[发明专利]基于伪卫星和惯性信息的深部开采井上下坐标系连接方法

说明书

本发明公开了基于伪卫星和惯性信息的深部开采井上下坐标系连接方法，本方法首先根据矿井断面图，在井筒的上部不同方向的特征点上布设多个伪卫星发射器，利用全站仪确定伪卫星发射器坐标；将惯性测量系统分别固定在罐笼的顶部的两端，采用全站仪测定惯性测量单元的初始坐标，用全站仪分别精确测量相对于惯性测量单元中心的杆臂值；通过布设在井筒内壁上的伪卫星发射器获得伪距和载波相位观测值，利用惯性测量单元得到角速度和加速度信息，利用PC终端对保存的惯性数据和伪卫星数据进行紧组合数据解算，本发明能够利用罐笼装置，快速高精度地获得观测值，克服传统方法受温度、湿度和施工制约的劣势，节省人力和物力，保证生产。

技术领域

本发明涉及一种井上下坐标系连接方法，尤其是一种基于伪卫星和惯性信息的深部开采井上下坐标系连接方法。

背景技术

对于深部精准开采而言，空间基准能够为井下开采的运行、安全预警以及灾害决策提供重要依据。矿井空间基准要求井上下坐标系统一致，将井上坐标系统引入井下，即联系测量。但对于深部竖井而言，矿井的深度较大，矿井内的温度、光线、湿度等因素为联系测量的进行带来了难度，测量的精度受限。

传统的联系测量主要分为平面联系测量(定向)以及高程联系测量。平面联系测量主要包括连接三角形法和陀螺仪方位角法。前者首先下放带有垂球的2根钢丝进行投点，根据垂球静止与否，分为稳定投点法和摆动投点法；然后按照钢丝井上下坐标一致的原则，采用连接三角形法布设导线，利用全站仪测得连接角度，选择钢尺测量出两根钢丝之间的水平距离；最后，进行导线的整体平差，将平面坐标导入井下。后者首先下放带有垂球的1根钢丝进行投点；然后，采用陀螺仪测得井上近井点和钢丝连线的陀螺方位角；最后，利用陀螺仪测定井下点与钢丝连线的陀螺方位角，经过内业计算，获得井下点的平面坐标。高程联系测量主要采用长钢尺、长钢丝以及光电测距仪的方式进行。长钢丝和长钢尺原理类似，主要采用水准仪测得钢尺或钢丝水平标志处和井上下控制的高差，然后测得两标志之间的距离，最后进行高差计算，获得井下控制点高程；光电测距仪，利用反光镜测量的原理，获得井上下的高差，进而得到高程。

传统方法对测量环境要求较高，连接三角形法，需井上下同时进行测量来保证精度，占用井筒的时间较长；陀螺仪方位角法对环境的要求更高，每次测量的时间较长，井筒附近的开采活动等必须停止进行，仪器比较昂贵，且测量精度与钢丝的稳定程度相关程度较高，对于深部开采而言，钢丝的稳定条件受到限制；高程联系测量面临同样的情况，井筒内的环境对长钢尺、长钢丝、以及光电测距仪的测量构成挑战，钢尺和钢丝的伸展和竖直程度和温度、材料有关，井筒内的粉尘、水汽等因素将加大光电测距仪的测距误差。因此，寻求一种能保证精度并且可靠性较高的井上下坐标连接方法至关重要。

发明内容

技术问题：本发明是克服上述传统坐标井上下联系测量的不足，提供一种高精度、快捷的井上下坐标连接方法。

本发明提供具体的技术方案为：基于伪卫星和惯性信息的深部开采井上下坐标系连接系统，包括设于矿井上部的伪卫星，用于提供高精度的距离测量值，包括伪距和载波相位观测值；

设于罐笼顶部的惯性测量系统，包括数个惯性传感器，用于提供高采样率的角速度和加速度信息；

设于罐笼顶部和底部的伪卫星接收器，用于接收伪卫星数据；

与惯性测量系统、伪卫星接收器连接的PC终端，用于对采集到的伪卫星数据和惯性测量系统数据进行存储，最后进行数据时钟同步，并采用紧组合卡尔曼滤波以及零速修正对数据进行处理和分析。

进一步地，所述的惯性测量系统可通过GPS天线获得惯导数据的时间戳，因此应从井外进入罐笼，并且在井外已经开始采集数据。

进一步地，所述的卡尔曼滤波指的是抗差卡尔曼滤波器和自适应卡尔曼滤波器。

基于伪卫星和惯性信息的深部开采井上下坐标系连接方法，包括以下步骤：