CN113701754B - 一种井下三维精确定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种井下三维精确定位系统，所述系统包括数字孪生地图、定位服务器、监控终端、通信网络、定位分站、定位装置。系统利用定位分站在矿井二维空间分布的方法，运用现有无线电波测距的技术，实现了移动目标二维初步定位，并充分利用传感器数据，实现了移动目标实时方向监测，进而实现井下移动目标的二维和三维精确定位。系统具有简单有效、建设成本低且定位精度高等特点，可适应煤炭生产少人化、无人化发展方向，满足无人化设备的全局二维和三维定位，具有着广泛地应用前景。

Description

一种井下三维精确定位系统
技术领域
本发明涉及一种井下三维精确定位系统，该方法涉及无线通信、地理信息系统、传感器技术、数据处理等领域。
背景技术
目前煤炭生产朝着少人化、无人化方向发展，井下采掘设备、运输设备、移动监测设备等各类生产相关设备的数量将不断增加，并且将逐步实现这些设备的无人化，矿井定位系统除需满足矿井人员定位要求外，还需满足无人化设备的全局二维和三维定位需求。早期的矿井人员定位多采用RFID卡识别和无线电信号定位技术。RFID卡识别利用射频方式进行非接触双向通信，射频卡和读卡器之间不用接触就可实现对移动目标的识别和位置监测。基于RFID卡识别定位属于区域定位技术，只能识别井下移动目标是否经过某个区域，无法对区域内的移动目标进行精确定位。国内外进行了无线电波、超声波、红外、激光等矿井定位技术研究。矿井无线电信号传输衰减严重、无线电传输衰减模型复杂多变、卫星定位信号无法穿透煤层和岩层到达井下、矿井定位需覆盖长达10km的巷道等制约着地面定位技术在矿井应用。超声波、红外、激光等定位技术难以目标身份识别和全矿井定位。此外，目前现有用于井下定位的系统均为沿巷道轴向的一维定位系统，无法实现二维和三维定位；此外，现有RFID、RSSI、飞行时间TOA、飞行时间差TDOA等定位方法在静止条件下，无法对目标的方向向进行定位。
因此，需要一种适合煤矿空间环境的、简单有效、建设成本低且定位精度高的矿井全局二维和三维精确定位系统。
发明内容
本发明提供了一种井下三维精确定位系统，可适应煤炭生产少人化、无人化发展方向，满足无人化设备的全局二维和三维定位需求。所述系统包括数字孪生地图、定位服务器、监控终端、通信网络、定位分站、定位装置；所述定位装置包括至少一个无线定位模块、至少一个测距传感器、至少一个磁力传感器、至少一个陀螺仪传感器、至少一个三轴加速度传感器；所述无线定位模块通过与定位分站进行无线电波通信进行测距；所述测距传感器通过发射和接收测距信号测量定位装置与巷道壁、巷道顶板或巷道底板的距离；所述磁力传感器用于测量定位装置的方向；所述陀螺仪传感器和三轴加速度传感器用于测量定位装置的方向、移动速度和姿态数据；所述系统通过无线定位模块的测距数据获得定位装置沿巷道轴向的一维位置数据，或水平平面的轴向和径向二维位置数据，通过磁力传感器或陀螺仪传感器获得定位装置的方向数据，再参考测距传感器测距数据获得定位装置的三维位置数据；系统通过无线定位模块与定位分站进行无线通信，定位分站通过通信网络与定位服务器和数字孪生地图进行通信；所述系统定位过程为：
(1)定位装置与相邻的两个定位分站A和B进行测距通信，获得定位装置与A和B的直线距离dA和dB；
(2)系统依据以上步骤获得的dA和dB，和所述定位分站A、B的水平平面坐标(xA,yA)、(xB,yB)，计算获得坐标(xm,ym)，具体算法为
Figure GDA0003292181570000021
(3)定位装置通过测距传感器测量与巷道顶板或巷道底板的距离dH，及与巷道壁的距离dL；
(4)获取定位装置方向；
(5)根据定位装置方向，判定dL为定位装置与哪一侧巷道壁的距离；
(6)根据dL对坐标(xm,ym)值进行校验，确定定位装置的水平二维坐标(xM,yM)；
