CN115790646A - 采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法、移动载体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法、移动载体。惯性导航精度测评系统包括：移动载体，待测的惯性导航、RTK‑GNSS移动站、电控箱均设置在移动载体上；固定的轨道，用以模拟采煤机的运行轨迹，移动载体能够在轨道的两端之间沿轨道往复运行；RTK‑GNSS基站，RTK‑GNSS基站和RTK‑GNSS移动站匹配构成RTK‑GNSS测绘系统，RTK‑GNSS基站独立于移动载体以及轨道而设置于开阔场景；上位机用于接收和处理来自惯性导航的第一测量数据以及来自RTK‑GNSS测绘系统的第二测量数据，并且评估惯性导航的精度。本发明能够实现惯性导航的长时间慢速反复测试，并且能够模拟采煤机在井下作业运行状况，使测评数据更精确、可靠。

Description

采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法、移动载体

【技术领域】

本发明涉及惯性导航技术领域；具体地，本发明涉及采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法、移动载体。

【背景技术】

惯性导航技术是无源导航，导航设备不需要向外界发射任何信号，也不需要实时接收外界信号，只需要给导航系统提供一次初始的位置，导航系统就可以在任何外界环境下(比如振动、冲击、湿热、雾气、粉尘等)连续测量位置和姿态，无惧地形的起伏和倾斜，并根据需要按照要求进行信息输出。

惯性导航系统以其可以提供导航信息的全面性和自主性，使其在生产作业环境非常恶劣的矿井中采煤机定位上的应用成为可能。采煤机在井下作业需要铺设轨道，在实际采煤过程中，采煤机采煤时进刀需要一定的角度，因此需要对轨道进行调整，但实际的调整会有误差。由于采煤的工作面很长，该误差会不断累积，使得轨道弯曲不平。采煤机惯性导航通过测算采煤机的运行轨迹，能够反推实际轨道的曲线，从而对轨道进行补偿，以维持轨道的在可接受的范围内保持动态平衡。

因此，在采煤机惯性导航的精度对于煤矿的开采显得尤为重要。目前现有的惯性导航的精度测评中，如授权公告号为CN108896042B、授权公告日为2021年6月29日的中国发明专利，将测试设备带坐标的步行结果信息与采用RTK-GNSS(实时动态测量-全球导航卫星系统)的高精度定位设备的步行结果信息进行对比，得出精确的误差统计。其模拟无卫星信号的步行惯性导航测试方法不符合采煤矿下作业的复杂环境。

因此，亟需一种能够符合采煤矿下作业的复杂环境的用于采煤机惯性导航的精度测评系统及测评方法、移动载体。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法、移动载体，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。

为了实现前述目的，本发明的第一方面提供一种采煤机惯性导航精度测评系统，其中，所述惯性导航精度测评系统包括：

移动载体，待测的惯性导航设置在所述移动载体上，并且在所述移动载体上还设置有RTK-GNSS移动站以及用于控制所述移动载体的启停和速度的电控箱；

固定的轨道，所述轨道用以模拟采煤机的运行轨迹，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行；

RTK-GNSS基站，所述RTK-GNSS基站和所述RTK-GNSS移动站匹配构成RTK-GNSS测绘系统，所述RTK-GNSS基站独立于所述移动载体以及所述轨道而设置于开阔场景；以及

上位机，所述上位机用于接收和处理来自所述惯性导航的第一测量数据以及来自所述RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据，并且，基于所述第一测量数据生成所述移动载体的第一运行轨迹作为待测数据，基于所述第二测量数据生成所述移动载体的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于所述待测数据和所述基准数据评估所述惯性导航的精度。

在如前所述的惯性导航精度测评系统中，可选地，所述上位机设置在所述移动载体上或者相对于所述移动载体远程设置。

在如前所述的惯性导航精度测评系统中，可选地，所述惯性导航的位置始终贴近所述轨道。

在如前所述的惯性导航精度测评系统中，可选地，所述移动载体具有前轮、后轮及载体平台，所述前轮和所述后轮能够沿所述轨道行进并且分别位于所述载体平台的前后两端处，所述载体平台紧邻地凹入在所述前轮和所述后轮之间，并且所述惯性导航设置在所述载体平台上。

