CN113012232B - 一种用于矿井内的定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于矿井内的定位系统及方法，其中定位系统包括：混合现实头戴设备、智能设备和定位柱；混合现实头戴设备配置有朝向前方的摄像头；智能设备至少为四个；定位柱为若干个，按照Z向高度若干定位柱分为若干层，且每层包括若干定位柱；定位柱的形状为四棱柱，定位柱的四个侧面依次为第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面；定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上均配置有第一图案；定位柱的第一侧面和第三侧面配置有第二图案；定位柱的第二侧面和第四侧面配置有第三图案。本发明提供的定位系统用于在矿井内的工人进行定位。

Description

一种用于矿井内的定位系统及方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种用于矿井内的定位系统及方法。

背景技术

由于矿井的复杂情况，在矿井内有时无法通过GPS或北斗等定位系统进行定位，因此在矿井内的工人有时无法知道自己的当前位置。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于矿井内的定位系统及方法，用于在矿井内工人进行定位。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于矿井内的定位系统，包括：混合现实头戴设备、智能设备和定位柱；

混合现实头戴设备配置有朝向前方的摄像头；

智能设备至少为四个；

定位柱为若干个，按照Z向高度若干定位柱分为若干层，且每层包括若干定位柱；

定位柱的形状为四棱柱，定位柱的四个侧面依次为第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面；

定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上均配置有第一图案，第一图案用于标记定位柱的Z向坐标值，同一层的定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面配置相同的第一图案，不同层的定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面配置不同的第一图案；

定位柱的第一侧面和第三侧面配置有第二图案，第二图案用于标记定位柱的Y向坐标值，同一层且位于同一Y向的定位柱的第一侧面和第三侧面配置相同的第二图案，同一层且位于不同Y向的定位柱的第一侧面和第三侧面配置不同的第二图案；

定位柱的第二侧面和第四侧面配置有第三图案，第三图案用于标记定位柱的X向坐标值，同一层且位于同一X向的定位柱的第二侧面和第四侧面配置相同的第三图案，同一层且位于不同X向的定位柱的第二侧面和第四侧面配置不同的第三图案。

一种用于矿井内的定位方法，基于本发明提供的定位系统，应用于定位系统中的混合现实头戴设备，包括以下步骤：

S1：建立三维坐标系；

S2：识别第一当前坐标；

S3：显示矿井的三维模型，并在矿井的三维模型中显示第一当前坐标的位置。

进一步，S2：识别第一当前坐标具体包括以下步骤：

S21：预存第一图案、第二图案和第三图案与三维坐标系中坐标的映射表；

S22：拍摄定位柱的第一图案、第二图案和第三图案；

S23：根据S22拍摄的定位柱的第一图案、第二图案和第三图案，识别第一当前坐标。

进一步，还包括以下步骤：

S4：当搜索到四个智能设备时，执行S5；

S5：识别第二当前坐标；

S6：计算第一当前坐标和第二当前坐标的差值，若差值大于预设的警戒值，则进行报警。

进一步，S5：识别第二当前坐标具体包括以下步骤：

S51：获取四个第三坐标，第三坐标为四个智能设备的初始坐标；

S52：获取四个智能设备的运动轨迹；

S53：计算四个第四坐标，第四坐标为四个智能设备的当前坐标，根据四个第三坐标和四个智能设备的运动轨迹计算四个第四坐标；

S54：建立四个第五坐标集合，四个第五坐标集合的交集为第二当前坐标；

建立四个第五坐标集合的步骤如下：

S541：计算四个距离值，四个距离值为混合现实头戴设备与四个智能设备之间的距离值，根据混合现实头戴设备与四个智能设备之间的信号强度计算四个距离值；

S542：以四个第四坐标为圆心，以四个距离值为半径建立三维坐标系中的四个球，四个球上的点分别为四个第五坐标集合。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

当矿井内的工人位于某定位柱旁边时，使用混合现实头戴设备拍摄到该定位柱的第一图案，可通过图像识别算法获取该定位柱的Z向坐标值，进而可知道自身所处位置的Z向坐标值；由于定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上均配置有第一图案，因此矿井内的工人在定位柱的任意位置，其混合现实头戴设备均能拍摄到定位柱的第一图案；定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面分别配置第二图案、第三图案、第二图案和第三图案，因此只要矿井内的工人的混合现实头戴设备能拍摄到定位柱的两个侧面，就可以获取该定位柱的Y向坐标值和X向坐标值，进而可知道自身所处位置的Y向坐标值和X向坐标值。

附图说明

图1为实施例二的定位方法中识别第二当前坐标的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一：

一种用于矿井内的定位系统，包括：混合现实头戴设备、智能设备和定位柱。

混合现实头戴设备配置于矿井内的工人，即矿井内的工人佩戴混合现实头戴设备，混合现实头戴设备配置有朝向前方的摄像头，也就是说，通过摄像头能够拍摄到混合现实头戴设备前方的画面。