(7)参考所在巷道顶板或巷道底板的垂直坐标zT或zR，以zT-dH或zR+dH作为定位装置垂直坐标zM，获得定位装置的三维坐标(xM,yM,zM)；以上步骤的坐标系为巷道局部坐标系，以定位分站所在巷道的轴向为坐标X轴，以巷道径向水平坐标为坐标Y轴，以巷道垂直坐标为坐标Z轴；
(8)系统通过数字孪生地图将步骤(7)获得的三维坐标(xM,yM,zM)转换为矿井全局坐标数据或标准经纬度数据，并由数字孪生地图为定位服务器和监控终端提供地理信息和定位装置的位置数据服务；
(9)定位服务器为监控终端提供数据服务；
(10)监控终端为用户提供监控人机交互服务。
1.所述的三维精确定位系统进一步包括：所述定位装置包括姿态校正模块，姿态校正模块用于调整测距传感器的三维角度，保证用于测量定位装置与顶板或底板距离的测距传感器测距探头垂直于顶板或底板，保证用于测量定位装置与巷道壁距离的测距传感器测距探头与巷道壁垂直。
2.所述的三维精确定位系统进一步包括：所述定位装置根据磁力传感器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器数据获得定位装置坐标系与地理坐标系的夹角，通过数字孪生地图获得当前巷道坐标系与地理坐标系的夹角，计算定位装置坐标系与巷道局部坐标系的夹角，姿态校正模块根据夹角调整传感器的三维角度。
3.所述的三维精确定位系统进一步包括：所述姿态校正模块调整三维角度的参考数据包括，两个平行安装的测距传感器的测距数据dLA、dLB，和安装距离dLAB；所述姿态校正模块调整三维角度方法包括，当满足
Figure GDA0003292181570000031
则调整测距传感器转动角度
Figure GDA0003292181570000032
式中θZt为设定阈值。
4.所述的三维精确定位系统进一步包括：当所述定位装置用于监测默认运动高度不变的移动目标定位时，可不安装或不使用测量顶板和底板距离的测距传感器，所述定位过程步骤(7)中的定位装置垂直坐标zM＝dR1，dR1为定位装置在移动目标上的安装高度。
5.所述的三维精确定位系统进一步包括：在巷道间隔设定距离安装定位分站，相邻定位分站分别安装在不同侧的巷道壁上；当相邻定位分站安装在同侧巷道壁或平行于巷道安装时，系统可设定所述定位过程步骤(6)中yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定。
6.所述的三维精确定位系统进一步包括：所述定位过程步骤(6)的方法包括，当满足
Figure GDA0003292181570000033
或dA+dB＜|x2-x1|-Q2时，yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定；上式中LM为巷道宽度，Q1、Q2为设定阈值。
7.所述的三维精确定位系统进一步包括：系统通过定位装置历史位置移动记录获得定位装置方向，并定时通过磁力传感器或陀螺仪传感器对定位装置的方向数据进行校准。
8.所述的三维精确定位系统进一步包括：所述陀螺仪传感器和三轴加速度传感器所测量的方向、移动速度用于定位装置的惯性导航定位；所述定位装置具有数据存储元件，当定位装置无法与定位分站通信时，使用陀螺仪传感器和三轴加速度传感器进行惯性导航定位，并定时将位置数据存储到存储元件，当定位装置与定位分站恢复通行后，将所存储的位置数据上传到定位服务器。
9.所述的三维精确定位系统进一步包括：所述测距传感器包括激光测距传感器、毫米波测距传感器、超声波测距传感器中的一种或多种传感器。
10.所述的三维精确定位系统进一步包括：当所述定位过程步骤(1)中定位装置只能获得与定位分站A的直线距离dA，则不执行步骤(2)，步骤(6)中xM＝xA+dA或xM＝xA-dA，yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定。
所述的三维精确定位系统具有以下特点：
1.利用定位分站在矿井二维空间分布的方法，运用现有无线电波测距的技术，实现了移动目标二维初步定位。