在如前所述的惯性导航精度测评系统中，可选地，所述轨道的两端处均设置有限位装置，在所述移动载体上设置有限位开关，当所述移动载体运行到所述轨道的两端时，所述限位装置触发所述限位开关从而触发所述电控箱停止所述移动载体或者使所述移动载体反向移动。

为了实现前述目的，本发明的第二方面提供一种移动载体，其中，所述移动载体用于采煤机惯性导航精度测评系统，所述惯性导航精度测评系统包括：

所述移动载体；

固定的轨道，所述轨道用以模拟采煤机的运行轨迹，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行；

RTK-GNSS测绘系统，所述RTK-GNSS测绘系统由RTK-GNSS移动站和RTK-GNSS基站匹配构成，所述RTK-GNSS基站独立于所述移动载体以及所述轨道而设置于开阔场景；以及

上位机，所述上位机用于接收和处理来自待测的惯性导航的第一测量数据以及来自所述RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据，并且，基于所述第一测量数据生成所述移动载体的第一运行轨迹作为待测数据，基于所述第二测量数据生成所述移动载体的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于所述待测数据和所述基准数据评估所述惯性导航的精度，

其中，所述惯性导航和所述RTK-GNSS移动站设置在所述移动载体上，并且在所述移动载体上还设置有用于控制所述移动载体的启停和速度的电控箱。

在如前所述的移动载体中，可选地，所述移动载体上还设置有所述上位机。

在如前所述的移动载体中，可选地，所述移动载体具有前轮、后轮及载体平台，所述前轮和后轮能够沿所述轨道行进并且分别位于所述载体平台的前后两端处，所述载体平台紧邻地凹入在所述前轮和所述后轮之间，并且所述惯性导航设置在所述载体平台上，使得所述惯性导航的位置始终贴近所述轨道。

为了实现前述目的，本发明的第三方面提供一种采煤机惯性导航精度测评方法，其中，所述惯性导航精度测评方法包括以下步骤：

步骤A：设置移动载体及固定的轨道，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行，在所述移动载体上装载有待测的惯性导航和RTK-GNSS移动站，所述轨道用于模拟采煤机的运行轨迹；

步骤B：在开阔场景下设置RTK-GNSS基站，使所述RTK-GNSS基站和所述RTK-GNSS移动站匹配构成RTK-GNSS测绘系统；

步骤C：所述RTK-GNSS基站上电启动并且观察接收卫星信号；

步骤D：所述移动载体上电，并且所述RTK-GNSS移动站启动，在所述轨道上静态测试选取测评的点位；

步骤E：启动所述移动载体，使所述惯性导航在静止状态完成初始对准，然后在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行所述移动载体，同时记录在所述点位处所述惯性导航的第一测量数据与所述RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据；

步骤F：基于所述第一测量数据生成所述移动载体的第一运行轨迹作为待测数据，基于所述第二测量数据生成所述移动载体的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于所述待测数据和所述基准数据评估所述惯性导航的精度。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，所述移动载体的运行速度在3米每分钟至20米每分钟之间，每次测试的时间周期在6至8小时之间。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，所述点位为所述RTK-GNSS测绘系统的测绘误差波动在厘米级别的点位。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，所述惯性导航始终贴近所述轨道设置于所述移动载体。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，所述移动载体具有前轮、后轮及载体平台，所述前轮和后轮能够沿所述轨道行进并且分别位于所述载体平台的前后两端处，所述载体平台紧邻地凹入在所述前轮和所述后轮之间，并且所述惯性导航设置在所述载体平台上。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，所述步骤F为在线或者离线进行。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，在所述步骤F中，对所述待测数据与所述基准数据进行偏差计算统计，所述偏差计算统计包括整体轨迹偏差的均方根误差和偏差最大值。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，在所述步骤F中，将所述待测数据与所述基准数据的起点和终点分别对齐，然后统计在所有所述点位处的均方根误差和偏差最大值。

在如前所述的惯性导航精度测评方法中，可选地，在所述步骤F中，将所述惯性导航两次测量的所述待测数据进行偏差计算统计，所述偏差计算统计包括整体轨迹偏差的均方根误差和偏差最大值。

