專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用編碼信標(biāo)進(jìn)行精確定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井下目標(biāo)定位方法，具體地說(shuō)是一種利用光學(xué)原理對(duì)采礦設(shè)備進(jìn)行 精確定位的方法。
背景技術(shù)：
精確定位為井下無(wú)人采礦設(shè)備安全自主行走提供保障，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)無(wú)人自主行 走的技術(shù)難點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)精確定位成為了關(guān)鍵。目前露天定位主要是采用GPS實(shí)現(xiàn)，井下定位方法主要是借助車(chē)載傳感器的數(shù) 據(jù)，依據(jù)慣性導(dǎo)航經(jīng)行定位，然后通過(guò)對(duì)外部絕對(duì)位置的檢測(cè)，消除累計(jì)誤差，經(jīng)行修正。外 部絕對(duì)位置是通過(guò)對(duì)人工信標(biāo)或者自然特征(即巷道內(nèi)壁的自然特征)的檢測(cè)識(shí)別實(shí)現(xiàn) 的。文獻(xiàn) 1 (A navigation system for automated loaders inunderground mines，[in] P.Corke and S.Sukkarieh, eds， Proceeding of the5th International Conference on Field and Service Robitics，Spriger，Berlin，Germany，2005，p. 129-140)米用 RFID 無(wú) 線射頻技術(shù)，在全局范圍的關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)置射頻卡，車(chē)載讀卡器在距離射頻卡一定的范圍內(nèi) 接收到射頻卡的信息，讀到射頻卡的ID，就可以獲得射頻卡所攜帶的地理位置信息。RFID 是一種方便簡(jiǎn)捷的井下定位方式，受井下粉塵，煙霧的影響比較??；這種方法的缺點(diǎn)在于射 頻卡有一定的感應(yīng)范圍，以射頻卡所在的點(diǎn)為圓心，感應(yīng)距離為半徑所形成的這個(gè)圓就是 射頻卡的感應(yīng)范圍，在這個(gè)此范圍內(nèi)讀卡器都能讀到到射頻卡的信息，所以不能精確定位。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種改變了傳統(tǒng)的人工信標(biāo)需要提供外 部電源的缺陷，解決了 RFID無(wú)線射頻卡不能精確定位的問(wèn)題，直接利用車(chē)載激光掃描儀識(shí) 別編碼信標(biāo)，消除慣性導(dǎo)航產(chǎn)生的累積誤差，從而實(shí)現(xiàn)精確定位的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種利用編碼信標(biāo)進(jìn)行精確定位的方法，包括以下步驟步驟1.安裝編碼信標(biāo)將制作好的編碼信標(biāo)安裝在井下巷道壁上關(guān)鍵點(diǎn)上，設(shè)置 分辯閾值，將上述信息存儲(chǔ)到模板數(shù)據(jù)庫(kù)中；步驟2.識(shí)別特征點(diǎn)設(shè)置激光掃描儀的掃描夾角和掃描點(diǎn)，并對(duì)安裝編碼信標(biāo)進(jìn) 行識(shí)別，激光掃描儀掃描范圍內(nèi)的掃描點(diǎn)，接收到所有掃描點(diǎn)返回的距離數(shù)據(jù)；取出所有測(cè) 量得到的掃描點(diǎn)的距離值，計(jì)算相鄰點(diǎn)的差值，如果差值大于所述分辨閾值，則將此點(diǎn)作為 特征點(diǎn)記錄下來(lái)，否則忽略，繼續(xù)識(shí)別，根據(jù)得到跳躍點(diǎn)的變化，得到所有特征點(diǎn)；步驟3.計(jì)算距離根據(jù)所述步驟2得到的特征點(diǎn)，選取邊緣掃描點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，利 用余弦定理，計(jì)算特征點(diǎn)與之相對(duì)應(yīng)的邊緣掃描點(diǎn)之間的寬度；步驟4.掃描點(diǎn)歸類(lèi)根據(jù)步驟2得到的特征點(diǎn)對(duì)編碼信標(biāo)進(jìn)行分段，所述每段標(biāo) 志取自相應(yīng)特征點(diǎn)的標(biāo)志；步驟5.根據(jù)步驟4得到的標(biāo)志位與所述模板數(shù)據(jù)庫(kù)的模板的匹配，如果一致，則繼續(xù)往下進(jìn)行識(shí)別，否則，跳回步驟1進(jìn)行重新識(shí)別；
