RU2642522C1 - Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте - Google Patents

Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте Download PDF

Info

Publication number
RU2642522C1
RU2642522C1 RU2016149818A RU2016149818A RU2642522C1 RU 2642522 C1 RU2642522 C1 RU 2642522C1 RU 2016149818 A RU2016149818 A RU 2016149818A RU 2016149818 A RU2016149818 A RU 2016149818A RU 2642522 C1 RU2642522 C1 RU 2642522C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
location
iteration
mine
determining
value
Prior art date
Application number
RU2016149818A
Other languages
English (en)
Inventor
Цинсун ХУ
Ишань ДИН
Цань ЦАО
Шэнь ЧЖАН
Лисинь ВУ
Original Assignee
Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи filed Critical Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи
Application granted granted Critical
Publication of RU2642522C1 publication Critical patent/RU2642522C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения движущегося объекта в шахте. Указанный результат достигается за счет того, что высокоточный способ определения местоположения с использованием двойной метки включает в себя способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте и способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте; способ включает в себя этапы, на которых: осуществляют установку двух меток определения местоположения по горизонтали или по вертикали на движущемся объекте и выполняют их с возможностью осуществления связи с двумя базовыми станциями определения местоположения, установленными вдоль потолка выработки, и получают местоположение движущегося объекта в реальном времени с помощью построения функции оптимизации между расстоянием, определенным по показателю уровня принимаемого сигнала, и расчетным расстоянием между меткой и базовой станцией определения местоположения и поиска минимального значения; решают функцию оптимизации с помощью итерационного процесса, включающего этап определения начального итерационного значения и шага итерации в левом/правом направлении. Способ применим для определения местоположения объектов с профилем в виде полосы, параллельным плоскости выработки (например, шахтная тележка или врубовая машина), или объектов с профилем в виде полосы, перпендикулярным плоскости выработки (например, рабочий). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к высокоточным способам с использованием двойной метки для определения местоположения, в частности к высокоточным способам с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте.
Уровень техники
В известных системах определения местоположения в шахтах, как правило, расстояние между позиционируемым объектом и базовой станцией определения местоположения определяется посредством измерения показателя уровня принимаемого сигнала (RSSI), а затем положение объекта вычисляется с использованием геометрического способа (например, методом трилатерации). Однако влияние эффекта затухания на точность измерения расстояний по показателю уровня принимаемого сигнала является очень существенным, что приводит к очень низкой точности измерения расстояний. Следовательно, при использовании в шахте систем определения местоположения, использующих единственную метку, точность измерений является очень низкой, результат определения местоположения является изменчивым, и возникают сильные отклонения определения местоположения.
Движущиеся объекты в шахтах могут быть классифицированы по их форме на два типа: первым типом движущихся объектов в шахтах являются объекты с профилем в виде полосы, параллельным плоскости выработки (например, вагонетки и врубовые машины); вторым типом движущихся объектов в шахтах являются объекты с профилем в виде полосы, перпендикулярным плоскости выработки (например, рабочие).
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является предоставление высокоточного способа с использованием двойной метки для определения местоположения движущегося объекта в шахте, для того чтобы решить проблемы шахтной системы определения местоположения, использующую единственную метку, такие как низкую точность, изменчивый результат определения местоположения и сильные отклонения определения местоположения.
Задача настоящего изобретения решена следующим образом: высокоточный способ определения местоположения с использованием двойной метки включает в себя способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте и способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте.
Конкретно, способ включает в себя этапы, на которых: осуществляют установку двух меток определения местоположения, по горизонтали или по вертикали, на движущемся объекте и выполняют их с возможностью осуществления связи с двумя базовыми станциями определения местоположения, установленными вдоль потолка выработки, и получают местоположение движущегося объекта в реальном времени с помощью построения функции оптимизации между расстоянием, определенным по показателю уровня принимаемого сигнала, и расчетным расстоянием между меткой и базовой станцией определения местоположения и поиска минимального значения.
Способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте включает в себя этапы, на которых: осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и хвостовой частях объекта, местоположение которого необходимо определить, соответственно, при этом расстояние между меткой U1 определения местоположения и меткой U2 определения местоположения обозначается как L, местоположение объекта в выработке может быть установлено, только если определено местоположение каждой метки, каждая метка может одновременно осуществлять связь с двумя базовыми станциями B1 и В2 определения местоположения, установленными вдоль центральной линии потолка выработки, базовые станции B1 и В2 определения местоположения соединены так, что образуют прямую линию В1В2, проекции меток U1 и U2 определения местоположения на прямой линии В1В2 обозначаются как P1 и Р2 соответственно и |U1P1|=|U2P2|=Н является высотой между меткой и центром потолка выработки; пренебрегают шириной объекта на выработке и принимают одномерную модель определения местоположения, соединяют метки U1 и U2 определения местоположения для образования прямой линии U1U2и выбирают прямую линию U1U2 в качестве горизонтальной оси, при этом горизонтальной координатой U1 является х, а горизонтальной координатой U2 является x+L; выбирают направление вверх в плоскости, продольной центру выработки, в качестве вертикальной оси; определяют значение xopt для х, которое удовлетворяет следующему уравнению, так, чтобы определить местоположение объекта:
xopt=minƒ(х),
Конкретный процесс определения местоположения с использованием способа для определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте включает в себя следующие этапы:
1) осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и хвостовой частях объекта, местоположение которого необходимо определить;
2) осуществляют построение функции оптимизации:
координаты (xB, Н) и (xB+LB, H) базовых станций определения местоположения и расстояние |B1B2|=LB между базовыми станциями известны; предполагая, что координатами меток U1 и U2 определения местоположения являются (х, 0) и (x+L, 0) соответственно; xB≤x≤xB+LB; предполагая, что расстояниями между B1 и метками U1 и U2 определения местоположения являются d11 и d12 соответственно, а расстояниями между В2 и метками U1 и U2 определения местоположения являются d21 и d22, ∠В1U1P1=θ, ∠P1U1B2=α;
осуществляют построение функции оптимизации f(x):
Figure 00000001
целью операции возведения в квадрат и операции извлечения квадратного корня для правой части уравнения (1) является обеспечение того, чтобы каждое слагаемое было положительным, для предотвращения положительного сдвига, отрицательного для операции суммирования; где
Figure 00000002
- координаты меток Ui, i=1, 2,
Figure 00000003
;
Figure 00000004
- координаты базовой станции Вj, j=1, 2, определения местоположения,
Figure 00000005
; среди этих значений известны
Figure 00000006
, а dij могут быть определены посредством измерения показателя уровня принимаемого сигнала; величины уровня принимаемого сигнала (RSS) между узлами i и j подчиняются уравнению логнормального затухания:
Figure 00000007
где
PdBm - величина потерь мощности в тракте передачи энергии, измеренная в дБ, между принимающим узлом и передающим узлом,
Figure 00000008
- мощность, измеренная на единичном расстоянии d0, и, как правило, d0=1 м;
χ - нулевое гауссово случайное значение вследствие эффекта затенения, и им можно пренебречь в настоящих расчетах;
η - коэффициент потерь мощности сигнала в тракте; следовательно:
Figure 00000009
тогда только х является неизвестным в уравнении (1); подставляя U1, U2, B1, B2 и dij в уравнение (1), тогда:
Figure 00000010
если результат определения местоположения является несмещенной оценкой, то тогда |UiBj|=dij и ƒ(x)=0; если результат определения местоположения является смещенной оценкой, должно быть взято значение х, которое может минимизировать f(x), т.е. положение xopt объекта, местоположение которого необходимо определить, может быть определено путем решения задачи нахождения значения х, которое минимизирует f(x):
Figure 00000011
3) решают функцию оптимизации:
(1) получают начальное итерационное значение x0 с использованием способа определения местоположения, использующего единственную метку, для объекта в шахте:
sinθ=(x-xB)/d11, cosθ=H/d11, sinα=(xB+LB-x)/d21, cosα=H/d21,
Figure 00000012
cosα=H/d21, sinα=(xB+LB-x)/d21, следовательно,
Figure 00000013
для ΔB1U1B2, согласно теореме косинусов, тогда:
Figure 00000014
решают уравнение (7) с радикалом формулы для квадратичного уравнения с одним неизвестным и предполагают решение в виде начального итерационного значения x0, тогда:
Figure 00000015
где а=1, b=-(2xв+Lв),
Figure 00000016
одно из решений может быть отброшено согласно с xB≤x≤xB+LB, так что получается единственное начальное итерационное значение;
(2) получают оптимальное решение с помощью двунаправленного итерационного способа, в котором:
берут x0 в качестве исходной точки, принимают, что xi+1=xi±Δx, i=0, 1, 2, …, N, и подставляют это в уравнение (4) для решения задачи нахождения значения ƒi+1(xi) функции f(x) в i+1 шаге итерации; где N - заданное значение наибольшего числа итераций, Δх - шаг итерации; если Δх положительное, то итерирование будет выполняться в направлении B2 (т.е. итерирование в правом направлении); в противоположном случае итерирование будет выполняться в направлении B1 (т.е. итерирование в левом направлении); в начале итерирования xopt=x0; в процессе итерирования, если ƒi+1(xi)>ƒi(xi), то пусть хopt=xi+1; в противоположном случае оно оставляется неизменным; для увеличения скорости итерирования здесь используется двунаправленное итерирование; пусть
Figure 00000017
Figure 00000018
что соответствует итерированию в правом направлении и итерированию в левом направлении соответственно;
процесс итерирования завершается, если выполнены следующие условия: (1) весь процесс итерирования будет завершен, если количество итераций превысит пороговое значение N; (2) если
Figure 00000019
но
Figure 00000020
итерирование в правом направлении будет завершено, тогда как будет выполняться только итерирование в левом направлении; если
Figure 00000021
но
Figure 00000022
итерирование в левом направлении будет завершено, тогда как будет выполняться только итерирование в правом направлении; (3) если
Figure 00000023
и
Figure 00000024
, весь процесс итерирования будет завершен; (4) когда ƒ(x)≤ƒth, весь процесс итерирования будет завершен, где ƒth - заданное пороговое значение ошибки расстояния.
Способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте включает в себя этапы, на которых:
1) осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и средней частях объекта, местоположение которого необходимо определить, и принимают, что |U1U2|=L, а расстоянием от U1 до проекции Р на В1В2 является |U1P|=H, |B1B2|=LB;
2) строят функцию оптимизации, при этом положением объекта, местоположение которого необходимо определить, является xopt=minƒ(x);
3) находят оптимальное решение:
(1) используя
Figure 00000025
для нахождения начального итерационного значения,
где а=1, b=-(2xB+LB),
Figure 00000026
; одно из решений может быть отброшено согласно с xB≤x≤xB+LB, так что получается единственное начальное итерационное значение;
(2) получают оптимальное решение xopt с помощью двунаправленного итерационного способа.
Положительные эффекты
По указанной выше схеме устанавливают две метки определения местоположения, по горизонтали или по вертикали, на движущемся объекте, и выполняют их с возможностью осуществления связи с двумя базовыми станциями определения местоположения, установленными вдоль потолка выработки, и получают местоположение движущегося объекта в реальном времени с помощью построения функции оптимизации между расстоянием, определенным по показателю уровня принимаемого сигнала, и расчетным расстоянием между меткой и базовой станцией определения местоположения и поиска минимального значения. Функцию оптимизации определяют с помощью процесса итераций, включая этап, на котором определяют начальное итерационное значение и шаг итерации в левом/правом направлении. Способ преодолевает существенный недостаток определения местоположения, использующего единственную метку, т.е. высокую восприимчивость к факторам окружающей среды в шахте, и замечательно повышает точность определения местоположения. Две или даже более метки определения местоположения могут быть установлены на оборудовании и персонале для повышения точности определения местоположения с использованием пространственного ограничения между метками. Способ решает проблемы низкой точности, изменчивого результата определения местоположения и сильных отклонений определения местоположения, присущих шахтным системам определения местоположения, использующих единственную метку, и достигает цели настоящего изобретения.
Преимущества
Настоящее изобретение использует способ с двумя сметками для определения местоположения движущихся объектов в шахте. С помощью способа, раскрытого в настоящем изобретении, точность определения местоположения может быть замечательно улучшена простым добавлением метки определения местоположения на объект, местоположение которого необходимо определить. Таким образом, цена усовершенствования низка, а ввод в действие легок. Способ применим для определения местоположения объектов с профилем в виде полосы, параллельным плоскости выработки (например, шахтная тележка или врубовая машина), или объектов с профилем в виде полосы, перпендикулярным плоскости выработки (например, рабочий).
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена принципиальная схема определения местоположения с использованием двух меток движущегося объекта первого типа в шахте в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 2 представлена принципиальная схема определения местоположения с использованием двух меток движущегося в шахте объекта второго типа в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Первый вариант реализации
Высокоточный способ определения местоположения с использованием двойной метки включает в себя способ определения местоположения движущегося объекта первого типа шахте и способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте; конкретно, способ включает в себя этапы, на которых: осуществляют установку двух меток определения местоположения, по горизонтали или по вертикали, на движущемся объекте и выполняют их с возможностью осуществления связи с двумя базовыми станциями определения местоположения, установленными вдоль потолка выработки, и получают местоположение движущегося объекта в реальном времени с помощью построения функции оптимизации между расстоянием, определенным по показателю уровня принимаемого сигнала, и расчетным расстоянием между меткой и базовой станцией определения местоположения и поиска минимального значения.
Способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте включает в себя этапы, на которых: осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и хвостовой частях объекта, местоположение которого необходимо определить, соответственно, при этом расстояние между меткой U1 определения местоположения и меткой U2 определения местоположения обозначается как L, местоположение объекта в выработке может быть установлено, только если определено местоположение каждой метки, каждая метка может одновременно осуществлять связь с двумя базовыми станциями B1 и В2 определения местоположения, установленными вдоль центральной линии потолка выработки, базовые станции B1 и B2 определения местоположения соединены так, что образуют прямую линию В1В2, проекции меток U1 и U2 определения местоположения на прямой линии В1В2 обозначаются как P1 и Р2 соответственно и |U1P1|=|U2P2|=Н является высотой между меткой и центром потолка выработки; пренебрегают шириной объекта на выработке и принимают одномерную модель определения местоположения, соединяют метки U1 и U2 определения местоположения для образования прямой линии U1U2, и выбирают прямую линию U1U2 в качестве горизонтальной оси, при этом горизонтальной координатой U1 является х, а горизонтальной координатой U2 является x+L; выбирают направление вверх в плоскости, продольной центру выработки, в качестве вертикальной оси; решают задачу определения значения xopt для x, которое удовлетворяет следующему уравнению, так, чтобы определить местоположение объекта:
xopt=minƒ(x).
Конкретный процесс определения местоположения с использованием способа для определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте включает в себя следующие этапы:
1) осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и хвостовой частях объекта, местоположение которого необходимо определить;
2) осуществляют построение функции оптимизации:
координаты (хB, H) и (xB+LB, Н) базовых станций определения местоположения и расстояние |B1B2|=LB между базовыми станциями известны; предполагая, что координатами меток U1 и U2 определения местоположения являются (х, 0) и (х+L, 0) соответственно; хB≤х≤хB+LB, предполагая, что расстояниями между B1 и метками U1 и U2 определения местоположения являются d11 и d12 соответственно, а расстояниями между B2 и метками U1 и U2 определения местоположения являются d21 и d22, ∠B1U1P1=θ, ∠P1U1B2=α;
осуществляют построение функции оптимизации f(x):
Figure 00000027
целью операции возведения в квадрат и операции извлечения квадратного корня для правой части уравнения (1) является обеспечение того, чтобы каждое слагаемое было положительным, для предотвращения положительного сдвига, отрицательного для операции суммирования; где
Figure 00000028
- координаты меток и Ui, i=1, 2,
Figure 00000029
;
Figure 00000030
- координаты базовой станции Bj, j=1, 2, определения местоположения,
Figure 00000031
; среди этих значений известны
Figure 00000032
, а dij могут быть определены посредством измерения показателя уровня принимаемого сигнала; величины уровня принимаемого сигнала (RSS) между узлами i и j подчиняются уравнению логнормального затухания:
Figure 00000033
где
PdBm - величина потерь мощности в тракте передачи энергии, измеренная в дБ, между принимающим узлом и передающим узлом,
Figure 00000034
- мощность, измеренная на единичном расстоянии d0, и, как правило, d0=1 м;
χ - нулевое гауссово случайное значение вследствие эффекта затенения, и им можно пренебречь в настоящих расчетах;
η - коэффициент потерь мощности сигнала в тракте; следовательно,
Figure 00000035
тогда только х является неизвестным в уравнении (1); подставляя U1, U2, В1, B2 и dij в уравнение (1), тогда:
Figure 00000036
если результат определения местоположения является несмещенной оценкой, то тогда |UiBj|=dij и ƒ(x)=0; если результат определения местоположения является смещенной оценкой, должно быть взято значение х, которое может минимизировать f(x), т.е. положение xopt объекта, местоположение которого необходимо определить, может быть определено путем решения задачи нахождения значения х, которое минимизирует f(x):
Figure 00000037
3) решают функцию оптимизации:
(1) получают начальное итерационное значение x0 с использованием способа определения местоположения, использующего единственную метку, для объекта в шахте.