本发明的采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法，通过移动载体、固定的轨道的相互配合模拟采煤机在井下作业的状况与环境，并且根据RTK-GNSS测绘系统的数据评估惯性导航的数据，以测评惯性导航的精度。基于上述采煤机惯性导航精度测评系统、测评方法，本发明的同时提供了一种移动载体，该移动载体适用于上述采煤机惯性导航精度测评系统以实现其有益效果和优点。本发明可以实现惯性导航的长时间慢速反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。

【附图说明】

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的一个实施例的示意图，其中示出了移动载体及轨道；

图2为图1中移动载体在轨道的弯曲段的示意图；

图3为本发明的移动载体的另一实施例在轨道的弯曲段的示意图；

图4为本发明的采煤机惯性导航精度测评方法的一个实施例的流程图；

图5为本发明的采煤机惯性导航精度测评轨迹整体绝对偏差评估示意图；

图6为本发明的采煤机惯性导航精度测评轨迹偏离度评估示意图；以及

图7为本发明的采煤机惯性导航精度测评轨迹重复度评估示意图。

附图标记：10-移动载体；11-前轮；12-后轮；13-载体平台；14-限位开关；20-惯性导航；30-RTK-GNSS移动站；31-RTK-GNSS基站；40-电控箱；50-上机位；60-轨道；61-限位装置；A-起点；B-真实终点；B’-计算终点；n-点位。

【具体实施方式】

参照附图和具体实施例，下面将以示例方式来说明根据本发明的采煤机惯性导航精度测评系统及测评方法、移动载体。此外，对于在本文提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而应当认为这些根据本发明的更多实施例也是在本文的记载范围之内。

还需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“高”、“低”等指示的方位或位置关系为基于附图所示即采煤机惯性导航精度测评系统中移动载体的相对上下、前后、高低方向的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，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，因此不能理解为对本公开的限制。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

图1为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的一个实施例的示意图，其中示出了移动载体；图2为图1中移动载体在轨道的弯曲段的示意图；图3为本发明的移动载体的另一实施例在轨道的弯曲段的示意图。

从图中可以看出，所述惯性导航精度测评系统包括移动载体10、轨道60、RTK-GNSS基站31以及上位机50。在移动载体10上设置有RTK-GNSS移动站30，RTK-GNSS移动站30用于与RTK-GNSS基站匹配构成RTK-GNSS测绘系统。在移动载体10上还设置有待测的惯性导航20和电控箱40。上位机50可以设置在移动载体10上或者远程地独立设置。

所述移动载体10用以模拟采煤机，其能够沿轨道60往复运行。惯性导航20设置在该移动载体10上。在移动载体10往复运行于轨道60上的同时，惯性导航20能够监测该移动载体10的运行轨迹，并将所监测出的数据输出为第一测量数据。

移动载体10的具体形式不限。如图2的实施例中，其可以呈小车的形式，包括车轮和其所承载的载体平台13，各种部件如惯性导航20、RTK-GNSS移动站30、电控箱40、上位机50等可以布置在载体平台上。小车能够通过车轮在轨道60上行走。从图2的实施例可以清楚地看出，载体平台13较长，使得前轮11与后轮12之间的距离也较长，从而使得在移动载体13上的惯性导航20在轨道60的弯曲段上略偏离轨道60，从而使得惯性导航20在轨道60的弯曲段上测得的数据略有偏差。为了解决上述问题，可以采用如图3的实施例，仅将惯性导航20设置在车轮之间的载体平台13上，以缩短载体平台、缩短前后车轮之间的距离，使前后车轮之间的距离基本上等于惯性导航的长度，减小惯性导航20相对于轨道60的偏离，从而提高其测量精度。RTK-GNSS移动站30可以设置在惯性导航20顶上；其它部件例如电控箱40、上位机50等可以设置在移动载体10的前端或后端、而不设置在前后车轮之间。RTK-GNSS移动站30的位置靠近惯性导航20，有利于增加测评的准确性。

