前路段标识符号的更新。

本发明的有益效果是：

本发明通过对深井隧道网络图划分成多个隧道，并将各个隧道划分成至少一个路段，使每个路段都为笔直或仅朝一个方向弯曲，根据实时方位信息以及出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，可以准确地对用户的行踪进行定位，准确地确定出用户是否行至对应隧道的第二端口处，并在行至对应隧道的第二端口处时才控制方向指示器进行方向指示，从而可以实现深井隧道的准确导航，提高用户的良好体验度。此外，本发明通过采用标识符号，对每个隧道上的各个路段进行标识，可以准确地反映出各个隧道以及各个路段之间的位置关系，从而可以对用户的行踪进行准确定位。

附图说明

图1是本发明煤矿用深井隧道出井导航系统的一个实施例结构示意图；

图2是本发明深井隧道网络图的一个实施例结构示意图；

图3是本发明方向指示器的方向指示示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明煤矿用深井隧道出井导航系统的一个实施例结构示意图。该煤矿用深井隧道出井导航系统可以包括电子指南针110、控制器120和方向指示器130，所述控制器120内存储有深井隧道网络图，所述深井隧道网络图被划分成多个隧道，每个隧道仅有的两个端口中至少一个端口与多个隧道的对应端口连通，且每个隧道都被划分成至少一个路段，每个路段为笔直或仅朝一个方向弯曲，在所述控制器内还存储有用户行至对应路段两端的第一方位信息和第二方位信息，结合图2所示，所述第一方位信息包括第一入井方位信息和第一出井方位信息，所述第二方位信息包括第二入井方位信息和第二出井方位信息。其中，从深井隧道出入口开始由外至内，按从小到大的顺序对各个隧道进行编号，并针对每个隧道上由外至内的各个路段，按从小到大的顺序进行编号，从而由标识符号<x,y,z>表示各个路段，其中x表示对应隧道的编号，y表示与该隧道第二端口连通的上一级隧道的编号，第二端口是指该隧道两端口中距离深井隧道出入口较近的端口且当该隧道为与深井隧道出入口连接的隧道时y为0，z表示该隧道上对应路段的编号。

本实施例中，结合图2所示，该深井隧道网络图被划分成5个隧道H1-H5，从图中可以看出，5个隧道H1-H5都仅有两个端口，其中隧道H1、隧道H3、隧道H4和隧道H5中仅一个端口与多个隧道的端口连通，隧道H2的两端口都与多个隧道的端口连通。为了准确标识各个隧道中的路段，本发明从深井隧道出入口开始由外至内依次对各个隧道进行编号，并对各个隧道上的各个路段由外至内进行编号，从而由标识符号<x,y,z>表示各个路段，其中x表示对应隧道的编号，y表示深井隧道网络图中与该隧道x第二端口连通的上一级隧道的编号，第二端口是指该隧道两端口中距离深井隧道出入口较近的端口且当该隧道为与深井隧道出入口连接的隧道时y为0，z表示该隧道x上对应路段的编号。结合图2所示，<3,1,3>表示隧道H3上的第3路段且与隧道H3第二端口连通的上一级隧道为隧道H1。

用户在行进过程中，控制器根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，对用户的当前路段标识符号进行更新；所述控制器在接收到选择出井信号后，根据当前路段的标识符号，确定当前路段所在隧道的上一级隧道，逐级确定，直至获得与深井隧道出入口连通的隧道，从而获得从当前路段到深井隧道出入口的出井路线；在确定出井路线后，根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及所述出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，确定用户是否行至对应隧道的第二端口处，若是，则控制所述方向指示器进行方向指示，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。