Как видно из Фиг. 1, sinθ=(x-xB)/d11, cosθ=H/d11, sinα=(xB+LB-x)/d21, cosα=H/d21,
Figure 00000038
cosα=H/d21, sinα=(xB+LB-x)/d21, следовательно,
Figure 00000039
для ΔB1U1B2, согласно теореме косинусов, тогда:
Figure 00000040
решают уравнение (7) с радикалом формулы для квадратичного уравнения с одним неизвестным и предполагают решение в виде начального итерационного значения x0, тогда:
Figure 00000041
где а=1, b=-(2хB+LB),
Figure 00000042
одно из решений может быть отброшено согласно с xB≤x≤xB+LB, так что получается единственное начальное итерационное значение;
(2) получают оптимальное решение с помощью двунаправленного итерационного способа, в котором:
берут x0 в качестве исходной точки, принимают, что хi+1=хi±Δх, i=0, 1, 2, …, N, и подставляют это в уравнение (4) для решения задачи нахождения значения ƒi+1(xi) функции f(x) в i+1 шаге итерации; где N - заданное значение наибольшего числа итераций, Δx - шаг итерации; если Δх положительное, то итерирование будет выполняться в направлении B2 (т.е. итерирование в правом направлении); в противоположном случае итерирование будет выполняться в направлении B1 (т.е. итерирование в левом направлении); в начале итерирования xopt=x0, в процессе итерирования, если ƒi+1(x1)>ƒi(xi), то пусть хopt=xi+1, в противоположном случае оно оставляется неизменным; для увеличения скорости итерирования здесь используется двунаправленное итерирование; пусть
Figure 00000043
что соответствует итерированию в правом направлении и итерированию в левом направлении соответственно;
процесс итерирования завершается, если выполнены следующие условия: (1) весь процесс итерирования будет завершен, если количество итераций превысит пороговое значение N; (2) если
Figure 00000044
, но
Figure 00000045
, итерирование в правом направлении будет завершено, тогда как будет выполняться только итерирование в левом направлении; если
Figure 00000046
но
Figure 00000047
итерирование в левом направлении будет завершено, тогда как будет выполняться только итерирование в правом направлении; (3) если
Figure 00000048
и
Figure 00000049
, весь процесс итерирования будет завершен; (4) когда ƒ(x)≤ƒth, весь процесс итерирования будет завершен, где ƒth - заданное пороговое значение ошибки расстояния.
Способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте включает в себя этапы, на которых:
1) осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и средней частях объекта, местоположение которого необходимо определить, и принимают, что |U1U2|=L, а расстоянием от U1 до проекции Р на В1В2 является |U1P|=H, |B1B2|=LB;
2) строят функцию оптимизации, при этом положением объекта, местоположение которого необходимо определить, является xopt=minƒ(x).
3) находят оптимальное решение:
(1) используя
Figure 00000050
для нахождения начального итерационного значения,
где a=1, b=-(2xB+LB),
Figure 00000051
одно из решений может быть отброшено согласно с xB≤x≤xB+LB, так что получается единственное начальное итерационное значение;
(2) получают оптимальное решение xopt с помощью двунаправленного итерационного способа.

Claims (87)

1. Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте, включающий:
способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте и способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте;
при этом способ включает в себя этапы, на которых:
осуществляют установку двух меток определения местоположения, по горизонтали или по вертикали, на движущемся объекте и выполняют их с возможностью осуществления связи с двумя базовыми станциями определения местоположения, установленными вдоль потолка выработки, и
получают местоположение движущегося объекта в реальном времени с помощью построения функции оптимизации между расстоянием, определенным по показателю уровня принимаемого сигнала, и расчетным расстоянием между меткой и базовой станцией определения местоположения и поиска минимального значения;
способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте включает в себя этапы, на которых:
осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и хвостовой частях объекта, местоположение которого необходимо определить, соответственно,
при этом расстояние между меткой U1 определения местоположения и меткой U2 определения местоположения соответствует обозначению L,
местоположение объекта в выработке может быть установлено, только если определено местоположение каждой метки,
каждая метка может одновременно осуществлять связь с двумя базовыми станциями B1 и B2 определения местоположения, установленными вдоль центральной линии потолка выработки,
базовые станции B1 и B2 определения местоположения соединены так, что образуют прямую линию B1B2,
проекции меток U1 и U2 определения местоположения на прямой линии B1B2 обозначены как P1 и P2 соответственно и |U1P1|=|U2P2|=H является высотой между меткой и центром потолка выработки;
пренебрегают шириной объекта на выработке и
принимают одномерную модель определения местоположения,
соединяют метки U1 и U2 определения местоположения для образования прямой линии U1U2 и
выбирают прямую линию U1U2 в качестве горизонтальной оси,
при этом горизонтальной координатой U1 является x, а горизонтальной координатой U2 является x+L;
выбирают направление вверх в плоскости, продольной центру выработки, в качестве вертикальной оси;
решают задачу определения значения xopt для x, которое удовлетворяет следующему уравнению, так, чтобы определить местоположение объекта:
Figure 00000052
способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте включает в себя этапы, на которых:
1) осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и средней частях объекта, местоположение которого необходимо определить, и принимают, что |U1U2|=L, а расстоянием от U1 до проекции P на B1B2 является |U1P|=H, |B1B2|=LB;
2) строят функцию оптимизации, при этом положением объекта, местоположение которого необходимо определить, является
Figure 00000053
3) находят оптимальное решение:
(1) используя
Figure 00000054
для нахождения начального итерационного значения,
где a=1, b=-(2xB+LB),
Figure 00000055
одно из решений может быть отброшено согласно с xB≤x≤xB+LB, так что получается единственное начальное итерационное значение;
(2) получают оптимальное решение xopt с помощью двунаправленного итерационного способа.
2. Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте по п. 1, в котором конкретный процесс определения местоположения с использованием способа определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте включает в себя этапы, на которых:
1) осуществляют установку меток U1 и U2 определения местоположения на головной и хвостовой частях объекта, местоположение которого необходимо определить;
2) осуществляют построение функции оптимизации:
координаты (xB, H) и (xB+LB, H) базовых станций определения местоположения и расстояние |B1B2|=LB между базовыми станциями известны;
предполагают, что координатами меток U1 и U2 определения местоположения являются (x,0) и (х+L,0) соответственно; xB≤x≤xB+LB;
предполагают, что расстояниями между B1 и метками U1 и U2 определения местоположения являются d11 и d12 соответственно, а расстояниями между B2 и метками U1 и U2 определения местоположения являются d21 и d22, ∠B1U1P1=θ, ∠P1U1B2=α;
осуществляют построение функции оптимизации f(x):
Figure 00000056
целью операций возведения в квадрат и операции извлечения квадратного корня для правой части уравнения (1) является обеспечение того, чтобы каждое слагаемое было положительным, для предотвращения положительного сдвига, отрицательного для операции суммирования; где
Figure 00000057
- координаты меток Ui, i=1, 2, а
Figure 00000058
Figure 00000059
Figure 00000060
Figure 00000061
- координаты базовой станции Bj, j=1, 2, определения местоположения, а
Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000064
среди этих значений известны
Figure 00000065
а dij могут быть определены посредством измерения показателя уровня принимаемого сигнала;
величины уровня принимаемого сигнала (RSS) между узлами i и j подчиняются уравнению логнормального затухания:
Figure 00000066
где PdBm - величина потерь мощности в тракте передачи энергии, измеренная в дБ, между принимающим узлом и передающим узлом,
Figure 00000067
- мощность, измеренная на единичном расстоянии d0, и, как правило, d0=1 м;
χ - нулевое гауссово случайное значение вследствие эффекта затенения, и им можно пренебречь в настоящих расчетах;
η - коэффициент потерь мощности сигнала в тракте; следовательно,
Figure 00000068
тогда только x является неизвестным в уравнении (1); подставляя U1, U2, B1, B2 и dij в уравнение (1), тогда:
Figure 00000069
если результат определения местоположения является несмещенной оценкой, то тогда |UiBj|=dij и
Figure 00000070
если результат определения местоположения является смещенной оценкой, должно быть взято значение x, которое может минимизировать f(x), т.е. положение xopt объекта, местоположение которого необходимо определить, может быть определено путем решения задачи нахождения значения x, которое минимизирует f(x):
Figure 00000071
3) решают функцию оптимизации:
(1) получают начальное итерационное значение x0 с использованием способа определения местоположения, использующего единственную метку, для объекта в шахте:
sinθ=(x-xB)/d11, cosθ=H/d11, sinα=(xB+LB-x)/d21, cosα=H/d21,
Figure 00000072
cosα=H/d21, sinα=(xB+LB-x)/d21, следовательно,
Figure 00000073
для ΔB1U1B2, согласно теореме косинусов, тогда:
Figure 00000074
решают уравнение (7) с радикалом формулы для квадратичного уравнения с одним неизвестным и предполагают решение в виде начального итерационного значения x0, тогда:
Figure 00000075
где
a=1,
b=-(2xB+LB),
Figure 00000076
одно из решений может быть отброшено согласно с xB≤x≤xB+LB, так что получается единственное начальное итерационное значение;
(2) получают оптимальное решение с помощью двунаправленного итерационного способа, в котором:
берут x0 в качестве исходной точки, принимают, что xi+1=xi±Δx, i=0, 1, 2, …, N, и подставляют это в уравнение (4) для решения задачи нахождения значения