2.充分利用陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和磁力传感器数据，实现了移动目标实时方向监测。
3.充分利用陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和磁力传感器数据，在无线电波测距和无线通信的条件下自动进行定位并存储，当可通信时自动上传，保证定位数据记录完整。
4.根据实时方向数据、数字孪生地图和测距传感器数据，获得移动目标与巷道壁距离用于二维和三维定位。
5.定位装置具有姿态校正模块，并通过传感器采集感知数据，通过数据通信网络获取共享数据，通过处理器处理和进行实时控制，保证了水平和垂直方向测距数据的有效性，进而保障移动目标的二维和三维定位的可靠性和精确性。
附图说明
图1一种井下三维精确定位系统实施示例1示意图。
图2一种井下三维精确定位系统的定位装置原理示意图。
图3定位装置坐标系示意图。
图4一种井下三维精确定位系统的定位装置实施示例1结构示意图。
图5一种井下三维精确定位系统的定位装置实施示例2结构示意图。
图6一种井下三维精确定位系统的巷道局部坐标系示意图。
图7一种井下三维精确定位系统的定位流程示意图。
图8一种井下三维精确定位系统实施示例2示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述一种井下三维精确定位系统实施示例1如图1所示，图中上部所示设备(101)、(102)、(103)、(104)为井上设备，图中下部为井下巷道俯视剖面图，系统主要组成包括：
1.数字孪生地图服务器(101),负责为定位装置、定位存储服务器和监控终端提供定位和地图显示的数据服务，局部坐标和全局坐标转换的数据服务，和地图显示的数据服务。数字孪生地图服务器使用三维GIS平台，存储矿井的相关的三维矿井数据，地理信息数据、分站及井下设备的三维位置数据。
2.定位服务器(102)，负责接收存储由定位分站、数字孪生地图服务器发送的定位装置定位相关数据，并为定位装置、定位分站、数字孪生地图服务器提供定位相关数据管理和通信服务，并为监控终端提供调取查询服务。
3.监控终端(103)，生产管理人员通过监控终端访问定位服务器实现对井下移动目标的实时监控，，并通过监控终端对数字孪生地图服务器进行数据管理和更新维护。监控终端具有数字孪生地图地图显示，移动目标位置及资料显示查询，移动目标位置统计，具有历史位置追踪查询等相关人机交互服务功能。
4.交换机(104)，通信网络的管理和核心数据交换设备，负责所有接入通信网络的设备的数据交换。
5.定位分站(105)，负责对定位装置进行无线通信与定位，由交/直流电转换设备供电，与交换机通过有线方式连接通信。
6.定位装置(106)，与定位分站进行无线通信，由需被定位的井下移动目标(107)安装携带。
一种井下三维精确定位系统所述定位装置原理组成如图2所示，包括：
1.处理器(201)，负责接收和处理无线定位模块、测距传感器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、磁力传感器的数据，进行局部坐标定位相关的基本数据处理，还负责对姿态校正模块进行控制，当定位装置无法与定位分站通信时，通过处理对陀螺仪传感器和三轴加速度传感器数据，进行惯性导航定位。处理器采用意法公司的32位cortex-m3芯片Stm32f103rbt6，最高工作频率72MHz，128K Byte的程序存储空间，20K Byte SRAM，支持多种低功耗模式。
2.无线定位模块(202)，负责定位测距和无线通信所需的无线电波信号发送与接收，可进行基本无线测距，主要包括通信芯片和天线。通信芯片采用DecaWave公司的DW1000芯片，支持IEEE802.15.4-2011协议，具有UWB信号的收发功能，支持6个射频带宽，带宽可选择500MHZ和900MHz两种，采用Partron的ACS5200HFAUWB陶瓷天线，通过柔性专用转接线与主板上DW1000引出的接口连接。
