[发明专利]一种超层越界检测系统及方法

摘要

一种超层越界检测系统及方法，包括：数据采集端、数据处理平台和监控服务器；数据采集端包括惯性测量单元、磁强计、电子矿图，数据采集端采集监察员矿井内的运动数据，并发送至数据处理平台；惯性测量单元采集监察员角速度数据和加速度数据；磁强计采集监察员周围磁场数据；电子矿图实时显示监察员在矿井中的坐标；数据处理平台实时对数据采集设备采集的监察员加速度、角速度及磁强计数据进行基于Kalman滤波的多传感器数据融合，并将融合结果与电子矿图xyz坐标进行基于粒子滤波的数据融合，得到监察员运动坐标及矿井超层越界结果，并上传至监控服务器，实现对矿井超层越界的监控。本专利可实现监察员实时连续坐标测量，适用于矿井超层越界监察。

主权项

1.一种超层越界检测系统，其特征在于：包括：数据采集端(1)、数据处理平台(2)和监控服务器(3)；数据采集端(1)包括惯性测量单元(4)、磁强计(7)、电子矿图(8)，其中惯性测量单元(4)通过三轴陀螺仪(5)和三轴加速度计(6)分别采集监察员角速度数据和加速度数据；磁强计(7)采集监察员周围磁场数据；电子矿图(8)实时显示监察员在矿井中的坐标；数据采集端(1)将采集到的监察员角速度数据和加速度数据、监察员周围磁场数据以及监察员在矿井中的坐标发送至数据处理平台(2)；数据处理平台(2)实时对数据采集端(1)采集的监察员加速度数据、角速度数据、磁强计数据及电子矿图xyz坐标数据，通过Kalman滤波模块(9)进行多传感器数据融合，首先角速度数据和加速度数据通过捷联解算模块(10)，得到位置、速度及姿态信息；同时利用角速度数据和加速度数据，通过零速检测模块(21)计算角速度数据的模值和加速度数据的模值，并分别与设定的角速度数据阈值和加速度数据阈值对比，同时计算角速度数据的噪声标准差和加速度数据的噪声标准差，并分别与设定的角速度数据噪声标准差阈值和加速度数据的统计噪声标准差阈值对比，进行零速检测，得到监察员的零速信息；通过观测数据获取模块(12)获取磁强计数据和电子矿图xyz坐标数据；将上述捷联解算模块(10)、零速检测模块(21)和磁强计(7)的数据通过第一Kalman滤波模块(11)进行18维Kalman滤波，估计得到滤波后的位置、速度、姿态及干扰磁场，利用磁强计(7)的数据及估计得到的干扰磁场，解算得到当前环境下的准确磁场模型，将所得到的准确磁场模型和第一Kalman滤波模块(11)估计得到的滤波后的位置、速度、姿态，以及观测数据获取模块(12)获取的磁强计数据和电子矿图数据通过第二Kalman滤波模块(22)进行15维Kalman滤波，估计得到位置误差、速度误差及姿态误差，通过误差反馈模块(13)进行误差修正，得到监察员的运动轨迹，并将运动轨迹发送给超层越界检测模块(14)，基于粒子滤波模块(16)对轨迹获取模块(15)获取的监察员运动轨迹坐标，和电子矿图坐标获取模块(17)获取到的电子矿图坐标，进行监察员轨迹坐标数据与地图坐标数据的数据融合，得到监察员在电子矿图中的运动坐标，通过超层越界判断模块(18)进行监察员运动轨迹与电子矿图xyz坐标对比，判断矿井是否存在超层越界，并将运动轨迹及超层越界结果通过网络上传至监控服务器(3)，监控服务器(3)首先通过数据存储模块(19)对数据进行存储备份，同时基于数据监控模块(20)，实现对矿井超层越界的云端监控。