CN109932684A - 基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法，属于隧道定位领域。该方法包括以下步骤：S1：通过测距的余弦定理获得的带测点的二维位置信息，确定定位区间；S2：确定精确位置坐标。本发明利用隧道的线状结构的特点，通过测距的余弦定理获得的带测点的二维位置信息，对隧道平面进行精确定位，方法简单，计算便捷。

Description

基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法

技术领域

本发明属于隧道定位领域，涉及基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法。

背景技术

在隧道工程中，通常需要对隧道平面进行定位，而现阶段的方法为三维的定位，算法较 复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法，该方法包括以下步骤：

S1：确定定位区间；

S2：确定精确位置坐标。

进一步，所述S1具体为：

通过测距的余弦定理获得的带测点的二维位置信息；

由三角形余弦定理得：

L_i+1 ²＝L_i ²+L_i,i+1 ²-2L_i×L_i,i+1×cosθ_i (1)

其中，沿着隧道轴线所在平面建立二维平面坐标系，在隧道前进方向每间隔100m依次 布置编号为i定位基站，i＝1,2....n；相邻两定位基站之间的距离为L_i，i+1当定位卡位于定位基 站覆盖范围之内时各定位基站会实时测出定位卡到个定位基站之间的距离L_i，，根据余弦定理 一次性计算出L_i与x轴正方向的水平夹角θ_i，进而通过一定的算法计算出定位的平面坐标；

当定位卡位于定位区域内时，通过式(3)和式(4)依次计算出cosθ_i(i＝1,2,3....n)，通 过相邻的角余弦值进行区间定位；

①当cosθ_i＝0时，则定位卡位于定位基站i所在的断面；

②当cosθ_i×cosθ_i+1＜0时，则定位卡位于基站i和基站i+1所包围的区间内；

③当cosθ₁＜0时，则定位卡位于靠近定位基站1一侧的定位范围之外；

④当cosθ_n＞0时，则定位卡位于靠近定位基站n一侧的定位范围之外。

进一步，所述S2具体为：

①当定位卡位于定位基站i所在的断面断面时，定位卡的平面坐标为：

x＝x_i (4)

②当定位卡位于定位基站i与基站i+1所包围的区间内时，定位卡的平面坐标为：

③定位卡位于靠近定位基站1一侧的定位范围之外时，定位卡的平面坐标为：

④定位卡位于靠近定位基站n一侧的定位范围之外时，定位卡的平面坐标为：

本发明的有益效果在于：本发明利用隧道的线状结构的特点，通过测距的余弦定理获得 的待测点的二维位置信息，增加了对隧道内人员的横向位置信息，定位更加精准，基于三角 形余弦定理的定位算法简单，计算便捷，数据处理效率高，定位延迟时间短。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某 种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发 明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详 细描述，其中：

图1为本发明原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本 发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明 的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表 实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理 解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中， 需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基 于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系 的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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。

隧道作为线状结构，根据其独特的特点，通过测距的余弦定理获得的带测点的二维位置 信息，如图1所示。

图中沿着隧道轴线所在平面建立二维平面坐标系，在隧道前进方向每间隔100m依次布置 编号为i(i＝1,2....n)定位基站，相邻两定位基站之间的距离为L_i，i+1当定位卡位于定位基站覆 盖范围之内时各定位基站会实时测出定位卡到个定位基站之间的距离L_i，，根据余弦定理可以 一次计算出L_i与x轴正方向的水平夹角θ_i，进而通过一定的算法计算出定位的平面坐标。

由三角形余弦定理可得：

L_i+1 ²＝L_i ²+L_i,i+1 ²-2L_i×L_i,i+1×cosθ_i (1)

1)定位区间确定

当定位卡位于定位区域内时，通过式(3)和式(4)依次计算出cosθ_i(i＝1,2,3....n)，通 过相邻的角余弦值进行区间定位。

①当cosθ_i＝0时，则定位卡位于定位基站i所在的断面；

②当cosθ_i×cosθ_i+1＜0时，则定位卡位于基站i和基站i+1所包围的区间内；

③当cosθ₁＜0时，则定位卡位于靠近定位基站1一侧的定位范围之外；

④当cosθ_n＞0时，则定位卡位于靠近定位基站n一侧的定位范围之外。

2)精确位置坐标确定

①当定位卡位于定位基站i所在的断面断面时，定位卡的平面坐标为：

x＝x_i (4)

②当定位卡位于定位基站i与基站i+1所包围的区间内时，定位卡的平面坐标为：

③定位卡位于靠近定位基站1一侧的定位范围之外时，定位卡的平面坐标为：

④定位卡位于靠近定位基站n一侧的定位范围之外时，定位卡的平面坐标为：

实施例：

假设隧道内布置有4个基站，每个基站纵断面上的分布桩号位置一次为：

x₁＝ZK23+100,

x₂＝ZK23+100,

x₃＝ZK23+100,

x₄＝ZK23+100.

则有，

L_1,2＝100,

L_2,3＝100,

L_3,4＝100.

当定位开位于定位覆盖范围内时，测得：

L₁＝134.238,

L₂＝34.692,

L₃＝66.237.

L₄＝166.046.

通过计算可得，

cosθ₁＝0.9988,

cosθ₂＝0.9824,

cosθ₃＝-0.9952.

cosθ₄＝-0.9992.

由于cosθ₂*cosθ₃＜0，则定位卡位于基站2和基站3之间。

则定位卡的平面位置坐标为：

x＝“ZK23+100”+34.692×0.9824＝ZK23+134.08,y＝0.98246.48。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进 行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求 范围当中。

Claims (3)

1.一种基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：确定定位区间；

S2：确定精确位置坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法，其特征在于：所述S1具体为：

通过测距的余弦定理获得的带测点的二维位置信息；

由三角形余弦定理得：

L_i+1 ²＝L_i ²+L_i,i+1 ²-2L_i×L_i,i+1×cosθ_i (1)

其中，沿着隧道轴线所在平面建立二维平面坐标系，在隧道前进方向每间隔100m依次布置编号为i定位基站，i＝1,2....n；相邻两定位基站之间的距离为L_i，i+1当定位卡位于定位基站覆盖范围之内时各定位基站会实时测出定位卡到个定位基站之间的距离L_i，，根据余弦定理一次性计算出L_i与x轴正方向的水平夹角θ_i，进而通过一定的算法计算出定位的平面坐标；

当定位卡位于定位区域内时，通过式(3)和式(4)依次计算出cosθ_i(i＝1,2,3....n)，通过相邻的角余弦值进行区间定位；

①当cosθ_i＝0时，则定位卡位于定位基站i所在的断面；

②当cosθ_i×cosθ_i+1＜0时，则定位卡位于基站i和基站i+1所包围的区间内；

③当cosθ₁＜0时，则定位卡位于靠近定位基站1一侧的定位范围之外；

④当cosθ_n＞0时，则定位卡位于靠近定位基站n一侧的定位范围之外。

3.根据权利要求1所述的一种基于超宽带距离交汇算法的隧道平面定位方法，其特征在于：所述S2具体为：

①当定位卡位于定位基站i所在的断面断面时，定位卡的平面坐标为：

x＝x_i (4)

②当定位卡位于定位基站i与基站i+1所包围的区间内时，定位卡的平面坐标为：

③定位卡位于靠近定位基站1一侧的定位范围之外时，定位卡的平面坐标为：

④定位卡位于靠近定位基站n一侧的定位范围之外时，定位卡的平面坐标为：