[发明专利]一种多传感器隧洞定位系统及其定位方法

权利要求书

1.一种多传感器隧洞定位系统，其特征在于，包括利用测距声呐可以获得声呐到洞壁的距离信息，利用姿态传感器可以获得机器人的首相角信息，利用深度计可以获得机器人在水中的深度信息，并将采集到的数据进行数据平滑处理，形成3个传感器的时域图，根据对隧洞走向的定义，隧洞走向信号特征的定义，并进行隧洞走向信号进行特征提取，最终通过支持向量机进行建模识别，实现机器人在隧洞特征位置的定位功能。

2.根据权利要求1所述的多传感器隧洞定位系统，其特征在于，根据隧洞的上坡、下坡、前进、水平、左转、右转、前进、孔径收缩、孔径扩大、孔径不变9个基本走向，根据排列组合，可以得到隧洞中一共存在27种走向变化，然后根据实际的隧洞地图信息，通过比对，得到实际隧洞的走向类别。

3.根据权利要求1所述的多传感器隧洞定位系统，其特征在于，通过滤波算法，能够对数据进行平滑处理，使得处理后的数据便于走向特征信号的提取。

4.根据权利要求1所述的多传感器隧洞定位系统，其特征在于，通过隧洞走向分类的定义，隧洞走向信号特征定义，并通过三种传感器获得的时域图，提取隧洞走向信息特征，然后使用支持向量机算法进行训练、测试，如果隧洞走向分类效果符合预期，则可以通过定义的隧洞走向信号特征进行实验，实现机器人在隧洞特殊位置的定位；如果分类效果不符合预期，则重新进行隧洞走向信号特征定义。

5.根据权利要求1所述的多传感器隧洞定位系统，其特征在于，通过支持向量机的训练、测试，能够实现机器人位于隧洞中特殊位置的定位，同时基于机器人在隧洞中进行匀速运动的条件，可以计算机器人位于每个区段的速度信息，再结合机器人内置的时间节拍信息，可以实现任意时刻机器人在隧洞中的定位功能。

6.一种多传感器隧洞定位方法，包括：

步骤1)、利用机器人首部和尾部的各4个测距声呐测得声呐到壁面的距离信息，并对前后四个测距声呐的距离信息进行取平均值处理，从而抑制由于机器人在管道中的运动对测距信息产生的干扰。

步骤2)、利用深度计获取机器人距离设定参考点的深度信息。

步骤3)、利用姿态传感器获取机器人在隧洞中首相角的信息。

步骤4)、经过上面的步骤1-3，根据隧洞的走向，根据隧洞的上坡、下坡、水平、左转、右转、前进、孔径收缩、孔径扩大、孔径不变9个基本走向，根据排列组合，可以得到隧洞中一共存在27种走向变化。根据隧洞的地图信息，从27种分类走向中，找到隧洞中存在的实际走向类别。通过传感器的数据处理，隧洞走向信息的特征定义、提取，构建基于支持向量机的隧洞走向识别模型，识别机器人在隧洞中的特征位置，实现机器人在隧洞中的定位功能。

7.根据权利要求6所述的多传感器隧洞定位方法，其特征在于所述步骤1)中，在一段工作周期T中，可以根据机器人前部和尾部的各四个测距声呐的测量距离的平均值，绘制出两条测距声呐测量距离的时域图，如果曲线的趋势在工作周期内呈下降趋势，说明该段路程中，隧洞孔径不断减小；如果曲线的趋势在工作周期内呈上升趋势，说明该段路程中，隧洞孔径不断扩大；如果曲线的趋势在工作周期内先保持一个水平状态，接着呈下降趋势，说明该段路程中，隧洞孔径起先维持上一阶段的孔径的大小，接着孔径不断缩小；如果曲线的趋势在工作周期内先保持一个水平状态，接着呈上升趋势，说明该段路程中，隧洞孔径起先维持上一阶段的孔径，接着孔径不断扩大。

8.根据权利要求6所述的多传感器隧洞定位方法，其特征在于所述步骤2)中，在一段工作周期T中，可以根据机器人的深度计获取的信息，绘制出水深深度的时域图，如果曲线的趋势在工作周期内呈下降趋势，说明该段路程中，隧洞为下坡走向；如果曲线的趋势在工作周期内呈上升趋势，说明该段路程中，隧洞为上坡走向。

9.根据权利要求6所述的多传感器隧洞定位方法，其特征在于所述步骤3)中，在一段工作周期T中，可以根据机器人的姿态传感器获得首相角的数据，绘制出首相角的时域图，如果曲线的趋势在工作周期内呈上升趋势，则说明该段路程中，隧洞走向为顺时针转弯，即相对于原走向为向右转弯；如果曲线的趋势在工作周期内呈下降趋势，则说明该段路程中，隧洞走向为逆时针转弯，即相对于原走向为向左转弯；如果曲线的趋势在工作周期内呈水平趋势，则说明该段路程中，隧洞的走向为前进。