步驟6.距離的匹配計(jì)算根據(jù)步驟3得到的寬度和所述模板數(shù)據(jù)庫(kù)里的模板做方 差，如果方差在允許范圍，則匹配成功，得到所述編碼信標(biāo)所攜帶的地理位置坐標(biāo)；如果不 成功，則忽略；步驟7.識(shí)別結(jié)束，辨別出相應(yīng)信標(biāo)；步驟8.根據(jù)所述步驟2得到的特征點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，通過(guò)余弦定理可以得到采礦設(shè) 備的航向角，通過(guò)三角函數(shù)可以算出來(lái)采礦設(shè)備與所述編碼信標(biāo)之間的相對(duì)位置，從而得 到采礦設(shè)備的精確位置。所述編碼信標(biāo)為用寬度不一的反光板，按需要的方式組合成“條”、“空”相間或者 “黑”、“白”相間的條碼。本發(fā)明的有意效果如下(1)本發(fā)明用反光板編碼信標(biāo)，材料經(jīng)濟(jì)、成本低。(2)編碼信標(biāo)制作工藝簡(jiǎn)單，編碼方式靈活多變，安裝使用方便快捷，維護(hù)簡(jiǎn)單。(3)對(duì)粉塵、煙霧等抗干擾性強(qiáng)。(4)編碼信標(biāo)不需要提供外部電源。(5)相對(duì)于其他定位方式，編碼信標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)精確定位。
圖1是本發(fā)明一種利用編碼信標(biāo)進(jìn)行精確定位的方法的原理框圖。圖2是編碼信標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是識(shí)別到編碼信標(biāo)時(shí)采礦設(shè)備和編碼信標(biāo)相對(duì)位置關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示為本發(fā)明利用編碼信標(biāo)進(jìn)行精確定位的方法的原理框圖；將“條”、 “空”寬度依次為40mm、80mm、40mm、40mm、40mm的編碼信標(biāo)(如圖2所示)分別固定在巷道 的起點(diǎn)、轉(zhuǎn)彎和工作點(diǎn)的巷道壁上，距離巷道墻壁至少I(mǎi)OOmm的距離固定，分辨閾值設(shè)置為 50mm，將上述設(shè)置存儲(chǔ)入模板數(shù)據(jù)庫(kù)中；設(shè)置車(chē)載激光掃描儀的掃描夾角為30°，掃描點(diǎn)為150個(gè)，對(duì)安裝好的編碼信標(biāo) 進(jìn)行識(shí)別，車(chē)載激光掃描儀掃描夾角范圍內(nèi)所有的掃描點(diǎn)，接收到所有掃描點(diǎn)返回的距離 值，當(dāng)掃描范圍內(nèi)包含有編碼信標(biāo)時(shí)(如圖3所示)，因?yàn)榫幋a信標(biāo)是離開(kāi)巷道臂一定距離 安裝的，所以在“條”上的掃描點(diǎn)距離和相鄰著的掃描到“空”的掃描點(diǎn)的距離有一個(gè)跳躍 性的變化，取出所有測(cè)量得到的掃描點(diǎn)的距離值Data_P0int[i]. Distance并計(jì)算相鄰點(diǎn) 的差值，即Ll = abs(Data_Point[i+1]. Distance-Data_Point[i]. Distance)如果 Ll > 50mm，則將此點(diǎn)作為特征點(diǎn)記錄下來(lái)，即i = Count [j++]；這樣就根據(jù)差值的正負(fù)，就確定有幾個(gè)點(diǎn)在“條”上，有幾個(gè)點(diǎn)在“空”上；可以得 到這些跳躍變化點(diǎn)，從而得到所有特征點(diǎn)；根據(jù)所有特征點(diǎn)，提取邊緣掃描點(diǎn)，S卩“空”上第一個(gè)點(diǎn)為特征點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)前面一個(gè)點(diǎn)就是“條”的邊緣掃描點(diǎn)，這個(gè)特征點(diǎn)就是“空”的一個(gè)邊緣掃描點(diǎn)，從這個(gè)“空”到下一個(gè)“條”的特征點(diǎn)就是“條”上的第一個(gè)點(diǎn)，也就是“條”的邊緣掃描點(diǎn)，這個(gè)特征點(diǎn)的前一個(gè)點(diǎn) 就是“空”的另外一個(gè)邊緣掃描點(diǎn)，這樣每個(gè)“條”、“空”上面都有一對(duì)邊緣掃描點(diǎn)，根據(jù)激 光掃描儀掃描范圍30°和150個(gè)點(diǎn)，所以相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的夾角都是0.2°。每對(duì)邊緣掃 描點(diǎn)的編號(hào)的差值乘以0. 2°，就可以得到每對(duì)邊緣掃描點(diǎn)之間的夾角，邊緣掃描點(diǎn)的長(zhǎng)度 可以通過(guò)激光掃描儀測(cè)量的數(shù)據(jù)直接得到，利用余弦定理，就可以得到編碼信標(biāo)每個(gè)“條”、 “空”的寬度。利用得到所有特征點(diǎn)對(duì)掃描點(diǎn)內(nèi)的編碼信標(biāo)進(jìn)行分段，每段標(biāo)志位取自相應(yīng)特征 點(diǎn)的標(biāo)志；將標(biāo)志位與模板數(shù)據(jù)庫(kù)的模板的匹配，如果一致，則繼續(xù)往下進(jìn)行識(shí)別，否則，重 新識(shí)別；將經(jīng)過(guò)匹配的每個(gè)“條”、“空”的寬度和模板數(shù)據(jù)庫(kù)里的“條”、“空”做方差，如果 方差在允許范圍呢，則匹配成功，可以得到編碼信標(biāo)所攜帶的地理位置坐標(biāo)；如果不成功， 則認(rèn)為是干擾信息，可以忽略掉。
