一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統及方法
2023-10-04 20:36:49
一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統及方法
【專利摘要】一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統及方法，屬於煤礦井下移動目標定位系統及方法。本系統包括設在井上的雲計算系統、外部大數據存儲中心、地面監控中心、數據中繼伺服器以及光纖數據轉換模塊，其中雲計算系統由數據運算處理中心、存儲伺服器以及雲管理模塊組成，系統還包括設在井下巷道中的無線-光纖信號轉換模塊和WIFI指紋定位基站，包括安裝在移動目標載體上的三軸地磁傳感器、捷聯慣導系統以及WIFI指紋定位傳感器，實現井下移動目標位置的實時監控。優點：本系統利用雲計算處理數據運算速度快、實時性強，且採用多傳感器融合定位精度高、定位結果穩定可靠、能夠實現井下移動目標的實時三維精確定位。
【專利說明】一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤礦井下移動目標定位系統及方法，特別是一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統及方法。
【背景技術】
[0002]煤炭是我國重要的基礎能源和原料，以煤為主的能源結構在相當長時間內不會改變，隨著國民經濟的發展，煤炭的需求量越來越大，伴隨的煤礦安全事故也在不斷增多。煤炭資源安全高效開發利用技術成為了國內外學者研究的熱點領域。
[0003]而煤礦井下移動目標的定位及安全，是保障安全高效開發利用的主要因素。煤礦井下移動目標主要為礦工和機車。礦工位置對於井上生產調度、安全監督管理及災後救援具有重要意義；機車是運送礦工、生產材料、煤矸石等的井下交通工具，合理調配機車可以提高礦井生產效率，保障礦工安全。
[0004]煤礦安全生產的核心是人的安全。在日常煤礦作業中，入井人員流動性大，普遍存在不能準確掌握井下人員的分布和作業等情況的現象，管理十分困難，一旦發生事故對礦井人員缺乏可靠的位置信息，嚴重製約了搶險救災的效率，失去最寶貴地搶救時機。目前影響煤礦井下機車運行安全和效率的主要因素是調度人員和司機工作的盲目性。機車一旦開出，調度和司機就無法及時取得聯繫，更改調度命令非常困難，如果司機不能及時了解其他在線機車的位置和運行情況，撞車事故時有發生，具有很大的安全隱患。
[0005]現如今大多數礦井人員的定位基本上採用的是RFID方式，這種方法是在井下的一些關鍵通道口設置讀卡設備，井下人員通過使用射頻卡(RFID)的方法記錄位置，但這種方法主要存在射頻卡系統讀卡速度有限，單向信息傳輸速率低以及定位精度低等問題。捷聯慣性導航系統(SINS)和WIFI射頻指紋定位系統各有優缺點，但其定位性能是互補的。前者長期工作誤差大，但短時間定位精度高。後者定位誤差無隨時間積累現象，但定位信號與WIFI網絡部署、目標所處的環境有較為密切的關係，誤差具有隨機性且動態性能不好。將捷聯慣性導航系統(SINS)和WIFI射頻指紋定位算法相結合實現定位，利用數據處理技術將這兩種系統的優點進行組合，從而彌補或降低它們各自的缺陷或不足，提高定位的精度和可靠性。但是由於融合系統較高的數據更新率以及定位系統的實時性使得系統對數據運算處理中心要求較高。