根据图1的实施例中，轨道60为固定的轨道。相对于非固定轨道每次都要RTK-GNSS或者全站仪的棱镜去做基准数值然后用惯性导航与其对比而言，本实施例中的固定轨道，则可以重复利用，使用方便且成本低，在建立起实验平台后可以重复多次使用，并且避免了不同操作人员操作RTK-GNSS或棱镜的水平不同导致的误差波动。在本实施例中，固定轨道将把测试的过程标准化，对操作人员要求低，有利于得出更加客观的结果。

在不同的实施例中，其可以为弯的轨道，用以模拟采煤机在井下作业时所可能的起伏、弯曲的运行轨迹。从图中可以看出，该轨道60可以具有高低起伏段，也可以具有左右弯曲段，并且还可以同时具有高低起伏和左右弯曲的段。在此，并不排除轨道60具有局部的直段。

该移动载体10能够在该轨道60的两端之间沿轨道60往复运行，用以模拟采煤机在井下作业的实际运行状况。该固定的轨道60能够固定移动载体10的运行路线，以减少运行路线对惯性导航20精度测评的影响，再通过移动载体10的往复运行，对惯性导航20的进行反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。

在实际运用中，还可以对固定轨道60进行建模，可以更具象地对比惯性导航20所测出的轨迹的精确度。在可选的实施例中，轨道60也可以为可移动的轨道，以模拟矿下采煤机的可推动的轨道。并且该轨道60可以为单轨道，该单轨道结构简单、材料节省，通过移动载体10抱紧轨道，其能够随着该轨道60的高低起伏平稳地上坡和下坡，不易侧翻。在采煤机惯性导航精度测评中，移动载体10运行越平稳，就越能排除移动载体10的晃动对于测评结果的影响，从而能够更精确测评出惯性导航20的精度。

在可选的实施例中，该轨道60也可以为双轨道、多轨道等。在一些情况下，相应的移动载体10可以具有相对简单的结构设计，有益于简化制造难度、节省成本。

在可选的实施例中，该轨道60可以由主支撑杆固定，该主支撑杆的上端连接该轨道60，该主支撑杆的下端垂直固定在地面上。为了让轨道60更稳固地固定在地面上，可以再设置一根或两根辅支撑杆，交叉固定在主支撑杆上，形成三角支撑。在具体运用中，该轨道60的高处可以采用上述三角支撑固定，在该轨道60的低处，可以仅采用两根支撑杆固定，以节省材料。

可选地，在实际运用中也可以采用更多根支撑杆进行固定，该些支撑杆相互形成夹角，使轨道60能更牢固地固定在地面上。需要说明的是，上述的支撑杆的连接和固定方式可以为螺栓连接，也可以为绑定、铆钉、焊接等。

在图1的实施例中，如前所述，在移动载体10上还设置有电控箱40，用于控制移动载体10的启停和速度。工作人员可以对该电控箱进行远程控制、远程调节，或者通过计算机程序进行自行调节。

为了配合电控箱40的操作，轨道60的两端处可以均设置有限位装置61。相对应地，移动载体10上可以设置有限位开关14。当移动载体10运行到轨道60的两端时，限位装置61触发相应的限位开关14，从而触发电控箱40停止该移动载体10或者使该移动载体10反向移动。该电控箱40可以通过设置在其上的控制面板进行控制，也可以通过例如手机等移动终端进行远程控制。在其它实施例中，限位装置61也可以设置在轨道两端的侧旁能够触发限位开关14处。

从图中还可以看出，该移动载体10具有前轮11、后轮12，所述前轮11和所述后轮12能够沿轨道60行进，从而使得移动载体10沿轨道运行。在可选的实施例中，可以在前轮11和后轮12上各自分别安装电机，该移动载体10运行时，前后两个电机同时开启引导前轮11和后轮12转动，以保证该移动载体10运行的速度稳定。

在具体实施过程中，在该移动载体10上还可以进一步安装轮速编码器，该轮速编码器可以实时监控移动载体10的瞬时速度。该轮速编码器可以采用电池进行无源供电，从而不会对移动载体10在轨道60运行产生阻碍。在可选的实施例中，移动载体10也可以设置其它数量的一个或多个轮子，只要能够确保移动载体10在轨道60上平稳地运行即可。

