[发明专利]一种煤矿井下人员定位方法及装置

权利要求书

1.一种用于对煤矿井下人员执行自动化定位的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）对作为定位对象的井下人员实时检测当前的三轴加速度和三轴角速度以及当前所处地点的磁场强度；

（b）周期性采集上述检测数据，然后利用这些检测数据计算得出定位对象在各个采集周期内包括运动速度及相对位置在内的定位信息；

（c）将步骤（b）计算得出的定位信息经由Zigbee无线传输网络发送至地面监控系统予以存储和实时显示，由此完成对煤矿井下人员的定位过程。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（b）中，当开始采集所述检测数据之后，首先对其执行去噪处理，然后通过互补滤波方式计算得出所述定位信息：

（a1）利用检测数据中的当前三轴加速度，推算得出定位对象当前的俯仰角和横滚角；

（a2）利用检测数据中的当前三轴角速度，再次推算得出定位对象当前的俯仰角和横滚角，然后结合步骤（a1）所得出的俯仰角和横滚角执行修正，由此获得俯仰角修正值和横滚角修正值；

（a3）利用检测数据中的当前所处地点磁场强度与所述俯仰角修正值和横滚角修正值进行数据融合，计算出定位对象当前的偏航角；然后结合当前三轴角速度数据执行修正，由此获得偏航角修正值；

（a4）再次利用检测数据中的当前三轴加速度，并结合通过步骤（a2）和（a3）所获得的俯仰角、横滚角和偏航角三者修正值，计算得出定位对象包括运动速度及相对位置在内的初始定位信息；

（a5）重复执行上述步骤（a1）～（a4），并结合上一周期的定位信息来计算当前周期的定位信息，由此获得定位对象在各个采集周期内的定位信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于上述计算定位信息的过程，基于定位对象的步姿判断来执行下列优化处理：

当利用检测数据中的当前三轴加速度推算得出定位对象的当前俯仰角之后，首先按照此俯仰角将定位对象的步行周期划分为加速-减速-零速三个阶段，然后通过步骤（a2）～（a4）分别计算得出对应的定位信息，其中对于划分为加速或减速阶段的，保留其对应的定位信息不变；而对于划分为零速阶段的，将其对应的运动速度执行归零处理，其相对位置信息保持不变。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用事先预设的俯仰角阈值来判定零速阶段，该俯仰角阈值譬如通过对各个定位对象处于静止状态时的足部俯仰角数据统计学习而获得，其中当定位对象的当前俯仰角与所述俯仰角阈值两者之差的绝对值在10度以内时，则判定为零速阶段；反之，则判定处于加速或减速阶段。

5.一种用于对煤矿井下人员执行自动化定位的装置，其特征在于，该定位装置包括姿态方位传感模块、Zigbee无线传输模块和嵌入式运算控制模块，它们优选集成为块状结构，并可拆卸地放置在作为定位对象的井下人员的足部，其中：

所述姿态方位传感模块包括加速度传感器、陀螺仪和磁力计，该加速度传感器和陀螺仪分别用于对定位对象当前的三轴加速度和三轴角速度执行实时检测，该磁力计用于对定位对象当前所处地点的磁场强度执行实时检测；

所述嵌入式运算控制模块周期性采集姿态方位传感模块的上述检测数据，并利用这些检测数据计算得出定位对象在各个采集周期内包括运动速度及相对位置在内的定位信息；

所述Zigbee无线传输模块将嵌入式运算控制模块计算得出的定位信息发送至地面监控系统，并由地面监控系统予以存储和实时显示。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述嵌入式运算控制模块还用于根据检测数据中的三轴加速度数据，将定位对象的步行周期划分为加速-减速-零速三个阶段，并对划分为零速阶段时所对应的运动速度执行归零处理。