[0006]綜上所述，可以看出定位系統在使用單個定位設備定位效果均不理想，定位精度不高，且採用組合定位系統對系統的數據運算處理能力要求較高，不利於在煤礦井下推廣使用。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是要提供一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統及方法，解決現有的單個定位傳感器定位穩定性差，定位精度不高，以及採用組合定位系統對系統的數據運算處理能力要求較高，不利於井下推廣使用的問題。
[0008]本發明的目的是這樣實現的:該礦井移動目標定位包括系統和方法；
[0009]所述系統的地面監控中心、數據中繼伺服器、外部大數據存儲中心以及光纖數據轉換模塊安裝在煤礦井上，外部大數據存儲中心與雲計算系統連接；雲計算系統通過Internet網與數據中繼伺服器連接；地面監控中心和光纖數據轉換模塊均與數據中繼伺服器連接；
[0010]系統還包括設在井下巷道中的無線-光纖信號轉換模塊和WIFI指紋定位基站，三軸地磁傳感器、捷聯慣導系統以及WIFI指紋定位傳感器安裝在移動目標載體上；所述的三軸地磁傳感器測量的地磁信息、捷聯慣導系統測量移動目標的加速度和角速度信息以及WIFI指紋定位傳感器測量的WIFI信號均通過相應的無線信號發送模塊將數據傳送到對應的無線-光纖信號轉換模塊，然後利用光纖將定位信息通過光纖數據轉換模塊傳輸到數據中繼伺服器中；數據中繼伺服器連接地面監控中心並將接收到的定位信息通過Internet網發送給設置在遠端的雲計算系統，雲計算系統實時處理定位信息並且將定位數據存儲到外部大數據存儲中心中。
[0011]其中所述的雲計算系統包括雲管理模塊、數據運算處理中心以及存儲伺服器，雲計算系統接收來自Internet網的定位數據，通過雲管理模塊將數據傳送到數據運算處理中心，然後雲管理模塊控制存儲伺服器將數據運算處理中心解算好的定位數據發送給與雲計算系統連接的外部大數據存儲中心；處理完成的數據也通過雲管理模塊利用Internet網傳輸給遠端的用戶。
[0012]所述的三軸地磁傳感器在定位初始階段測量定位區域巷道的三軸地磁信號並結合位置參考點建立巷道地磁資料庫存儲在外部大數據存儲中心；在定位階段三軸地磁傳感器實時測量移動目標所在位置的地磁信號，並通過網絡實時傳輸到雲計算系統，通過雲計算系統與大數據存儲中心的地磁資料庫進行模式信息匹配，得到移動目標的地磁位置信肩、O
[0013]所述的WIFI指紋定位基站根據信號覆蓋原則安裝布置在巷道裡，確保在定位區域的任何一個位置至少都可以接收到三個WIFI信號；所述的WIFI指紋定位傳感器在定位初始階段，測量定位區域巷道的WIFI信號，並且通過WIFI指紋定位基站的信號唯一標識功能確定接收信號的基站編號以及位置信息，結合WIFI指紋定位傳感器的位置參考點建立WIFI指紋庫，並根據定位精度要求和WIFI信號解析度對定位區域的WIFI指紋庫進行網格劃分，將上述信息保存在外部大數據存儲中心；所述的WIFI指紋定位傳感器在定位階段實時測量移動目標所在位置的WIFI信號，並通過光纖和網絡將數據上傳至雲計算系統，通過雲計算系統與大數據存儲中心帶網格劃分的WIFI指紋庫進行模式信息匹配，確定移動目標所在的WIFI網格，最終確定移動目標的位置彳目息。
[0014]所述方法的具體步驟為:
[0015](I)已知位置的WIFI指紋定位基站安裝在定位區域的巷道中，WIFI信號覆蓋整個定位區域；
[0016](2)三軸地磁傳感器採集定位區域的地磁信號，並結合參考位置信息進行參考地磁數據處理，將地磁定位信息上傳到雲計算系統構建地磁背景場單元存入外部大數據存儲中心；WIFI指紋定位傳感器測量定位區域的WIFI信號，並結合參考位置信息進行參考WIFI信號數據處理，並上傳到雲計算系統構建WIFI指紋庫進行網格劃分後存入到外部大數據存儲中心；
[0017](3)捷聯慣導系統測量定位初始參考點的慣性信息進行捷聯慣導初始對準；所述的雲計算系統進行系統初始化；
