CN112664270B - 基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法，属于图像处理领域。该方法包括以下步骤：S1：立矿井绝对坐标系；S2：为矿井每位员工配备UWB标识卡，确保每位员工在井下的活动轨迹能够实时准确的通过基站传输到地面中心站主机上；S3：对全矿井人员行走形成的轨迹进行数据拟合处理，构造矿井巷道，并与实际输入的巷道进行比对。结合UWB定位技术及惯性导航定位技术识别矿井越界开采的问题，为矿井安全生产及监管监察人员提供了一种快速了解问题的手段。

Description

基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法。

背景技术

目前，矿井开拓主要依据设计图纸，实际巷道分布与图纸之间的差异往往难以判别，安全检查或煤监执法人员由于对矿井不熟悉，也无法通过现场查看发现越界开采或实际与图纸不符合的地点。而且，矿井地质人员对图纸的更新也是阶段性的，这样就容易造成矿井开拓不明，或越界开采不能及时发现的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法，该方法包括以下步骤：

S1：立矿井绝对坐标系；

S2：为矿井每位员工配备UWB标识卡，确保每位员工在井下的活动轨迹能够实时准确的通过基站传输到地面中心站主机上；

S3：对全矿井人员行走形成的轨迹进行数据拟合处理，构造矿井巷道，并与实际输入的巷道进行比对。

可选的，所述S1具体为：

建立矿井相对坐标系，以井口或井底为坐标原点，布设UWB定位基站，并按照定位基站信号覆盖范围确定下一个基站的位置；

如果要建设二维定位，两台基站的信号区域应互相重叠，如果仅建设一维定位系统，则两台基站的覆盖区域确保信号能够交叉，UWB基站的信号覆盖范围为400米，遇到拐弯或上下山的位置信号覆盖会变化，进行精确标定，标定工具为全站仪；

每个基站确定好位置后，在软件上输入相应的坐标，以此类推，建立起全矿井巷道坐标体系，后续随着矿井巷道的不断开拓，继续完善坐标体系。

可选的，所述S2具体为：

为矿井每位员工配备UWB标识卡，确保每位员工在井下的活动轨迹能够实时准确的通过基站传输到地面中心站主机上，获取大量的人员行走轨迹，为巷道图形的重构积累必要的数据；

为矿井安全监管人员配备标识卡及惯性导航装置，惯导设备每到一处UWB基站位置时，基于基站坐标对惯导行进基准点进行重新标定，确保惯导设备检测误差在千分之三以内，同时惯导装置每到一处基站跟前，将获取的行走轨迹通过基站传输到地面中心站。

可选的，所述S3具体为：

上位机人员定位数据采集软件对全矿井人员行走形成的轨迹进行数据拟合处理，构造矿井巷道，并与实际输入的巷道进行比对，前期通过人员将井下巷道进行遍历，确保能够识别所有区域；

检查人员在井下行走形成的轨迹有两部分，一是标识卡形成的轨迹，二是惯导形成的轨迹，将重叠区域的轨迹进行合并，对不能合并的轨迹通过颜色标识出来，再通过比对，画出超出设计的轨迹部分。

可选的，所述数据拟合处理具体为：

(1)依据基准点坐标和人员行走方位角，获取矿井移动人员在井下行走的所有轨迹坐标，获取方法是勾股定理结合三角函数；

(2)将通过定位测距得到的重合坐标进行合并，且横向坐标差小于巷道宽度的点也进行合并，保留惯性导航获取的所有点坐标；

(3)将合并的坐标点连成一条直线，并将定位测距与惯性导航横向坐标相近的点连接起来；

(4)将所有通过定位测距得出的轨迹标注为绿色，通过惯性导航得出的轨迹标注为红色；

(5)完成轨迹重构。

本发明的有益效果在于：结合UWB定位技术及惯性导航定位技术识别矿井越界开采的问题，为矿井安全生产及监管监察人员提供了一种快速了解问题的手段。

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为两个基站之间信号不重叠覆盖；

图2为两个基站信号重叠覆盖。

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。

首先引入绝对坐标体系，在井下安装的每个UWB基站有个固定的坐标点，并经过全站仪检验与矿井地质图坐标一致。所有基站完成对矿井信号的全覆盖，利用UWB定位精度可达到0.3米的特点，对行走在信号覆盖区域的人员轨迹进行实时定位跟踪，并将全矿井人员的长期行走轨迹连接成一张矿图，安监管理人员携带包含惯性导航模块和UWB定位模块的装置，利用惯性导航模块确定首台UWB基站安装位置的绝对坐标。基于该位置坐标，利用UWB定位技术的高精度特性，修正惯性导航模块的坐标信息，消除累计误差。当安监或管理人员行走的轨迹与矿井前期所有工作人员形成的轨迹图形不一致时，可快速发现图纸与实际不符合的位置，发现矿井是否存在违法开采的情况。