为了对用户的位置进行准确定位，本发明控制器内还分配有当前路段标识符号<xi,yi,zi>，xi表示当前隧道，yi表示行进路线中沿行进方向设置的隧道xi的下一隧道，zi表示隧道xi上的当前路段，用户在行进过程中，控制器在接收到实时方位信息后，根据所述电子指南针110检测到的实时方位信息以及确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息或第二方位信息，对用户的当前路段标识符号进行更新。具体地，控制器在行进过程中后，将实时方位信息与确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息进行比较，当实时方位信息与对应路段上的第一方位信息或第二方位信息相同时，将当前路段标识符号<xi,yi,zi>更新为<xi’,yi’,zi’>，其中<xi’,yi’,zi’>表示行进路线中沿行进方向与当前路段相邻的下一路段的标识符号，从而实现当前路段标识符号的更新。以用户入井时选择标识符号为<3,1,3>的路段为目的路段为例，其入井行进路线为隧道H1->隧道H3，入井行进路线用路段可以表示为路段<1,0,1>->路段<3,1,1>->路段<3,1,2>->路段<3,1,3>，在入井时，控制器可以首先将实时方位信息与路段<1,0,1>的第一方位信息进行比较，若相同，则表示用户进入路段<1,0,1>，将当前路段的标识符号置为<1,0,1>，接着将实时方位信息与路段<3,1,1>的第一方位信息进行比较，若相同，则表示用户进入路段<3,1,1>，将当前路段的标识符号置为<3,1,1>，以此类推。本发明通过设置当前路段标识符号，根据实时方位信息以及确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，对用户所处当前路段的标识符号进行更新，可以确定用户所处当前路段，对用户实现准确定位。

用户在希望出井时，可以向控制器提供选择出井信号，所述控制器在接收到选择出井信号后，根据当前路段的标识符号，确定当前路段所在隧道的上一级隧道，逐级确定，直至获得与深井隧道出入口连通的隧道，从而获得从当前路段到深井隧道出入口的出井路线。结合图2所示，若用户所在当前路段的标识符号为<4,2,1>，那么控制器可以确定当前路段所在隧道为隧道H4，且隧道H4的上一级隧道为隧道H2，根据隧道H2上路段的标识符号可以确定隧道H2的上一级隧道为隧道H1，由此出井路线可以包括隧道H4->隧道H2->隧道H1，对应地出井路线用路段可以表示为路段<1,0,1>->路段<2,1,1>->路段<4,2,1>。

在确定出井路线后，控制器根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及所述出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，确定用户是否行至对应隧道的第二端口处，若是，则控制所述方向指示器进行方向指示，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。具体地，控制器将该实时方位信息与出井线路中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息依次进行比较，若该实时方位信息与对应路段的第二出井方位信息中的相同，则表示用户进入该路段，若该实时方位信息与对应路段的第一出井方位信息相同，则表示用户离开该路段，进入所述出井路线中沿出井方向设置的与该路段相邻的下一路段。当用户离开对应隧道距离深井隧道出入口最近的一路段时，表示用户行至对应隧道的第二端口处，此时确定所述出井路线中沿出井方向设置的该隧道的下一隧道，根据实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的差值，以及实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的大小关系，控制方向指示器的指针旋转对应角度，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。同样地，结合图2所示，当出井路线为隧道H4->隧道H2->隧道H1时，控制器将实时方位信息与路段<4,2,1>的第一出井方位信息进行比较，若相同，则表示用户离开路段<4,2,1>，且用户行至隧道H4的第二端口处，此时首先确定出井路线中与隧道H4相邻的下一隧道为H2，然后根据实时方位信息和下一隧道H2最大编号路段<2,1,1>的第二出井方位信息的差值，控制方向指示器130的指针旋转对应角度，以使指针指向上一级隧道H2。

另外，所述控制器根据实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的差值，确定方向指示器指针的旋转角度，并根据实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的大小关系，确定所述方向指示器指针的旋转方向。具体地，本发明将东西南北四个方位顺时针划分成360度，每个方位信息对应一个方位角度，所述控制器在控制方向指示器的指针旋转对应角度时，首先计算出实时方位角度与下一隧道中编号最大路段的第二出井方位角度的差值，然后判断实时方位角度是否大于下一隧道中编号最大路段的第二出井方位角度的差值，若是，则控制所述方向指示器向右旋转差值角度，否则，控制所述方向指示器向左旋转差值角度。