[0018](4)捷聯慣導系統實時測量移動目標的加速度和角速度信息，並通過網絡上傳至雲計算系統；三軸地磁傳感器測量移動目標所在位置的地磁信號並通過網絡上傳至雲計算系統；WIFI指紋定位傳感器測量移動目標所在位置的WIFI信號並通過網絡上傳至雲計算系統；
[0019](5)雲計算系統接收到捷聯慣導系統測量移動目標的加速度和角速度信息，通過在雲計算系統中的數據運算處理中心對移動目標加速度和角速度進行捷聯慣導位置解算，得到移動目標的位置和姿態；雲計算系統接收到三軸地磁傳感器測量的移動目標所在位置的地磁信息並根據存儲在外部大數據存儲中心的地磁背景場單元進行模式信息匹配得到位置信息；雲計算系統接收到WIFI指紋定位傳感器測量的移動目標所在區域的WIFI信號並根據上傳到外部大數據存儲中心的WIFI指紋庫進行模式匹配得到移動目標的位置信息；
[0020](6)將在雲計算系統中計算得到的捷聯慣導定位位置信息和姿態信息、地磁定位位置信息以及WIFI指紋定位位置信息一起送入數據融合處理模塊，最後得到融合了三種定位方法精確的移動目標位置姿態信息；
[0021](7)對融合後的位置姿態信息通過雲管理模塊將數據存入外部大數據存儲中心以及傳輸到井上的地面監控中心顯示輸出；在下一個定位更新時刻重複上述步驟(4)一(7)。
[0022]有益效果，由於採用上述方案，在煤礦井下的移動目標上安裝捷聯慣導系統、地磁傳感器以及WIFI指紋傳感器，在巷道內安裝WIFI指紋定位基站以及無線數據傳輸系統能夠將定位數據傳輸到井上遠端的雲計算系統和大數據存儲中心實現多傳感器的組合導航定位。
[0023]基於雲計算和大數據的多傳感器井下移動目標定位系統融合了捷聯慣導定位系統、地磁導航系統以及WIFI指紋定位系統的定位信息，克服了單個定位傳感器存在的不足。通過網絡將多傳感器定位信息上傳至遠端的雲計算系統中，並利用大數據存儲服務中心開展對定位數據的解算、分析處理以及存儲等，有效解決了組合系統中數據處理對硬體要求較高的問題。為了克服捷聯慣導定位系統誤差隨時間發散的問題，在移動目標上安裝地磁傳感器，通過實時測量得到的移動目標所在位置的三軸地磁信息與地磁信息庫進行匹配得到移動目標的位置信息；將WIFI指紋定位系統的WIFI基站安裝在礦井的巷道中，通過基站的天線實時向外發送WIFI信號，安裝在移動目標上的WIFI指紋傳感器實時測量所在位置的WIFI信號，並通過與之前測量得到的WIFI指紋庫進行模式匹配，得到移動目標的位置信息，將三個傳感器的定位信息進行融合解算既可以得到定位精度高、數據穩定的移動目標位置信息。
[0024]優點:該定位系統能夠具有捷聯慣導定位系統的數據更新率高、定位數據全面等優點，也能夠通過地磁定位和WIFI指紋定位實現對捷聯慣導累積誤差進行很好的抑制。定位系統通過雲計算和大數據中心實現了多傳感器信息融合的異地解算，降低了對融合數據處理中心的硬體要求，定位精度高，性能穩定且易於實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的系統結構示意圖。
[0026]圖2是本發明的傳感器設備安裝布置示意圖。
[0027]圖3是本發明的WIFI指紋定位原理圖。
[0028]圖4是本發明的定位數據處理框圖。
[0029]圖中:1、巷道；2、WIFI指紋定位傳感器；3、捷聯慣性導航系統；4、WIFI無線定位基站；5、井下移動目標；6、三軸地磁傳感器；7、WIFI定位劃分網格。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0031]該礦井移動目標定位包括系統和方法；所述系統的地面監控中心、數據中繼伺服器、外部大數據存儲中心以及光纖數據轉換模塊安裝在煤礦井上，外部大數據存儲中心與雲計算系統連接；雲計算系統通過Internet網與數據中繼伺服器連接；地面監控中心和光纖數據轉換模塊均與數據中繼伺服器連接；