Figure 00000077
функции f(x) в i+1 шаге итерации;
где N - заданное значение наибольшего числа итераций,
Δx - шаг итерации;
если Δx положительное, то итерирование будет выполняться в направлении B2 (т.е. итерирование в правом направлении);
в противоположном случае итерирование будет выполняться в направлении B1 (т.е. итерирование в левом направлении);
в начале итерирования xopt=x0;
в процессе итерирования, если
Figure 00000078
то пусть xopt=xi+1;
в противоположном случае оно оставляется неизменным;
для увеличения скорости итерирования здесь используется двунаправленное итерирование; пусть
Figure 00000079
Figure 00000080
что соответствует итерированию в правом направлении и итерированию в левом направлении соответственно;
процесс итерирования завершают, если выполнены следующие условия:
(1) весь процесс итерирования будет завершен, если количество итераций превысит пороговое значение N;
(2) если
Figure 00000081
но
Figure 00000082
итерирование в правом направлении будет завершено и будет выполняться только итерирование в левом направлении;
если
Figure 00000083
но
Figure 00000084
итерирование в левом направлении будет завершено и будет выполняться только итерирование в правом направлении;
(3) если
Figure 00000085
и
Figure 00000086
весь процесс итерирования будет завершен;
(4) когда
Figure 00000087
, весь процесс итерирования будет завершен, где
Figure 00000088
- заданное пороговое значение ошибки расстояния.
RU2016149818A 2015-06-26 2015-12-29 Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте RU2642522C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510364753.5 2015-06-26
CN201510364753.5A CN105044666B (zh) 2015-06-26 2015-06-26 面向矿井运动目标的双标签高精度定位方法
PCT/CN2015/099317 WO2016206340A1 (zh) 2015-06-26 2015-12-29 面向矿井运动目标的双标签高精度定位方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2642522C1 true RU2642522C1 (ru) 2018-01-25

Family

ID=54451343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149818A RU2642522C1 (ru) 2015-06-26 2015-12-29 Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN105044666B (ru)
RU (1) RU2642522C1 (ru)
WO (1) WO2016206340A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044666B (zh) * 2015-06-26 2018-03-20 中国矿业大学 面向矿井运动目标的双标签高精度定位方法
CN106872938B (zh) * 2017-02-28 2018-12-07 南京七宝机器人技术有限公司 一种室内定位系统
CN108550234B (zh) * 2018-04-24 2023-04-07 成都四相致新科技有限公司 双基站的标签匹配、围栏边界管理方法、装置及存储介质
CN109212474B (zh) * 2018-09-21 2022-09-09 华北理工大学 基于eiel电子标签的井下定位方法
CN110109057B (zh) * 2019-04-24 2021-04-20 广州市慧建科技有限公司 一种激光定位系统
CN110113712B (zh) * 2019-05-16 2020-12-04 成都精位科技有限公司 定位处理方法及装置
CN110596640B (zh) * 2019-08-23 2022-06-10 华清科盛(北京)信息技术有限公司 一种基于单基站双标签测距的一维定位系统及方法
CN110646761B (zh) * 2019-09-25 2021-02-26 南京沃旭通讯科技有限公司 基于一维地图的煤矿隧道定位方法
CN110764051B (zh) * 2019-12-19 2020-04-07 湖南数格信息科技有限公司 一种基于uwb的轨道交通车辆定位方法、服务器及系统
CN112881978A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 深圳市翌日科技有限公司 定位系统精度测量方法、装置及存储介质
CN114245310B (zh) * 2021-09-24 2024-01-19 上海欣子信息科技有限公司 一种基于超宽带技术的矿井下多标签协同定位方法及便携设备
CN113791383A (zh) * 2021-10-15 2021-12-14 郑州轻工业大学 一种基于超宽带测距的组合双锚点定位方法
CN115022800B (zh) * 2022-05-27 2024-02-20 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种变电站室内人员自适应定位方法及系统
CN114994600B (zh) * 2022-05-31 2024-04-26 西北工业大学 基于高度辅助的大规模矿井下用户三维实时定位方法
CN117241214B (zh) * 2023-11-10 2024-02-02 煤炭科学研究总院有限公司 一种井下人员位置实时计算和展示方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5090775A (en) * 1989-12-14 1992-02-25 Bochumer Eisenhutte Heintzmann Gmbh & Co. Kg Method of monitoring and controlling mining operations
US5161857A (en) * 1991-04-29 1992-11-10 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Interior Teleoperated control system for underground room and pillar mining