结合图2所示，用户行至隧道H2第二端口处，准备离开隧道H2，前往下一隧道H1时，其身体有可能发生转动，从而使检测到的实时方位信息发生变化，如果直接依据隧道H1上路段<1,0,1>的第二出井方位信息来确定方向指示器所指方向，那么就要求用户从隧道H2端口出来后身体不能转动，这就限制了用户行动的自由性。本发明通过根据实时方位信息以及下一隧道编号最大路段的第二出井方位信息的差值来控制方向指示器的指向，可以提高使用的灵活性，并保证无论用户面对的方位如何，方向指示器都指向下一级隧道端口方向，从而可以提高导航的准确度。结合图3所示，当用户从隧道H2出来后的方位为A1，隧道H1的第二出井方位为B时，方向指示器的指针只需旋转角度α；当用户从隧道H2出来后身体转动至方位A2时，同样地隧道H1的第二出井方位为B，此时方向指示器的指针需要旋转角度β，显然无论是角度α，还是角度β，其都等于实时方位信息与隧道H1的第二出井方位信息的差值。

由上述实施例可见，如果仅将深井隧道网络图按照端口划分成隧道，使得每个隧道仅有两个端口，不将隧道进一步划分成仅朝一个方向弯曲的路段，那么由于在划分得到的隧道上可能存在设置方向与隧道的第二端口设置方向相同的点，这样就很难确定用户是否真的行至对应隧道的第二端口处，在用户未行至对应隧道的第二端口处时就控制方向指示器进行方向指示，不仅会造成用户行进方向混淆，而且控制器在确定用户行至对应隧道的第二端口后，会将用户的实时方位信息与下一隧道上路段的第二方位信息进行比较，从而导致整个导航系统崩塌。本发明通过对深井隧道网络图划分成多个隧道，并将各个隧道划分成至少一个路段，使每个路段都为笔直或仅朝一个方向弯曲，根据实时方位信息以及出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，可以准确地对用户的行踪进行定位，准确地确定出用户是否行至对应隧道的第二端口处，并在行至对应隧道的第二端口处时才控制方向指示器进行方向指示，从而可以实现深井隧道的准确导航，提高用户的良好体验度。此外，本发明通过采用标识符号，对每个隧道上的各个路段进行标识，可以准确地反映出各个隧道以及各个路段之间的位置关系，从而可以对用户的行踪进行准确定位。本发明借助于地球磁场进行导航，不必借助于GPS系统，因而导航准确度高且不必进行标识牌维护。

用户入井到达目的路段后，可能还需要前往深井隧道内部其他地方进行查看，此时用户可以重新选择目的路段，控制器在接收到目的路段选择信号后，首先根据当前路段的标识符号，确定当前路段所在隧道的上一级隧道，逐级确定，直至获得与深井隧道出入口连通的隧道，从而获得从当前路段出井可通过的所有隧道的组合：第一隧道组，根据目的路段的标识符号，确定目的路段所在隧道的上一级隧道，逐级确定，直至获得与深井隧道出入口连通的隧道，从而获得从目标路段出井可通过的所有隧道的组合：第二隧道组，然后将第一隧道组与第二隧道组进行比较，确定重复的距离深井隧道出入口最远的隧道P；用户按照第一隧道组中各个隧道的顺序行至隧道P之前的隧道的第二端口时，根据实时方位信息与第二隧道组中隧道P之前的隧道的第1路段的第一入井方位信息的差值，以及实时方位信息与第二隧道组中隧道P之前的隧道的第1路段的第一入井方位信息的大小关系，控制方向指示器的指针旋转对应角度，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。