[0032]系統還包括設在井下巷道中的無線-光纖信號轉換模塊和WIFI指紋定位基站，三軸地磁傳感器、捷聯慣導系統以及WIFI指紋定位傳感器安裝在移動目標載體上；所述的三軸地磁傳感器測量的地磁信息、捷聯慣導系統測量移動目標的加速度和角速度信息以及WIFI指紋定位傳感器測量的WIFI信號均通過相應的無線信號發送模塊將數據傳送到對應的無線-光纖信號轉換模塊，然後利用光纖將定位信息通過光纖數據轉換模塊傳輸到數據中繼伺服器中；數據中繼伺服器連接地面監控中心並將接收到的定位信息通過Internet網發送給設置在遠端的雲計算系統，雲計算系統實時處理定位信息並且將定位數據存儲到外部大數據存儲中心中。
[0033]其中所述的雲計算系統包括雲管理模塊、數據運算處理中心以及存儲伺服器，雲計算系統接收來自Internet網的定位數據，通過雲管理模塊將數據傳送到數據運算處理中心，然後雲管理模塊控制存儲伺服器將數據運算處理中心解算好的定位數據發送給與雲計算系統連接的外部大數據存儲中心；處理完成的數據也通過雲管理模塊利用Internet網傳輸給遠端的用戶。
[0034]所述的三軸地磁傳感器在定位初始階段測量定位區域巷道的三軸地磁信號並結合位置參考點建立巷道地磁資料庫存儲在外部大數據存儲中心；在定位階段三軸地磁傳感器實時測量移動目標所在位置的地磁信號，並通過網絡實時傳輸到雲計算系統，通過雲計算系統與大數據存儲中心的地磁資料庫進行模式信息匹配，得到移動目標的地磁位置信肩、O
[0035]所述的WIFI指紋定位基站根據信號覆蓋原則安裝布置在巷道裡，確保在定位區域的任何一個位置至少都可以接收到三個WIFI信號；所述的WIFI指紋定位傳感器在定位初始階段，測量定位區域巷道的WIFI信號，並且通過WIFI指紋定位基站的信號唯一標識功能確定接收信號的基站編號以及位置信息，結合WIFI指紋定位傳感器的位置參考點建立WIFI指紋庫，並根據定位精度要求和WIFI信號解析度對定位區域的WIFI指紋庫進行網格劃分，將上述信息保存在外部大數據存儲中心；所述的WIFI指紋定位傳感器在定位階段實時測量移動目標所在位置的WIFI信號，並通過光纖和網絡將數據上傳至雲計算系統，通過雲計算系統與大數據存儲中心帶網格劃分的WIFI指紋庫進行模式信息匹配，確定移動目標所在的WIFI網格，最終確定移動目標的位置彳目息。
[0036]如圖1所示，一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統包括:井下移動目標、捷聯慣導系統、WIFI指紋傳感器、三軸地磁傳感器、無線數據發送模塊、無線-光纖信號轉換模塊、光纖數據轉換模塊、數據中繼伺服器、地面監控中心、外部大數據存儲中心以及雲計算系統，其中雲計算系統包括雲管理模塊、數據運算處理中心以及存儲伺服器。
[0037]一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統中的三軸地磁傳感器實時測量井下移動目標所在位置的地磁信息，並通過安裝在移動目標上的無線數據發送模塊將三軸地磁數據傳送到固定安裝在巷道裡的無線-光纖信號轉換模塊。安裝在移動目標上的WIFI指紋傳感器實時測量安裝在巷道裡的WIFI無線定位基站發送的WIFI信號，並通過無線數據發送模塊將WIFI指紋定位數據傳送到巷道裡的無線-光纖信號轉換模塊。安裝在移動目標上的捷聯慣導系統實時測量移動目標的三軸加速度和三軸角速度信息，並且將慣性信息通過無線數據發送模塊實時傳送到安裝在巷道的無線-光纖信號轉換模塊。