[发明专利]一种井下高精度导航地图构建系统及构建方法

权利要求书

1.一种井下高精度导航地图构建系统的构建方法，其特征在于，井下高精度导航地图构建系统，用于实现井下多层次地图模型的构建，包括井下地理信息系统、本质安全型建模装置、以及布设于井下各巷道的各个本质安全型超宽带雷达UWB锚节点；

其中，本质安全型建模装置包括激光雷达、超宽带雷达UWB模块、里程计、惯性导航模块、第一矿用本安型防爆电源、第二矿用本安型防爆电源、工控机、无线网桥、RS232信号隔离栅装置和网络信号隔离栅装置；井下地理信息系统设置于本质安全型建模装置中的工控机当中；第一矿用本安型防爆电源分别为激光雷达、超宽带雷达UWB模块、里程计、惯性导航模块、RS232信号隔离栅装置、网络信号隔离栅装置进行供电；第二矿用本安型防爆电源分别为工控机、无线网桥进行供电；里程计、惯性导航模块分别通过RS232信号隔离栅装置与所述工控机相连接；激光雷达、超宽带雷达UWB模块分别通过网络信号隔离栅装置与所述工控机相连接，无线网桥与工控机相连接；

基于本质安全型建模装置在井下各巷道中的移动，本质安全型建模装置中的超宽带雷达UWB模块与各巷道中各本质安全型超宽带雷达UWB锚节点进行观测交互，本质安全型建模装置中工控机根据观测交互信息、以及其所连激光雷达、里程计、惯性导航模块的实时数据，构建高精度点云模型；

本质安全型建模装置中工控机应用井下地理信息系统，同时实时构建高精度地图模型，进而通过结合地理信息系统的电子地图与高精度点云模型，构建井下多层次地图模型；

所述本质安全型建模装置中工控机中存储井下GIS电子地图，实时执行如下构建方法步骤：步骤A.针对井下各巷道，进行各个本质安全型超宽带雷达UWB锚节点的布设，并获得各个本质安全型超宽带雷达UWB锚节点的绝对位置信息，存储于本质安全型建模装置中工控机中的井下GIS电子地图中，然后进入步骤B；

步骤B.基于本质安全型建模装置在井下各巷道中的移动，本质安全型建模装置中工控机依次做如下各操作：

基于井下GIS电子地图，通过本质安全型建模装置中超宽带雷达UWB模块与各巷道中各本质安全型超宽带雷达UWB锚节点的观测交互，应用UWB无线定位模型，获得本质安全型建模装置在井下GIS电子地图中的绝对位姿，构建因子图中绝对位姿观测约束信息X；

利用里程计与惯性导航模块应用融合所构航迹推算模型计算的相对位姿变换结果，提供航迹推算运动约束，构建因子图中运动约束边U；

利用激光雷达对巷道壁扫描所获模型，计算相对位姿变换结果提供的约束，构建因子图中扫描匹配观测约束边Z；

利用巷道点云分割获得的平面结果提供平面约束，构建因子图中平面观测顶点Q；

利用回环检测结果提供相对位姿变换约束，构建因子图中回环约束边L；

步骤C.伴随本质安全型建模装置在井下各巷道中的移动，基于因子图中各类约束信息，进行多传感器SLAM过程，并利用本质安全型建模装置的绝对位姿更新点云地图，获得优化点云地图，然后进入步骤D；

步骤D.将优化点云地图与井下GIS电子地图进行对齐，并进行栅格化处理；接着根据使用需求构建三维栅格地图或二维栅格地图，为巷道中障碍物及局部环境设定权值，然后结合井下GIS电子地图，针对栅格地图，构建井下多层次地图模型，再进入步骤E；

步骤E.应用点云分割与目标识别方法，判断井下巷道是否发生结构变化，是则针对井下新巷道，进行本质安全型超宽带雷达UWB锚节点布设，并返回步骤B；否则即获得井下多层次地图模型。

2.根据权利要求1所述一种井下高精度导航地图构建系统的构建方法，其特征在于：所述步骤A中还包括，针对井下各巷道，进行各个反射标记的布设，并获得各个反射标记的绝对位置信息，存储于本质安全型建模装置中工控机中的井下GIS电子地图中；

还包括步骤D-E如下，执行完步骤D后，进入步骤D-E，执行完步骤D-E后，进入步骤E；步骤D-E.基于多层次地图模型，针对布设于井下各巷道的各个反射标记，计算各反射标记之间的真实距离、以及其在点云地图上的距离，进而获得多层次地图模型的精度。