结合图2所示，若用户当前所处路段为<4,2,1>，选择前往的目的路段为<3,1,2>，则首先根据当前路段的标识符号<4,2,1>，确定其所在隧道H4的上一级隧道为H2，根据隧道H2上各个路段的标识符号<2,1,1>，确定隧道H2的上一级隧道为H1，隧道H1为与深井隧道出入口连通的隧道，至此获得从当前路段<4,2,1>出井可通过的所有的第一隧道组：隧道H4->隧道H2->隧道H1；接着根据目的路段的标识符号<3,1,2>，确定目的路段所在隧道H3的上一级隧道为H1，隧道H1为与深井隧道出入口连通的隧道，至此获得从目的路段<3,1,2>出井可通过的所有的第二隧道组：隧道H3->隧道H1；在第一隧道组和第二隧道组中重复的隧道仅有一个为H1(即隧道P)，用户按照第一隧道组中隧道H4->隧道H2->隧道H1，各个隧道的顺序行至隧道P之前的隧道H2的第二端口时，根据实时方位信息以及第二隧道组中隧道P之前的隧道H3的第1路段<3,1,1>的第一方位信息的差值，控制方向指示器130的指针旋转对应角度，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。本发明在用户行进至深井隧道内部，前往深井隧道的其他路段时，首先确定当前路段到深井隧道出入口的第一隧道组以及目的路段到深井隧道出入口的第二隧道组，根据第一隧道组和第二隧道组的重叠隧道后，规划出用户从当前路段前往目的路段的合理路线，从而可以实现用户在深井隧道内部的自由行走，提高了用户体验良好度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种煤矿用深井隧道出井导航系统，其特征在于，包括电子指南针、控制器和方向指示器，所述控制器内存储有深井隧道网络图，所述深井隧道网络图被划分成多个隧道，每个隧道仅有的两个端口中至少一个端口与多个隧道的对应端口连通，且每个隧道都被划分成至少一个路段，每个路段为笔直或仅朝一个方向弯曲，在所述控制器内还存储有用户行至对应路段两端的第一方位信息和第二方位信息，所述第一方位信息包括第一入井方位信息和第一出井方位信息，所述第二方位信息包括第二入井方位信息和第二出井方位信息；

其中，从深井隧道出入口开始由外至内，按从小到大的顺序对各个隧道进行编号，并针对每个隧道上由外至内的各个路段，按从小到大的顺序进行编号，从而由标识符号<x,y,z>表示各个路段，其中x表示对应隧道的编号，y表示深井隧道网络图中与该隧道第二端口连通的上一级隧道的编号，第二端口是指该隧道两端口中距离深井隧道出入口较近的端口且当该隧道为与深井隧道出入口连接的隧道时y为0，z表示该隧道上对应路段的编号；

用户在行进过程中，控制器根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，对用户的当前路段标识符号进行更新；

所述控制器在接收到选择出井信号后，根据当前路段的标识符号，确定当前路段所在隧道的上一级隧道，逐级确定，直至获得与深井隧道出入口连通的隧道，从而获得从当前路段到深井隧道出入口的出井路线；在确定出井路线后，根据所述电子指南针检测到的实时方位信息以及所述出井路线中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息，确定用户是否行至对应隧道的第二端口处，若是，则控制所述方向指示器进行方向指示，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。

2.根据权利要求1所述的煤矿用深井隧道出井导航系统，其特征在于，所述控制器将该实时方位信息与出井线路中沿出井方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息依次进行比较，若该实时方位信息与对应路段的第二出井方位信息相同，则表示用户进入该路段，若该实时方位信息与对应路段的第一出井方位信息相同，则表示用户离开该路段，进入所述出井路线中沿出井方向设置的与该路段相邻的下一路段；

当用户离开对应隧道上距离深井隧道出入口最近的一路段时，表示用户行至对应隧道的第二端口处，此时确定所述出井路线中沿出井方向设置的该隧道的下一隧道，根据实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的差值，以及实时方位信息与下一隧道最大编号路段的第二出井方位信息的大小关系，控制方向指示器的指针旋转对应角度，以使用户在前往目的路段的过程中选择进入正确的隧道。

3.根据权利要求2所述的煤矿用深井隧道出井导航系统，其特征在于，将东西南北四个方位顺时针划分成360度，每个方位信息对应一个方位角度，所述控制器在控制方向指示器的指针旋转对应角度时，首先计算出实时方位角度与下一隧道中最大编号路段的第二出井方位角度的差值，然后判断实时方位角度是否大于下一隧道中最大编号路段的第二出井方位角度，若是，则控制所述方向指示器向右旋转差值角度，否则，控制所述方向指示器向左旋转差值角度。

4.根据权利要求1所述的煤矿用深井隧道出井导航系统，其特征在于，控制器在行进过程中后，将实时方位信息与确定的行进路线中沿行进方向设置的各个路段的第一方位信息和第二方位信息进行比较，当实时方位信息与对应路段上的第一方位信息或第二方位信息相同时，将当前路段标识符号<xi,yi,zi>更新为<xi’,yi’,zi’>，其中<xi’,yi’,zi’>表示行进路线中沿行进方向与当前路段相邻的下一路段的标识符号，从而实现当前路段标识符号的更新。