<formula>formula see original document page 5</formula>其中ml[jl]、m2[jl]是兩個(gè)信標(biāo)模板的各段的距離，val、va2分別是與這兩個(gè)模 板距離的方差，如果在允許的方差范圍就認(rèn)為與相應(yīng)的模板匹配；識(shí)別結(jié)束，辨別出相應(yīng)編碼信標(biāo)，得到相應(yīng)的絕對(duì)位置坐標(biāo)；根據(jù)得到的特征點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，通過(guò)余弦定理可以得到采礦設(shè)備的航向角，通過(guò) 三角函數(shù)可以算出來(lái)采礦設(shè)備與編碼信標(biāo)之間的相對(duì)位置，從而得到采礦設(shè)備的精確位 置。
權(quán)利要求
一種利用編碼信標(biāo)進(jìn)行精確定位的方法，其特征在于，具體包括以下步驟步驟1.安裝編碼信標(biāo)將制作好的編碼信標(biāo)安裝在井下巷道壁上關(guān)鍵點(diǎn)上，設(shè)置分辯閾值，將上述信息存儲(chǔ)到模板數(shù)據(jù)庫(kù)中；步驟2.識(shí)別特征點(diǎn)設(shè)置激光掃描儀的掃描夾角和掃描點(diǎn)，并對(duì)安裝編碼信標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，激光掃描儀掃描范圍內(nèi)的掃描點(diǎn)，接收到所有掃描點(diǎn)返回的距離數(shù)據(jù)；取出所有測(cè)量得到的掃描點(diǎn)的距離值，計(jì)算相鄰點(diǎn)的差值，如果差值大于所述分辨閾值，則將此點(diǎn)作為特征點(diǎn)記錄下來(lái)，否則忽略，繼續(xù)識(shí)別，根據(jù)得到跳躍點(diǎn)的變化，得到所有特征點(diǎn)；步驟3.計(jì)算距離根據(jù)所述步驟2得到的特征點(diǎn)，選取邊緣掃描點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，利用余弦定理，計(jì)算特征點(diǎn)與之相對(duì)應(yīng)的邊緣掃描點(diǎn)之間的寬度；步驟4.掃描點(diǎn)歸類(lèi)根據(jù)步驟2得到的特征點(diǎn)對(duì)編碼信標(biāo)進(jìn)行分段，所述每段標(biāo)志取自相應(yīng)特征點(diǎn)的標(biāo)志；步驟5.根據(jù)步驟4得到的標(biāo)志位與所述模板數(shù)據(jù)庫(kù)的模板的匹配，如果一致，則繼續(xù)往下進(jìn)行識(shí)別，否則，跳回步驟1進(jìn)行重新識(shí)別；步驟6.距離的匹配計(jì)算根據(jù)步驟3得到的寬度和所述模板數(shù)據(jù)庫(kù)里的模板做方差，如果方差在允許范圍，則匹配成功，得到所述編碼信標(biāo)所攜帶的地理位置坐標(biāo)；如果不成功，則忽略；步驟7.識(shí)別結(jié)束，辨別出相應(yīng)信標(biāo)；步驟8.根據(jù)所述步驟2得到的特征點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，通過(guò)余弦定理可以得到采礦設(shè)備的航向角，通過(guò)三角函數(shù)可以算出來(lái)采礦設(shè)備與所述編碼信標(biāo)之間的相對(duì)位置，從而得到采礦設(shè)備的精確位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用編碼信標(biāo)進(jìn)行精確定位的方法，其特征在于，所述編碼 信標(biāo)為用寬度不一的反光板，可以組合成“條”、“空”相間或者“黑”、“白”相間的條碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及采礦設(shè)備，是一種用于采礦領(lǐng)域?qū)Σ傻V設(shè)備利用光學(xué)原理進(jìn)行精確定位的方法。該方法包括以下步驟1.井下定位的編碼信標(biāo)的安裝；2.識(shí)別特征點(diǎn)；3.掃描點(diǎn)歸類(lèi)；4.計(jì)算距離；5.標(biāo)志位與模板標(biāo)志的匹配；6.距離的匹配計(jì)算；7.識(shí)別結(jié)束，辨別出相應(yīng)信標(biāo)；8.根據(jù)跳躍變化點(diǎn)的距離，算出來(lái)采礦設(shè)備與所述編碼信標(biāo)之間的相對(duì)位置，從而得到采礦設(shè)備的精確位置。本發(fā)明的有意效果如下本發(fā)明用反光板編碼信標(biāo)，材料經(jīng)濟(jì)、成本低；編碼信標(biāo)制作工藝簡(jiǎn)單，編碼方式靈活多變，安裝使用方便快捷，維護(hù)簡(jiǎn)單；對(duì)粉塵、煙霧等抗干擾性強(qiáng)；編碼信標(biāo)不需要提供外部電源；相對(duì)于其他定位方式，編碼信標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)精確定位。
文檔編號(hào)G01S17/42GK101833098SQ201010151010
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者馮茂林, 劉立, 吳紅梅, 孟宇, 陳樹(shù)新 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)