無線-光纖信號轉換模塊接收來自三軸地磁傳感器、WIFI指紋定位傳感器和捷聯慣導系統的定位數據並將這些數據轉換成光纖信息利用井下光纜傳送至安裝在井上的光纖數據轉換模塊中。通過光纖數據轉換模塊將定位信息轉換成電信號發送到數據中繼伺服器中。數據中繼伺服器負責數據的調配轉換，其連接地面監控中心，可以實時顯示井下移動目標的運動狀態。數據中繼伺服器通過Internet網可以將井下移動目標的定位數據發送至遠端的雲計算系統和大數據存儲中心。設置在遠端的雲計算系統接收到定位數據後系統中的雲管理模塊對數據進行初步的判斷和處理，然後控制數據運算處理中心對定位數據進行解算融合，得到融合了三個傳感器信息的井下移動目標位置、姿態數據。雲管理模塊控制存儲伺服器將原始定位信息以及經過數據運算處理中心解算的移動目標位置、姿態信息存入到外部大數據存儲中心。外部大數據存儲中心保存系統運行中的定位原始數據和定位解算後的位置、姿態數據，雲計算系統也可以隨時從大數據存儲中心中調取以前的歷史數據以供解算顯示等。
[0038]如圖2所示，一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統傳感器設備安裝布置主要包括巷道UWIFI指紋定位傳感器2、捷聯慣性導航系統3、WIFI無線定位基站4、井下移動目標5以及三軸地磁傳感器6等組成。其中井下移動目標5布置在巷道I中並沿巷道行走。WIFI指紋定位傳感器2、捷聯慣性導航系統3以及三軸地磁傳感器6均固定安裝移動目標5中，且WIFI指紋定位傳感器2的信號接收天線伸出移動目標的殼體外方便接收WIFI信號。其中捷聯慣性導航系統3固定安裝在移動目標的機體內以實時測量移動目標的加速度和角速度信號，三軸地磁傳感器6安裝在移動目標的表面並在上面覆蓋塑料外殼以保護傳感器不受外部惡劣環境的破壞。WIFI無線定位基站4安裝在井下巷道壁上，並且根據基站信號覆蓋理論合理選擇WIFI基站的數量和WIFI基站的安裝位置，確保在定位區域完全被WIFI信號覆蓋，且WIFI指紋定位傳感器2能夠同時接收到3個或3個以上的WIFI基站信號，保證WIFI定位系統的可行性。
[0039]如圖3所示，一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統中的WIFI指紋定位原理圖。在WIFI指紋定位系統中WIFI指紋定位基站4按照無線信號覆蓋理論安裝布置在巷道中，且每一個WIFI指紋定位基站4均向四周均勻發射能夠識別自身的WIFI無線信號。WIFI指紋傳感器2安裝在移動目標上實時接收所在位置的WIFI信號，測量WIFI信號來自哪一個WIFI基站以及WIFI信號的強度。在WIFI指紋定位初始階段，WIFI指紋定位傳感器2在定位區域測量已知位置接收到的WIFI信號強度和信號標識，並結合WIFI指紋定位傳感器2的位置建立WIFI指紋庫。在建立WIFI指紋庫的基礎上根據定位精度要求和WIFI信號解析度對定位區域的WIFI指紋庫進行網格劃分7，確保在定位區域裡的任何位置接收到的WIFI定位信號均能夠匹配到一個唯一的網格中，將上述信息保存在外部大數據存儲中心。在建立WIFI指紋庫後，WIFI指紋定位傳感器2在定位階段實時測量井下移動目標所在位置的WIFI信號，並且將WIFI信號上傳至雲計算系統和大數據存儲中心中的WIFI指紋庫進行模式匹配進而得到移動目標所在的位置信息。
[0040]如圖4所示，一種雲計算數據下的礦井移動目標定位方法主要包括三軸地磁傳感定位方法、捷聯慣導定位方法、WIFI指紋定位方法、雲計算系統定位數據解算融合中心以及外部大數據存儲中心等。其中地磁傳感定位方法在定位開始階段需要事先進行地磁背景場單元構建以及地磁定位資料庫建立，WIFI指紋定位方法在定位開始階段需進行WIFI基站的信號覆蓋規劃以及利用WIFI指紋定位傳感器進行WIFI指紋資料庫建立。