3.电源单元(203)，包括电池、电压转换和电池充电管理部分，电池使用锂离子蓄电池。电压转换负责将锂电池输出电压转换为其它单元元件所需电压，采用SG2020电源芯片。电池充电管理核心芯片采用TP4056锂电池充电管理芯片。
4.辅助单元(204)，负责辅助处理器运行和数据存储。辅助单元包括存储单元，用于处理器处理数据存储和设备识别信息的存储，当定位装置无法与定位分站通信时，还对通过惯性导航获得定位数据进行存储。存储芯片采用24C512，通过I2C总线与处理器通信。辅助单元包括还包括时钟，采用振荡频率为38.4MHz的石英晶振。
5.测距传感器(205)，用于10m以下局部精确测距，可使用激光测距传感器、毫米波测距传感器、超声波测距传感器中的一种或多种传感器。
6.陀螺仪传感器(206)，选取反应速度快，检测精度高的三轴陀螺仪传感器，可采用InvenSense公司生产的MPU3050三轴陀螺仪芯片。该芯片特性为运动感测范围广，由250到2000°/sec，敏感度较高，出厂前校准至1％的敏感度，所采集的信号为数字信号，采集结果通过I2C串行数据通信传输给处理器。
7.磁力传感器(207)，磁力传感器选取HMC5883L芯片，该芯片精度较高，抗干扰能力强，敏感度较高，所采集的信号为三轴数字信号，采集结果通过I2C串行数据通信传输给处理器。
8.三轴加速度传感器(208)，三轴加速度传感器选取LIS3DH芯片，该芯片特性为运动感测范围广，敏感度较高，所采集的信号为数字信号，采集结果通过I2C串行数据通信传输给处理器。以上陀螺仪传感器、磁力传感器和三轴加速度传感器也可采用集成芯片，如MPU9250芯片，采集信号为数字信号，采集结果通过I2C串行数据通信传输给处理器。使用前需测量三轴陀螺仪传感器轴向相对地理坐标系的偏移程度，根据偏移程度对最终结果进行补偿。
9.姿态校正模块(209)，姿态校正模块用于调整测距传感器的角度，使测距传感器自动恢复所需姿态，保证测距传感器的测距探头与被测面垂直；姿态校正模块核心部分包括舵机控制器和三台舵机，舵机转动轴与定位装置三维坐标系的坐标轴平行，舵机由舵机控制器发送的不同长度的脉冲控制信号控制转动角度；舵机控制器与处理器通过通信接口连接通信，舵机控制器可控制多个舵机转动。
定位装置坐标系示意图如图3所示，定位装置坐标系主要用于调整测距传感器姿态的数据处理，定位装置坐标系应参考主机箱内的三轴加速度传感器、磁力传感器、陀螺仪转轴进行确定，三个传感器的各轴应尽量重合，如不重合需进行换算补偿。本示例三个传感器采用集成芯片(301)，各传感器三轴完全重合，定位装置坐标系与传感器三轴重合。
一种井下三维精确定位系统的定位装置实施示例1结构如图3所示。
1.主机箱(401)，定位装置的无线定位模块、电源单元、辅助单元、处理器等单元、陀螺仪传感器、磁力传感器、三轴加速度传感器、舵机控制器等的电路板和元件均安装于主机箱。如图4所示
2.Zt轴舵机(402)，舵机的转动轴沿Zt轴转动，转动轴连接传感器支架(404)。
3.云台底座(403)，姿态校正模块的机械组成部分，固定连接在Zt轴舵机(402)转动轴上，承载Yt轴舵机(404)。
4..Yt轴舵机(404)，舵机的转动轴沿Yt轴转动，转动轴连接俯仰云台支架(405)。
5.Yt轴云台支架(405)，姿态校正模块的机械组成部分，固定连接在Yt轴舵机(404)的转动轴上，承载Xt轴舵机(406)。
6.Xt轴舵机(406)，舵机的转动轴沿Yt轴转动，转动轴连接Xt轴云台支架(407)。
7.Xt轴云台支架(407)，姿态校正模块的机械组成部分，固定连接在Xt轴舵机(406)的转动轴上，承载传感器支架(408)。
8.传感器支架(408)，姿态校正模块的机械组成部分，固定连接在Xt轴云台支架上(407)，用于直接承载水平测距传感器(409)和垂直测距传感器(410)，测距探头水平朝向巷道壁和顶板，采集定位装置与巷道壁、顶板的距离。