根据图1的实施例，该移动载体10还具有载体平台13。如图中所示，所述前轮11和所述后轮12分别位于载体平台13的前后两端处，惯性导航20设置在该载体平台13上，位于前轮11和后轮12之间。该载体平台13紧邻地凹入在前轮11和后轮12之间，既能够缩小整个移动载体10的长度尺寸，又能够更加贴近轨道60，并且在该移动载体10运行过程中保持平稳。因此，在该载体平台13上的惯性导航20的位置也始终贴近轨道60，以确保惯性导航20在测评过程中能够尽量贴近轨道60、使其运行轨迹贴合轨道的轨迹。

如图中实施例所示，该惯性导航精度测评系统还包括RTK-GNSS基站31，对应地，在该移动载体10上还设置有RTK-GNSS移动站30。

该RTK-GNSS基站31独立于移动载体10以及轨道60，该RTK-GNSS基站31和RTK-GNSS移动站30匹配构成RTK-GNSS测绘系统，以监测RTK-GNSS移动站30的移动轨迹，从而得知移动载体10的运行轨迹。该RTK-GNSS测绘系统监测出的数据可以输出为第二测量数据。

该RTK-GNSS基站31应当设置于开阔场景，意即确保该RTK-GNSS基站31无任何建筑等的遮挡，以便更好地接收和校准GNSS对于RTK-GNSS移动站30定位的信号。基站一般需要接收大于25颗以上导航卫星信号。

根据该实施例，以RTK-GNSS测绘系统所测出第二测量数据作为基准数据。基于第一测量数据生成移动载体10的第一运行轨迹作为待测数据，基于第二测量数据生成移动载体10的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于该待测数据和基准数据可以评估惯性导航20的精度。该评估测评可以为在线或者离线进行，在实际测评过程中，可以根据具体需要进行选择。这些计算可以在上位机中进行；或者可以在与上位机连接的其它计算机或笔记本上进行；或者部分在上位机中进行部分在与其连接的其它计算机或笔记本上进行，并且可以在计算机或笔记本上进行直观的显示。

由于惯性导航的原理是测量XYZ三轴的角速度和加速度，该角速度测出来的时间积分就是角度，然后加速度测出来的时间积分是距离，通过距离和角度绘制挖煤机的行径路线。然后通过每个时刻挖煤机的速度和距离以及方向绘制出采煤机的运行的曲线来反推轨道的曲线。

根据惯性导航20的运算方法，可以得知移动载体10的运行速度越慢，会导致惯性导航20的精度越低。在该实施例中，为了更进一步测得惯性导航20的精度，设置移动载体10以较慢的速度在固定轨道上运行，该运行速度可以在3米每分钟至20米每分钟之间，以测评惯性导航20在低速情况下的精度。该运行速度同时也模拟了采煤机在井下作业时的运行速度，因此所监测出的第一测量数据更贴近实际情况，该测评数据能更精确地反映惯性导航20的精度，方便研发人员对惯性导航20进行调试。

在该实施例中，采煤机惯性导航精度测评系统每次测试的时间周期可以在6至8小时之间，以模拟真实井下采煤机的运行时间，即煤矿工人换班断电的时间。并且，本发明的采煤机惯性导航精度测评系统能够长时间慢速反复测试，在模拟采煤机在井下作业的同时进行重复验证，使测评数据更精确、可靠。在实际测试过程中，可以根据具体测评内容选择测试时间，可以选在0至8小时之间的任意时间。

根据图中的实施例，所述惯性导航精度测评系统还包括上位机50，该上位机50可以用于接收和处理来自惯性导航20的第一测量数据以及来自RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据，并且，基于第一测量数据生成移动载体10的第一运行轨迹作为待测数据，基于第二测量数据生成移动载体10的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于待测数据和基准数据评估惯性导航20的精度。

该上位机50可以如图中实施例设置在移动载体10上，直接与设置在移动载体10上的惯性导航20和RTK-GNSS测绘系统连接，以显示惯性导航20的第一测量数据生成移动载体10的第一运行轨迹曲线，和RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据生成移动载体10的第二运行轨迹曲线。

在可选的实施例中，该上位机50也可以在相对于移动载体10远程设置，以远程观察惯性导航20与RTK-GNSS测绘系统所监测到的移动载体10的运行情况，并且基于待测数据和基准数据评估惯性导航20的精度。该上位机50可以为电脑，也可以为移动设备等。