[0041]一種雲計算數據下的礦井移動目標定位方法，所述的定位方法主要由以下7個步驟完成；
[0042](I)已知位置的WIFI指紋定位基站安裝在定位區域的巷道中，WIFI信號覆蓋整個定位區域；
[0043](2)三軸地磁傳感器採集定位區域的地磁信號，並結合參考位置信息進行參考地磁數據處理，將地磁定位信息上傳到雲計算系統構建地磁背景場單元存入外部大數據存儲中心；WIFI指紋定位傳感器測量定位區域的WIFI信號，並結合參考位置信息進行參考WIFI信號數據處理，並上傳到雲計算系統構建WIFI指紋庫進行網格劃分後存入到外部大數據存儲中心；
[0044](3)捷聯慣導系統測量定位初始參考點的慣性信息進行捷聯慣導初始對準；所述的雲計算系統進行系統初始化；
[0045](4)捷聯慣導系統實時測量移動目標的加速度和角速度信息，並通過網絡上傳至雲計算系統；三軸地磁傳感器測量移動目標所在位置的地磁信號並通過網絡上傳至雲計算系統；WIFI指紋定位傳感器測量移動目標所在位置的WIFI信號並通過網絡上傳至雲計算系統；
[0046](5)雲計算系統接收到捷聯慣導系統測量移動目標的加速度和角速度信息，通過在雲計算系統中的數據運算處理中心對移動目標加速度和角速度進行捷聯慣導位置解算，得到移動目標的位置和姿態；雲計算系統接收到三軸地磁傳感器測量的移動目標所在位置的地磁信息並根據存儲在外部大數據存儲中心的地磁背景場單元進行模式信息匹配得到位置信息；雲計算系統接收到WIFI指紋定位傳感器測量的移動目標所在區域的WIFI信號並根據上傳到外部大數據存儲中心的WIFI指紋庫進行模式匹配得到移動目標的位置信息；
[0047](6)將在雲計算系統中計算得到的捷聯慣導定位位置信息和姿態信息、地磁定位位置信息以及WIFI指紋定位位置信息一起送入數據融合處理模塊，最後得到融合了三種定位方法精確的移動目標位置姿態信息；
[0048](7)對融合後的位置姿態信息通過雲管理模塊將數據傳輸到井上的地面監控中心顯示輸出；在下一個定位更新時刻重複上述步驟(4)一(7)。
【權利要求】
1.一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統，其特徵是:所述系統的地面監控中心、數據中繼伺服器、外部大數據存儲中心以及光纖數據轉換模塊安裝在煤礦井上，外部大數據存儲中心與雲計算系統連接；雲計算系統通過Internet網與數據中繼伺服器連接；地面監控中心和光纖數據轉換模塊均與數據中繼伺服器連接； 系統還包括設在井下巷道中的無線-光纖信號轉換模塊和WIFI指紋定位基站，三軸地磁傳感器、捷聯慣導系統以及WIFI指紋定位傳感器安裝在移動目標載體上；所述的三軸地磁傳感器測量的地磁信息、捷聯慣導系統測量移動目標的加速度和角速度信息以及WIFI指紋定位傳感器測量的WIFI信號均通過相應的無線信號發送模塊將數據傳送到對應的無線-光纖信號轉換模塊，然後利用光纖將定位信息通過光纖數據轉換模塊傳輸到數據中繼伺服器中；數據中繼伺服器連接地面監控中心並將接收到的定位信息通過Internet網發送給設置在遠端的雲計算系統，雲計算系統實時處理定位信息並且將定位數據存儲到外部大數據存儲中心中。
2.根據權利要求1所述的一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統，其特徵在於:所述的雲計算系統包括雲管理模塊、數據運算處理中心以及存儲伺服器，雲計算系統接收來自Internet網的定位數據，通過雲管理模塊將數據傳送到數據運算處理中心，然後雲管理模塊控制存儲伺服器將數據運算處理中心解算好的定位數據發送給與雲計算系統連接的外部大數據存儲中心；處理完成的數據也通過雲管理模塊利用Internet網傳輸給遠端的用戶。