如图1和图2所示，该方案实施分为三个步骤：

第一步：建立矿井相对坐标系，以井口或井底为坐标原点，布设UWB定位基站，并按照定位基站信号覆盖范围确定下一个基站的位置，如果要建设二维定位，两台基站的信号区域应互相重叠，如果仅建设一维定位系统，则两台基站的覆盖区域确保信号能够交叉就可以了，一般UWB基站的信号覆盖范围在400米左右，遇到拐弯或上下山的位置信号覆盖会发生变化，需要进行精确标定。一般标定工具为全站仪。一维及二维信号覆盖如附图所示。每个基站确定好位置后，在软件上输入相应的坐标，以此类推，建立起全矿井巷道坐标体系，后续随着矿井巷道的不断开拓，继续完善坐标体系即可。

第二步：为矿井每位员工配备UWB标识卡，确保每位员工在井下的活动轨迹能够实时准确的通过基站传输到地面中心站主机上，获取大量的人员行走轨迹，为巷道图形的重构积累必要的数据。为矿井安全监管人员配备标识卡及惯性导航装置，惯导设备每到一处UWB基站位置时，基于基站坐标对惯导行进基准点进行重新标定，确保惯导设备检测误差控制在千分之三以内，同时惯导装置每到一处基站跟前，将获取的行走轨迹通过基站传输到地面中心站。

第三步：矿井中心站软件通过数据拟合相关算法，对全矿井人员行走形成的轨迹进行数据拟合处理，构造矿井巷道，并与实际输入的巷道进行比对，前期可以通过人员将井下巷道进行遍历，确保能够识别所有区域。检查人员在井下行走形成的轨迹有两部分，一是标识卡形成的轨迹，二是惯导形成的轨迹，将重叠区域的轨迹进行合并，对不能合并的轨迹通过颜色标识出来，再通过比对，画出超出设计的轨迹部分。

数据拟合处理具体为：

(1)依据基准点坐标和人员行走方位角，获取矿井移动人员在井下行走的所有轨迹坐标，获取方法是勾股定理结合三角函数；

(2)将通过定位测距得到的重合坐标进行合并，且横向坐标差小于巷道宽度的点也进行合并，保留惯性导航获取的所有点坐标；

(3)将合并的坐标点连成一条直线，并将定位测距与惯性导航横向坐标相近的点连接起来；

(4)将所有通过定位测距得出的轨迹标注为绿色，通过惯性导航得出的轨迹标注为红色；

(5)完成轨迹重构。

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 (1)

1.基于多目标活动轨迹实现煤矿巷道分布图重构的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：建立矿井绝对坐标系；

S2：为矿井每位员工配备UWB标识卡，确保每位员工在井下的活动轨迹能够实时准确的通过基站传输到地面中心站主机上；

S3：对全矿井人员行走形成的轨迹进行数据拟合处理，构造矿井巷道，并与实际输入的巷道进行比对；

所述S1具体为：

建立矿井相对坐标系，以井口或井底为坐标原点，布设UWB定位基站，并按照定位基站信号覆盖范围确定下一个基站的位置；

如果要建设二维定位，两台基站的信号区域应互相重叠，如果仅建设一维定位系统，则两台基站的覆盖区域确保信号能够交叉，UWB基站的信号覆盖范围为400米，遇到拐弯或上下山的位置信号覆盖会变化，进行精确标定，标定工具为全站仪；

每个基站确定好位置后，在上位机人员定位数据采集软件上输入相应的坐标，以此类推，建立起全矿井巷道坐标体系，后续随着矿井巷道的不断开拓，继续完善坐标体系；

所述S2具体为：

为矿井每位员工配备UWB标识卡，确保每位员工在井下的活动轨迹能够实时准确的通过基站传输到地面中心站主机上，获取大量的人员行走轨迹，为巷道图形的重构积累必要的数据；

为矿井安全监管人员配备标识卡及惯性导航装置，惯导设备每到一处UWB基站位置时，基于基站坐标对惯导行进基准点进行重新标定，确保惯导设备检测误差在千分之三以内，同时惯导装置每到一处基站跟前，将获取的行走轨迹通过基站传输到地面中心站；

所述S3具体为：

上位机人员定位数据采集软件对全矿井人员行走形成的轨迹进行数据拟合处理，构造矿井巷道，并与实际输入的巷道进行比对，前期通过人员将井下巷道进行遍历，确保能够识别所有区域；

检查人员在井下行走形成的轨迹有两部分，一是标识卡形成的轨迹，二是惯导形成的轨迹，将重叠区域的轨迹进行合并，对不能合并的轨迹通过颜色标识出来，再通过比对，画出超出设计的轨迹部分；

所述数据拟合处理具体为：

(1)依据基准点坐标和人员行走方位角，获取矿井移动人员在井下行走的所有轨迹坐标，获取方法是勾股定理结合三角函数；

(2)将通过定位测距得到的重合坐标进行合并，且横向坐标差小于巷道宽度的点也进行合并，保留惯性导航获取的所有点坐标；

(3)将合并的坐标点连成一条直线，并将定位测距与惯性导航横向坐标相近的点连接起来；

(4)将所有通过定位测距得出的轨迹标注为绿色，通过惯性导航得出的轨迹标注为红色；

(5)完成轨迹重构。

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