9.水平测距传感器(409)，固定连接在传感器支架(408)上，测距探头垂直朝向巷道壁，采集定位装置与巷道壁的距离。
10.垂直测距传感器(410)，固定连接在传感器支架(408)，测距探头垂直朝向顶板，采集定位装置与顶板的距离。
实际应用中，处理器采集并处理磁力传感器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器数据获得定位装置坐标系与地理坐标系的夹角，与数字孪生地图服务器通信，获得当前巷道坐标系与地理坐标系的夹角。计算定位装置坐标系与巷道局部坐标系的夹角，根据夹角控制舵机转动角度，以调整传感器的三维角度，使水平测距传感器(409)的测距探头垂直朝向巷道壁，垂直测距传感器(410)的测距探头垂直朝向顶板。
一种井下三维精确定位系统的定位装置实施示例2结构如图5所示，本实施示例与实施示例1的区别在于增加了一个水平测距传感器(411)，和两个垂直测距传感器(412)、(413),位置分布如图所示。在此实施示例中，调整传感器姿态时无需计算定位装置坐标系与巷道局部坐标系的夹角，而是根据(409)和(411)所采集的距离数据的差值调整Zt轴舵机转动角度，根据(410)和(412)所采集的距离数据的差值调整Xt轴舵机转动角度，根据(410)和(413)所采集的距离数据的差值调整Yt轴舵机转动角度，保证差值小于设定阈值。设(409)、(411)、(410)、(412)、(413)的测距数据分别为dLA、dLB、dTA、dTB、dTC，(409)和(411)间隔距离为dlAB，(410)和(412)间隔距离为dtAB，(410)和(413)间隔距离为dtAC，以图3所示的定位装置坐标系的轴为转动轴，如图所示的转动方向为转动正方向，即遵循右手法则的转动方向为转动正方向，则调整传感器姿态的具体方法为：
1.当
Figure GDA0003292181570000081
则调整Zt轴舵机转动角度
Figure GDA0003292181570000082
2.当
Figure GDA0003292181570000083
则调整Xt轴舵机转动角度
Figure GDA0003292181570000084
3.当
Figure GDA0003292181570000085
则调整Yt轴舵机转动角度
Figure GDA0003292181570000086
式中θZt、θXt、θYt为设定阈值。
一种井下三维精确定位系统的巷道局部坐标系示意图如图6所示。巷道局部坐标系以巷道的轴向为坐标X轴，以巷道径向水平坐标为坐标Y轴，以巷道垂直坐标为坐标Z轴。
一种井下三维精确定位系统的定位流程示例如图7所示，示例中涉及图6所示的巷道局部坐标，定位装置M在巷道中相邻定位分站为A和B，A和B局部坐标的水平平面坐标为(xA,yA)、(xB,yB)，本示例局部坐标定位运算主要由定位装置执行，在A和B之间的巷道区域中，定位装置记录存储内容包括当前巷道坐标系与地理坐标系的夹角，所述夹角由数字孪生地图服务器提供。
1.(701)定位装置与相邻的两个定位分站A和B进行测距通信，获得定位装置与A和B的直线距离dA和dB。
2.(702)系统依据以上步骤获得的dA和dB，和所述定位分站A、B的水平平面坐标(xA,yA)、(xB,yB)，计算获得坐标(xm,ym)，具体算法为
Figure GDA0003292181570000087
3.(703)判定是否满足min(xA,xB)≤xm＜max(xA,xB)且min(yA,yB)≤ym＜max(yA,yB)，如满足则执行步骤(704)，如不满足条件或无解，则判定测距无线电波信号被遮挡或干扰，返回执行步骤(701)。
4.(704)定位装置通过测距传感器测量采集与巷道顶板或巷道底板的距离dH，及与巷道壁的距离dL。
5.(705)定位装置通过磁力传感器、陀螺仪传感器数据获取定位装置的地理坐标系方向。
6.(706)根据定位装置的地理坐标系方向，以及当前巷道坐标系与地理坐标系夹角，判定dL为定位装置与哪一侧巷道壁的距离。