3.根據權利要求1所述的一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統，其特徵在於:所述的三軸地磁傳感器在定位初始階段測量定位區域巷道的三軸地磁信號並結合位置參考點建立巷道地磁資料庫存儲在外部大數據存儲中心；在定位階段三軸地磁傳感器實時測量移動目標所在位置的地磁信號，並通過網絡實時傳輸到雲計算系統，通過雲計算系統與大數據存儲中心的地磁資料庫進行模式信息匹配，得到移動目標的地磁位置信息。
4.根據權利要求1所述的一種雲計算數據下的礦井移動目標定位系統，其特徵在於:所述的WIFI指紋定位基站根據信號覆蓋原則安裝布置在巷道裡，確保在定位區域的任何一個位置至少都可以接收到三個WIFI信號；所述的WIFI指紋定位傳感器在定位初始階段，測量定位區域巷道的WIFI信號，並且通過WIFI指紋定位基站的信號唯一標識功能確定接收信號的基站編號以及位置信息，結合WIFI指紋定位傳感器的位置參考點建立WIFI指紋庫，並根據定位精度要求和WIFI信號解析度對定位區域的WIFI指紋庫進行網格劃分，將上述信息保存在外部大數據存儲中心；所述的WIFI指紋定位傳感器在定位階段實時測量移動目標所在位置的WIFI信號，並通過光纖和網絡將數據上傳至雲計算系統，通過雲計算系統與大數據存儲中心帶網格劃分的WIFI指紋庫進行模式信息匹配，確定移動目標所在的WIFI網格，最終確定移動目標的位置信息。
5.一種雲計算數據下的礦井移動目標定位方法，其特徵在於:所述的定位方法，具體步驟如下: (1)已知位置的WIFI指紋定位基站安裝在定位區域的巷道中，WIFI信號覆蓋整個定位區域； (2)三軸地磁傳感器採集定位區域的地磁信號，並結合參考位置信息進行參考地磁數據處理，將地磁定位信息上傳到雲計算系統構建地磁背景場單元存入外部大數據存儲中心；WIFI指紋定位傳感器測量定位區域的WIFI信號，並結合參考位置信息進行參考WIFI信號數據處理，並上傳到雲計算系統構建WIFI指紋庫進行網格劃分後存入到外部大數據存儲中心； (3)捷聯慣導系統測量定位初始參考點的慣性信息進行捷聯慣導初始對準；所述的雲計算系統進行系統初始化； (4)捷聯慣導系統實時測量移動目標的加速度和角速度信息，並通過網絡上傳至雲計算系統；三軸地磁傳感器測量移動目標所在位置的地磁信號並通過網絡上傳至雲計算系統；WIFI指紋定位傳感器測量移動目標所在位置的WIFI信號並通過網絡上傳至雲計算系統； (5)雲計算系統接收到捷聯慣導系統測量移動目標的加速度和角速度信息，通過在雲計算系統中的數據運算處理中心對移動目標加速度和角速度進行捷聯慣導位置解算，得到移動目標的位置和姿態；雲計算系統接收到三軸地磁傳感器測量的移動目標所在位置的地磁信息並根據存儲在外部大數據存儲中心的地磁背景場單元進行模式信息匹配得到位置信息；雲計算系統接收到WIFI指紋定位傳感器測量的移動目標所在區域的WIFI信號並根據上傳到外部大數據存儲中心的WIFI指紋庫進行模式匹配得到移動目標的位置信息； (6)將在雲計算系統中計算得到的捷聯慣導定位位置信息和姿態信息、地磁定位位置信息以及WIFI指紋定位位置信息一起送入數據融合處理模塊，最後得到融合了三種定位方法精確的移動目標位置姿態信息； (7)對融合後的位置姿態信息通過雲管理模塊存入外部大數據存儲中心以及將數據傳輸到井上的地面監控中心顯示輸出；在下一個定位更新時刻重複上述步驟(4) — (7)。
【文檔編號】G01C21/08GK104244406SQ201410477642
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】李威, 楊海, 範孟豹, 楊雪鋒, 王禹橋, 羅成名, 應葆華 申請人:中國礦業大學