根据上述的惯性导航精度测评系统，本发明进一步提供了采煤机惯性导航精度测评方法。图4为本发明的采煤机惯性导航精度测评方法的一个实施例的流程图。由于该实施例的惯性导航精度测评方法采用上述的惯性导航精度测评系统，因此也具有上述测评系统的所有优点。

如图4所示，该实施例的惯性导航精度测评方法包括以下步骤：

步骤A：设置移动载体10及固定的轨道60，移动载体10能够在轨道60的两端之间沿轨道60往复运行。该移动载体10用以模拟采煤机，移动载体10的限位开关14触碰到位于轨道60两端的限位装置61时，触发电控箱40以停止移动载体10。此时，可以由测评人员发送信号，使移动载体10向反方向移动，或者电控箱40自动发送信号使移动载体10反向移动。移动载体10的往复运行，能够实现惯性导航精度的反复测试、反复验证，从而得到更可靠的测评数据。

在移动载体10上装载有待测的惯性导航20和RTK-GNSS移动站31，轨道60用于模拟采煤机的运行轨迹。移动载体10的载体平台13紧邻地凹入在前轮11和后轮12之间(如图1所示)，该载体平台13的这种结构更贴近轨道60，并且惯性导航20设置在载体平台13上，因此，相对于未将载体平台13凹入的情形，该惯性导航20始终贴近轨道60，能够更精确地进行监测。

步骤B：在开阔场景下设置RTK-GNSS基站31，使所述RTK-GNSS基站31和所述RTK-GNSS移动站30匹配构成RTK-GNSS测绘系统。该RTK-GNSS测绘系统用于监测移动载体10的运行轨迹，其监测出的第二数据更为精确，可以作为基准数据。开阔场景能够防止RTK-GNSS基站31被遮挡，使得RTK-GNSS基站31能够更好地接收、校准信号。

步骤C：RTK-GNSS基站31上电启动并且观察接收卫星信号。以RTK-GNSS基站31为原点，对RTK-GNSS移动站30的位置进行校准。

步骤D：移动载体10上电，并且RTK-GNSS移动站30启动，在轨道60上静态测试选取测评的点位。

具体地，该点位可以为RTK-GNSS测绘系统的测绘误差波动在厘米级别的点位，该点位的选取可以更精确地测评惯性导航20的精度。

来自惯性导航20的第一测量数据以及来自RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据将在选取的测评的点位上进行对比，以测评惯性导航20的精度。

步骤E：启动移动载体10。

移动载体10的运行速度在3米每分钟至20米每分钟之间，每次测试的时间周期在6至8小时之间，以模拟采煤机在井下实际的运行速度和工作时间。在实际测试过程中，可以根据具体测评内容选择测试时间，可以选在0至8小时之间的任意时间。

在测评时，惯性导航20在静止状态完成初始对准，然后在轨道60的两端之间沿轨道60往复运行移动载体10。同时上位机50记录在点位处惯性导航20的第一测量数据与RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据。

步骤F：基于第一测量数据生成移动载体10的第一运行轨迹作为待测数据，基于第二测量数据生成移动载体10的第二运行轨迹作为基准数据。上位机50将基于待测数据和基准数据，评估惯性导航20的精度。在此需要说明的是，上位机50的评估测评可以为在线或者离线进行，即在测量的同时评估或者在测量时存储数据然后在测量结束后评估。在实际测评过程中，可以根据具体需要进行选择。

该评估方法可以分为轨迹整体绝对偏差评估、轨迹偏离度评估以及轨迹重复度评估。

图5为本发明的采煤机惯性导航精度测评轨迹整体绝对偏差评估示意图。如图，在轨迹整体绝对偏差评估中，对待测数据AB’线段与基准数据AB线段的所有轨迹点位n进行偏差计算统计，统计在所有点位n处的均方根误差和偏差最大值。该方法对待测数据AB’线段与基准数据AB线段进行严格时间同步。需要说明的是，轨迹整体绝对偏差评估不仅包含起点A到真实终点B和计算终点B’的积分累积误差，同时还包含起点A处的初始对准航向误差导致的整体旋转偏差。