智能设备至少为四个，智能设备为无人机或智能小车等能够自主移动的智能设备，智能设备配置有加速度传感器或陀螺仪，也就是说，可以获取智能设备的运动轨迹。

混合现实头戴设备分别与各智能设备进行配对。在智能设备和混合现实头戴设备中配置无线通信模块，并在定位系统开始工作前将混合现实头戴设备分别与各智能设备进行配对，也就是说，当混合现实头戴设备与智能设备之间的距离在可连接的范围内时，混合现实头戴设备能够自动与智能设备连接，并进行通信，若可连接的范围内有多个智能设备时，混合现实头戴设备与多个智能设备同时连接。

定位柱为若干个，按照Z向高度若干定位柱分为若干层，且每层包括若干定位柱。可以以矿井附近某个相对稳定的位置为零点建立三维坐标系，进而可计算出矿井内不同位置在该三位坐标系中的Z向坐标值，然后在不同的Z向高度处安装若干定位柱，例如在矿井内-5米安装若干定位柱，在矿井内-10米安装定位柱，依次类推。

定位柱的形状为四棱柱，定位柱的四个侧面依次为第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面。

定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上均配置有第一图案，第一图案用于标记定位柱的Z向坐标值。

即当矿井内的工人位于某定位柱旁边时，使用混合现实头戴设备拍摄到该定位柱的第一图案，可通过图像识别算法获取该定位柱的Z向坐标值，进而可知道自身所处位置的Z向坐标值。由于定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上均配置有第一图案，因此矿井内的工人在定位柱的任意位置，其混合现实头戴设备均能拍摄到定位柱的第一图案。

同一层的定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面配置相同的第一图案，不同层的定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面配置不同的第一图案。

定位柱的第一侧面和第三侧面配置有第二图案，第二图案用于标记定位柱的Y向坐标值，同一层且位于同一Y向的定位柱的第一侧面和第三侧面配置相同的第二图案，同一层且位于不同Y向的定位柱的第一侧面和第三侧面配置不同的第二图案。

定位柱的第二侧面和第四侧面配置有第三图案，第三图案用于标记定位柱的X向坐标值，同一层且位于同一X向的定位柱的第二侧面和第四侧面配置相同的第三图案，同一层且位于不同X向的定位柱的第二侧面和第四侧面配置不同的第三图案。

也就是说，定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面分别配置第二图案、第三图案、第二图案和第三图案，因此只要矿井内的工人的混合现实头戴设备能拍摄到定位柱的两个侧面，就可以获取该定位柱的Y向坐标值和X向坐标值，进而可知道自身所处位置的Y向坐标值和X向坐标值。

实施例二：

一种用于矿井内的定位方法，基于实施例一的定位系统，应用于定位系统中的混合现实头戴设备，包括以下步骤：

S1：建立三维坐标系。

同第一个实施例，可以以矿井附近某个相对稳定的位置为零点建立三维坐标系，例如，以矿井附近某建筑为零点建立三维坐标系。

S2：识别第一当前坐标。

第一当前坐标用于表征矿井内工人的当前位置，识别第一当前坐标的步骤如下：

S21：预存第一图案、第二图案和第三图案与三维坐标系中坐标的映射表；

S22：拍摄定位柱的第一图案、第二图案和第三图案；

S23：根据S22拍摄的定位柱的第一图案、第二图案和第三图案，识别第一当前坐标。

在一个具体的场景中，当矿井内工人行走至某定位柱旁边时，看向该定位柱，其佩戴的混合现实头戴设备的摄像头拍摄该定位柱的第一图案、第二图案和第三图案，然后根据第一图案、第二图案和第三图案与三维坐标系中坐标的映射表，可识别该定位柱在三维坐标系中的Z向坐标值、Y向坐标值和X向坐标值，也就是说，可识别该定位柱在三维坐标系中的坐标，该坐标即为第一当前坐标，用于表征矿井内工人的当前位置。

S3：显示矿井的三维模型，并在矿井的三维模型中显示第一当前坐标的位置。

通过S3向该矿井内工人的位置信息。

在一个优选的实施例中，还包括以下步骤：

S4：当搜索到四个智能设备时，执行S5。

在执行本实施例的定位方法的步骤时，需要定位系统中的各智能设备在矿井内自主、随机的移动，由于混合现实头戴设备已分别与各智能设备已进行配对，当混合现实头戴设备与智能设备之间的距离在可连接的范围内时，混合现实头戴设备能够自动与智能设备连接，在本实施例中，当混合现实头戴设备搜到到四个智能设备，并与该四个智能设备连接后，执行S5。

S5：识别第二当前坐标。

第二当前坐标的作用与第一当前坐标的作用相同，用于表征矿井内工人的当前位置，识别第二当前坐标的步骤如下：

S51：获取四个第三坐标，第三坐标为四个智能设备的初始坐标。

第三坐标用于表征智能设备进入矿井前在三维坐标系中的坐标，可以在开始工作时将各智能设备放在特定的位置，该特定位置为三维坐标系中的已知坐标的点，如零点，也就是说，可以在开始工作时将各智能设备放在三维坐标系的零点位置，四个第三坐标即为零点的坐标。