7.(707)根据dL对坐标(xm,ym)值进行校验，确定定位装置的水平二维坐标(xM,yM)；当满足
Figure GDA0003292181570000091
或dA+dB＜|x2-x1|-Q2时，yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定；上式中LM为巷道宽度，Q1、Q2为设定阈值。
8.(708)参考所在巷道顶板或巷道底板的垂直坐标zT或zR，以zT-dH或zR+dH作为定位装置垂直坐标zM，获得定位装置的巷道坐标系的三维坐标(xM,yM,zM)。
9.(709)系统通过数字孪生地图将步骤(608)获得的三维坐标(xM,yM,zM)转换为矿井全局坐标数据或标准经纬度数据，并由数字孪生地图为定位服务器和监控终端提供地理信息和定位装置的位置数据服务。
(710)定位服务器为监控终端提供数据服务。
(711)监控终端为用户提供监控人机交互服务。
一种井下三维精确定位系统实施示例2如图8所示，在本实施示例中相邻定位分站安装在同侧巷道壁，且移动目标的运动高度不变。定位系统设定yM值根据定位装置方向、巷道壁L纵坐标和dL确定，设图中左侧的定位装置与巷道壁L的距离为dL1，巷道壁L纵坐标为dHL，则YM＝dHL+dL1；设图中右侧的定位装置与巷道壁R的距离为dL2，巷道壁R纵坐标为dHR，，则YM＝dHR-dL2；zM值根据定位装置在移动目标上的安装高度dR1确定，zM＝dR1。

Claims (12)

1.一种井下三维精确定位系统，其特征在于：所述系统包括数字孪生地图、定位服务器、监控终端、通信网络、定位分站、定位装置；所述定位装置包括至少一个无线定位模块、至少一个测距传感器、至少一个磁力传感器、至少一个陀螺仪传感器、至少一个三轴加速度传感器；所述无线定位模块通过与定位分站进行无线电波通信进行测距；所述测距传感器通过发射和接收测距信号测量定位装置与巷道壁、巷道顶板或巷道底板的距离；所述磁力传感器用于测量定位装置的方向；所述陀螺仪传感器和三轴加速度传感器用于测量定位装置的方向、移动速度和姿态数据；所述系统通过无线定位模块的测距数据获得定位装置沿巷道轴向的一维位置数据，或水平平面的轴向和径向二维位置数据，通过磁力传感器或陀螺仪传感器获得定位装置的方向数据，再参考测距传感器测距数据获得定位装置的三维位置数据；系统通过无线定位模块与定位分站进行无线通信，定位分站通过通信网络与定位服务器和数字孪生地图进行通信；所述系统定位过程为：
(1)定位装置与相邻的两个定位分站A和B进行测距通信，获得定位装置与A和B的直线距离dA和dB；
(2)系统依据以上步骤获得的dA和dB，和所述定位分站A、B的水平平面坐标(xA,yA)、(xB,yB)，计算获得坐标(xm,ym)，具体算法为
Figure FDA0004163113010000011
(3)定位装置通过测距传感器测量与巷道顶板或巷道底板的距离dH，及与巷道壁的距离dL；
(4)获取定位装置方向；
(5)根据定位装置方向，判定dL为定位装置与哪一侧巷道壁的距离；
(6)根据dL对坐标(xm,ym)值进行校验，确定定位装置的水平二维坐标(xM,yM)；
(7)参考所在巷道顶板或巷道底板的垂直坐标zT或zR，以zT-dH或zR+dH作为定位装置垂直坐标zM，获得定位装置的三维坐标(xM,yM,zM)；以上步骤的坐标系为巷道局部坐标系，以定位分站所在巷道的轴向为坐标X轴，以巷道径向水平坐标为坐标Y轴，以巷道垂直坐标为坐标Z轴；
(8)系统通过数字孪生地图将步骤(7)获得的三维坐标(xM,yM,zM)转换为矿井全局坐标数据或标准经纬度数据，并由数字孪生地图为定位服务器和监控终端提供地理信息和定位装置的位置数据服务；
(9)定位服务器为监控终端提供数据服务；
(10)监控终端为用户提供监控人机交互服务。