图6为本发明的采煤机惯性导航精度测评轨迹偏离度评估示意图。如图，在轨迹偏离度评估中，需要将待测数据与基准数据的起点A和终点B和B’分别对齐，然后统计在所有点位n处的均方根误差和偏差最大值。该方法的待测数据与基准数据进行严格时间同步。需要说明的是，轨迹的偏离度误差仅与起点到终点的待测数据与基准数据积分解算累积误差相关。

图7为本发明的采煤机惯性导航精度测评轨迹重复度评估示意图。如图，轨迹重复度评估中，需要移动载体10在固定的轨道60上来回运行。记录每一次移动载体10运行解算的轨迹，统计每一次轨迹各点相对其余轨迹对应各点的均方根误差和偏差最大值。需要说明的是，轨迹的偏离度误差仅与起点A到终点B的待测数据与基准数据积分解算累积误差相关，与初始对准误差无关。可选地，该评估方法将惯性导航20两次测量的待测数据进行偏差计算统计，偏差计算统计包括整体轨迹偏差的均方根误差和偏差最大值。在实际测评过程中，可以对惯性导航20多次测量数据进行偏差计算统计，以重复验证，使测评数据更精确、可靠。

在图5至图7中，n、n-1、n-2、n-3、n-4、n-5分别表示不同的测量点位。

本发明的采煤机惯性导航精度测评系统，通过移动载体10、固定的轨道60的相互配合模拟采煤机在井下作业的状况与环境，并且将惯性导航20与有高精度定位RTK-GNSS测绘系统两者测出的轨道数据进行对比，精准地评估惯性导航20的精度，以方便研发人员的后续研发以及调试。

本发明同时提供了用于上述采煤机惯性导航精度测评系统的移动载体10，该移动载体10适用于上述采煤机惯性导航精度测评系统以实现其所有优点。

进一步地，本发明还提供了根据上述采煤机惯性导航精度测评系统的精度测评方法，通过该精度测评方法能够更精确地获得测评数值。综上所述，本发明可以实现对惯性导航20的长时间慢速反复测试，在模拟采煤机真实井下作业的同时进行重复验证，使测评数据更精确、可靠。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种采煤机惯性导航精度测评系统，其特征在于，所述惯性导航精度测评系统包括：

移动载体，待测的惯性导航设置在所述移动载体上，并且在所述移动载体上还设置有RTK-GNSS移动站以及用于控制所述移动载体的启停和速度的电控箱；

固定的轨道，所述轨道用以模拟采煤机的运行轨迹，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行；

RTK-GNSS基站，所述RTK-GNSS基站和所述RTK-GNSS移动站匹配构成RTK-GNSS测绘系统，所述RTK-GNSS基站独立于所述移动载体以及所述轨道而设置于开阔场景；以及

上位机，所述上位机用于接收和处理来自所述惯性导航的第一测量数据以及来自所述RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据，并且，基于所述第一测量数据生成所述移动载体的第一运行轨迹作为待测数据，基于所述第二测量数据生成所述移动载体的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于所述待测数据和所述基准数据评估所述惯性导航的精度。

2.如权利要求1所述的惯性导航精度测评系统，其中，所述上位机设置在所述移动载体上或者相对于所述移动载体远程设置。

3.如权利要求1所述的惯性导航精度测评系统，其中，所述惯性导航的位置始终贴近所述轨道。

4.如权利要求3所述的惯性导航精度测评系统，其中，所述移动载体具有前轮、后轮及载体平台，所述前轮和所述后轮能够沿所述轨道行进并且分别位于所述载体平台的前后两端处，所述载体平台紧邻地凹入在所述前轮和所述后轮之间，并且所述惯性导航设置在所述载体平台上。

5.如权利要求1所述的惯性导航精度测评系统，其中，所述轨道的两端处均设置有限位装置，在所述移动载体上设置有限位开关，当所述移动载体运行到所述轨道的两端时，所述限位装置触发所述限位开关从而触发所述电控箱停止所述移动载体或者使所述移动载体反向移动。