S52：获取四个智能设备的运动轨迹。

S53：计算四个第四坐标，第四坐标为四个智能设备的当前坐标，根据四个第三坐标和四个智能设备的运动轨迹计算四个第四坐标。

第四坐标用于表征当混合现实头戴设备搜索到四个智能设备，并与该四个智能设备连接时，四个智能设备在三维坐标系中的坐标。

S54：建立四个第五坐标集合，四个第五坐标集合的交集为第二当前坐标。

建立四个第五坐标集合的步骤如下：

S541：计算四个距离值，四个距离值为混合现实头戴设备与四个智能设备之间的距离值，根据混合现实头戴设备与四个智能设备之间的信号强度计算四个距离值。

S542：以四个第四坐标为圆心，以四个距离值为半径建立三维坐标系中的四个球，四个球上的点分别为四个第五坐标集合。

上述原理如图1所示，在二维坐标系中，可通过三个圆的交点定位一个点A，三个圆的圆心可类比于智能设备的当前坐标，三个圆的半径可类比于混合现实头戴设备与智能设备之间的距离值，依次类推，在三维坐标系中，可通过四个球的交点定位一个点。

S6：计算第一当前坐标和第二当前坐标的差值，若差值大于预设的警戒值，则进行报警。

在本实施例中，通过第一当前坐标和第二当前坐标同时表征矿井内工人的当前位置，当二者的差值大于预设的警戒值时，说明该矿井内工人面前的定位柱在矿井内发生较大的移动，这种情况可能是由于矿井内土地松动造成的，也就是说，可能会发生危险。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本实用固定新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于矿井内的定位系统，其特征在于，包括：混合现实头戴设备、智能设备和定位柱；

混合现实头戴设备配置有朝向前方的摄像头；

智能设备至少为四个；

定位柱为若干个，按照Z向高度若干定位柱分为若干层，且每层包括若干定位柱；

定位柱的形状为四棱柱，定位柱的四个侧面依次为第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面；

定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上均配置有第一图案，第一图案用于标记定位柱的Z向坐标值，同一层的定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面配置相同的第一图案，不同层的定位柱的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面配置不同的第一图案；

定位柱的第一侧面和第三侧面配置有第二图案，第二图案用于标记定位柱的Y向坐标值，同一层且位于同一Y向的定位柱的第一侧面和第三侧面配置相同的第二图案，同一层且位于不同Y向的定位柱的第一侧面和第三侧面配置不同的第二图案；

定位柱的第二侧面和第四侧面配置有第三图案，第三图案用于标记定位柱的X向坐标值，同一层且位于同一X向的定位柱的第二侧面和第四侧面配置相同的第三图案，同一层且位于不同X向的定位柱的第二侧面和第四侧面配置不同的第三图案；

所述智能设备应用于矿井内的定位方法，包括以下步骤：

S4：当搜索到四个智能设备时，执行S5；

S5：识别第二当前坐标；

S6：计算第一当前坐标和第二当前坐标的差值，若差值大于预设的警戒值，则进行报警；

其中，

第一当前坐标是根据定位柱实现；

识别第二当前坐标具体包括以下步骤：

S51：获取四个第三坐标，第三坐标为四个智能设备的初始坐标；

S52：获取四个智能设备的运动轨迹；

S53：计算四个第四坐标，第四坐标为四个智能设备的当前坐标，根据四个第三坐标和四个智能设备的运动轨迹计算四个第四坐标；

S54：建立四个第五坐标集合，四个第五坐标集合的交集为第二当前坐标；

建立四个第五坐标集合的步骤如下：

S541：计算四个距离值，四个距离值为混合现实头戴设备与四个智能设备之间的距离值，根据混合现实头戴设备与四个智能设备之间的信号强度计算四个距离值；

S542：以四个第四坐标为圆心，以四个距离值为半径建立三维坐标系中的四个球，四个球上的点分别为四个第五坐标集合。

2.一种用于矿井内的定位方法，其特征在于，基于权利要求1的定位系统，应用于定位系统中的混合现实头戴设备，包括以下步骤：

S1：建立三维坐标系；

S2：识别第一当前坐标；

S3：显示矿井的三维模型，并在矿井的三维模型中显示第一当前坐标的位置。

3.根据权利要求2所述的一种用于矿井内的定位方法，其特征在于，S2：识别第一当前坐标具体包括以下步骤：

S21：预存第一图案、第二图案和第三图案与三维坐标系中坐标的映射表；

S22：拍摄定位柱的第一图案、第二图案和第三图案；

S23：根据S22拍摄的定位柱的第一图案、第二图案和第三图案，识别第一当前坐标。