2.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述定位装置包括姿态校正模块，姿态校正模块用于调整测距传感器的三维角度，保证用于测量定位装置与顶板或底板距离的测距传感器测距探头垂直于顶板或底板，保证用于测量定位装置与巷道壁距离的测距传感器测距探头与巷道壁垂直。
3.如权利要求2所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述定位装置根据磁力传感器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器数据获得定位装置坐标系与地理坐标系的夹角，通过数字孪生地图获得当前巷道坐标系与地理坐标系的夹角，计算定位装置坐标系与巷道局部坐标系的夹角，姿态校正模块根据夹角调整传感器的三维角度。
4.如权利要求2所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述姿态校正模块调整三维角度的参考数据包括，两个平行安装的垂直朝向顶板或底板的测距传感器数据的差。
5.如权利要求2所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述姿态校正模块调整三维角度的参考数据包括，两个平行安装的垂直朝向巷道壁的测距传感器数据的差。
6.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：当所述定位装置用于监测默认运动高度不变的移动目标定位时，可不安装或不使用测量顶板和底板距离的测距传感器，所述定位过程步骤(7)中的定位装置垂直坐标zM＝dR1，dR1为定位装置在移动目标上的安装高度。
7.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：在巷道间隔设定距离安装定位分站，相邻定位分站分别安装在不同侧的巷道壁上；当相邻定位分站安装在同侧巷道壁或平行于巷道安装时，系统可设定所述定位过程步骤(6)中yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定。
8.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述定位过程步骤(6)的方法包括，当满足
Figure FDA0004163113010000021
或dA+dB＜|xB-xA|-Q2时，yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定；上式中LM为巷道宽度，Q1、Q2为设定阈值。
9.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：系统通过定位装置历史位置移动记录获得定位装置方向，并定时通过磁力传感器或陀螺仪传感器对定位装置的方向数据进行校准。
10.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述陀螺仪传感器和三轴加速度传感器所测量的方向、移动速度用于定位装置的惯性导航定位；所述定位装置具有数据存储元件，当定位装置无法与定位分站通信时，使用陀螺仪传感器和三轴加速度传感器进行惯性导航定位，并定时将位置数据存储到存储元件，当定位装置与定位分站恢复通行后，将所存储的位置数据上传到定位服务器。
11.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：所述测距传感器包括激光测距传感器、毫米波测距传感器、超声波测距传感器中的一种或多种传感器。
12.如权利要求1所述的三维精确定位系统，其特征在于：当所述定位过程步骤(1)中定位装置只能获得与定位分站A的直线距离dA，则不执行步骤(2)，步骤(6)中xM＝xA+dA或xM＝xA-dA，yM值根据定位装置方向、巷道壁纵坐标和dL确定。
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