RU2180941C2 (ru) * 2000-02-25 2002-03-27 Баранов Андрей Михайлович Автоматизированная система управления и контроля производственных процессов, окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках
RU2265531C2 (ru) * 2003-08-07 2005-12-10 Закрытое акционерное общество "ЭЛВИИС" Система обеспечения безопасности и мониторинга мобильных объектов
RU2401947C2 (ru) * 2009-01-16 2010-10-20 Андрей Викторович Демидюк Шахтная система мониторинга, оповещения и определения местоположения горнорабочих
RU2422641C1 (ru) * 2010-01-11 2011-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "УралТехИс" Система мониторинга подвижных объектов
CN104360311A (zh) * 2014-11-13 2015-02-18 三一重型装备有限公司 煤矿机械的定位监控系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8138911B2 (en) * 2006-03-30 2012-03-20 Briartek Ip Personal locator beacon
DE102010016317A1 (de) * 2010-04-01 2011-10-06 Bucyrus Europe Gmbh Verfahren zur Ortung von Personen und/oder mobilen Maschinen in Grubenräumen unter Nutzung der RFID-Technik und Streb-Gewinnungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
WO2012154153A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-15 Innovative Wireless Technologies, Inc. Wireless network compass
CN105044666B (zh) * 2015-06-26 2018-03-20 中国矿业大学 面向矿井运动目标的双标签高精度定位方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5090775A (en) * 1989-12-14 1992-02-25 Bochumer Eisenhutte Heintzmann Gmbh & Co. Kg Method of monitoring and controlling mining operations
US5161857A (en) * 1991-04-29 1992-11-10 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Interior Teleoperated control system for underground room and pillar mining
RU2180941C2 (ru) * 2000-02-25 2002-03-27 Баранов Андрей Михайлович Автоматизированная система управления и контроля производственных процессов, окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках
RU2265531C2 (ru) * 2003-08-07 2005-12-10 Закрытое акционерное общество "ЭЛВИИС" Система обеспечения безопасности и мониторинга мобильных объектов
RU2401947C2 (ru) * 2009-01-16 2010-10-20 Андрей Викторович Демидюк Шахтная система мониторинга, оповещения и определения местоположения горнорабочих
RU2422641C1 (ru) * 2010-01-11 2011-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "УралТехИс" Система мониторинга подвижных объектов
CN104360311A (zh) * 2014-11-13 2015-02-18 三一重型装备有限公司 煤矿机械的定位监控系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105044666B (zh) 2018-03-20
WO2016206340A1 (zh) 2016-12-29
CN105044666A (zh) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2642522C1 (ru) Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте
Zhang et al. Research of RSSI indoor ranging algorithm based on Gaussian-Kalman linear filtering
CN206594292U (zh) 一种激光雷达测距精度自动检测系统
CN102014489B (zh) 环境自适应的rssi局部定位系统及方法
CN110087308B (zh) 一种基于rss和toa互补的矿井移动目标定位方法
CN104619020A (zh) 基于rssi和toa测距的wifi室内定位方法
CN106792459B (zh) 无线设备高精度定位的方法以及系统
CN102209379B (zh) 基于rssi的无线传感器网络节点定位方法
CN102036372A (zh) 非均一化损耗因子的基于信号强度的定位方法
CN103491627A (zh) 一种集成多种算法的近距离实时精确定位方法
CN103017682A (zh) 一种测距仪测量大型结构几何形状的方法
CN102573055B (zh) 一种无线传感网络中的节点定位方法及系统
CN103152822B (zh) 一种基于apit的煤矿井下人员定位方法
CN102472810B (zh) 用于校准基于传播时间的定位系统的方法
CN103630876A (zh) 基于RSSI的ZigBee节点定位方法
CN203416427U (zh) 基于ZigBee技术的自组网定位系统
CN110540136A (zh) 桥式起重机大车位置检测方法、装置、设备及存储介质
CN104930991B (zh) 基于载波相位的位移监测方法和位移监测系统
KR102266808B1 (ko) 공사현장의 분할영역 모니터링을 위한 안전관리장치 및 그 장치의 구동방법
CN111681329A (zh) 考勤记录的生成方法、装置及系统
KR20160133433A (ko) 알애프아이디 태그를 이용한 야적장에서의 기자재 위치관리 장치 및 방법
KR101233755B1 (ko) 신호 세기를 이용한 무선 신호로 측정된 거리의 검증 방법
CN103796165A (zh) 确定井下人员位置的概率方法
Zhang et al. A new algorithm of mobile node localization based on rssi
Xie et al. An improved E-Min-Max localization algorithm in wireless sensor networks