6.一种移动载体，其特征在于，所述移动载体用于采煤机惯性导航精度测评系统，所述惯性导航精度测评系统包括：

所述移动载体；

固定的轨道，所述轨道用以模拟采煤机的运行轨迹，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行；

RTK-GNSS测绘系统，所述RTK-GNSS测绘系统由RTK-GNSS移动站和RTK-GNSS基站匹配构成，所述RTK-GNSS基站独立于所述移动载体以及所述轨道而设置于开阔场景；以及

上位机，所述上位机用于接收和处理来自待测的惯性导航的第一测量数据以及来自所述RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据，并且，基于所述第一测量数据生成所述移动载体的第一运行轨迹作为待测数据，基于所述第二测量数据生成所述移动载体的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于所述待测数据和所述基准数据评估所述惯性导航的精度，

其中，所述惯性导航和所述RTK-GNSS移动站设置在所述移动载体上，并且在所述移动载体上还设置有用于控制所述移动载体的启停和速度的电控箱。

7.如权利要求6所述的移动载体，其中，所述移动载体上还设置有所述上位机。

8.如权利要求6所述的移动载体，其中，所述移动载体具有前轮、后轮及载体平台，所述前轮和后轮能够沿所述轨道行进并且分别位于所述载体平台的前后两端处，所述载体平台紧邻地凹入在所述前轮和所述后轮之间，并且所述惯性导航设置在所述载体平台上，使得所述惯性导航的位置始终贴近所述轨道。

9.一种采煤机惯性导航精度测评方法，其特征在于，所述惯性导航精度测评方法包括以下步骤：

步骤A：设置移动载体及固定的轨道，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行，在所述移动载体上装载有待测的惯性导航和RTK-GNSS移动站，所述轨道用于模拟采煤机的运行轨迹；

步骤B：在开阔场景下设置RTK-GNSS基站，使所述RTK-GNSS基站和所述RTK-GNSS移动站匹配构成RTK-GNSS测绘系统；

步骤C：所述RTK-GNSS基站上电启动并且观察接收卫星信号；

步骤D：所述移动载体上电，并且所述RTK-GNSS移动站启动，在所述轨道上静态测试选取测评的点位；

步骤E：启动所述移动载体，使所述惯性导航在静止状态完成初始对准，然后在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行所述移动载体，同时记录在所述点位处所述惯性导航的第一测量数据与所述RTK-GNSS测绘系统的第二测量数据；

步骤F：基于所述第一测量数据生成所述移动载体的第一运行轨迹作为待测数据，基于所述第二测量数据生成所述移动载体的第二运行轨迹作为基准数据，并且基于所述待测数据和所述基准数据评估所述惯性导航的精度。

10.如权利要求9所述的惯性导航精度测评方法，其中，所述移动载体的运行速度在3米每分钟至20米每分钟之间，每次测试的时间周期在6至8小时之间。

11.如权利要求9所述的惯性导航精度测评方法，其中，所述点位为所述RTK-GNSS测绘系统的测绘误差波动在厘米级别的点位。

12.如权利要求9所述的惯性导航精度测评方法，其中，所述惯性导航始终贴近所述轨道设置于所述移动载体。

13.如权利要求12所述的惯性导航精度测评系统，其中，所述移动载体具有前轮、后轮及载体平台，所述前轮和后轮能够沿所述轨道行进并且分别位于所述载体平台的前后两端处，所述载体平台紧邻地凹入在所述前轮和所述后轮之间，并且所述惯性导航设置在所述载体平台上。

14.如权利要求9所述的惯性导航精度测评方法，其中，所述步骤F为在线或者离线进行。

15.如权利要求9至14中任一项所述的惯性导航精度测评方法，其中，在所述步骤F中，对所述待测数据与所述基准数据进行偏差计算统计，所述偏差计算统计包括整体轨迹偏差的均方根误差和偏差最大值。

16.如权利要求9至14中任一项所述的惯性导航精度测评方法，其中，在所述步骤F中，将所述待测数据与所述基准数据的起点和终点分别对齐，然后统计在所有所述点位处的均方根误差和偏差最大值。

17.如权利要求9至14中任一项所述的惯性导航精度测评方法，其中，在所述步骤F中，将所述惯性导航两次测量的所述待测数据进行偏差计算统计，所述偏差计算统计包括整体轨迹偏差的均方根误差和偏差最大值。

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