CN118731925B - 基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线电波测距技术领域，尤其涉及基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法及系统。方法包括步骤：通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置后，使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角；以时间点为末端构建时间点的时间窗口，确定时间点的方位角偏差程度，其中方位角偏差程度用于表征矿车是否处于复杂路况；将时间点的目标定位参考点个数作为初始的定位参考点个数，重复以上步骤确定时间点的方位角偏差程度，直至时间点的方位角偏差程度小于预设阈值；基于时间点的目标定位参考点个数得到矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测，这样，可以有效地提高矿车的位置监测结果的准确性。

Description

基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法及系统

技术领域

本发明涉及无线电波测距技术领域，尤其涉及基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法及系统。

背景技术

在煤矿开采的复杂环境中，井下作业面临着诸多挑战，其中矿车的定位监测尤为关键，这一环节对于提高作业效率、保障人员安全以及优化生产流程都具有重要意义。

目前对于矿车的定位监测大多是通过在井下的移动矿车上安装射频组件分析其无线电信号的变化情况实现，例如公开号为CN220137380U的专利申请文件公开了一种煤矿井下移动矿车的定位装置系统，该系统包括用于定位井下移动矿车的定位单元，以及位于井上的信息处理中心，信息处理中心用于接收并处理定位单元发出的数据信息；定位单元包括第一光端装置、若干井下检测分站，以及若干射频组件，射频组件固定于井下的移动矿车上，并无线连接井下检测分站，井下检测分站均匀分布在煤矿井下，用于检测并识别射频组件，最终实现矿车位置信息的实时采集。

上述现有方案主要是围绕如何实时采集矿车的位置信息进行展开，在一定程度上有利于井下作业的安全性。然而，矿井中矿车的实际运行环境较为复杂，车辆的行驶方向和速度会发生改变，影响其实际位置的准确性。

基于此，如何准确得到井下煤矿车辆的定位监测结果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决如何准确得到井下煤矿车辆的定位监测结果的技术问题，本发明提供基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法及系统。

第一方面，本发明提供基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，采用如下的技术方案：

基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，包括步骤：

预设初始的定位参考点个数，通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置后，使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角；预设时间窗口的大小，以所述时间点为末端构建所述时间点的时间窗口，将所述时间窗口中各时间点与上一时间点之间的方位角差值作为第一差值，确定所述时间点的方位角偏差程度，其中方位角偏差程度用于表征矿车是否处于复杂路况；计算所述时间点的目标定位参考点个数：

；式中，表示第个时间点的目标定位参考点个数，表示初始的定位参考点个数，表示第个时间点的方位角偏差程度，表示向上取整符号；将所述时间点初始的定位参考点个数调整至目标定位参考点个数，重复以上步骤确定时间点的方位角偏差程度，直至调整前后时间点的方位角偏差程度的差值小于预设阈值得到所述时间点的目标定位参考点个数；在三角定位法中使用所述时间点的目标定位参考点个数得到所述矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测。

本发明考虑到在三角定位法中，定位参考点个数对于定位结果存在较大影响，因此通过分析初始的定位参考点个数下得到的矿车的方位角偏差程度，可以准确得到矿车当前所处的路况，并基于矿车当前所处的路况对初始的定位参考点个数进行调整得到该时间点所需的目标定位参考点个数，更精细地捕捉和描述车辆行驶方向的变化趋势，从而准确得到矿车在各时间下的位置监测结果。

根据本发明提供的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，所述通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置，包括：获取各所述定位参考点的位置；通过测距雷达获取所述矿车与各定位参考点之间的距离，并通过所述矿车与各定位参考点之间的距离和定位参考点的位置构建欧氏距离公式，得到所述矿车在各时间点下的位置；其中，所述位置包括横坐标和纵坐标。

本发明考虑到GPS信号在井下会存在遮挡导致矿车的定位误差，因此通过布设测距雷达获取定位参考点的回波信号，通过多个测距雷达的测量结果，利用三角定位法可以计算出矿车在井下空间中的精确位置。

根据本发明提供的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，所述使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角，包括：计算所述时间点下矿车与定位参考点的初始方位角：

；

式中，表示第个时间点下矿车与第i个定位参考点的初始方位角，表示第i个定位参考点的纵坐标，表示第i个定位参考点的横坐标，表示矿车的纵坐标，表示矿车的横坐标，表示反正切函数；将所述时间点下矿车与各定位参考点的初始方位角的均值作为所述时间点下矿车与定位参考点的方位角。

根据本发明提供的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，所述时间点的方位角偏差程度，满足关系式：

；

式中，表示第个时间点的方位角偏差程度，表示第个时间点的时间窗口中第一个时间点的方位角，表示时间窗口中第个时间点的方位角，表示时间窗口中第个时间点的方位角，表示时间窗口中的时间点个数，表示求方差函数，表示时间窗口中的最大第一差值，表示时间窗口中的最小第一差值，表示以e为底的指数函数。

根据本发明提供的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，所述在三角定位法中使用所述时间点的目标定位参考点个数得到所述矿车的位置，包括：将所述时间点下矿车与目标定位参考点个数的定位参考点的初始方位角的均值作为所述时间点的目标方位角，其中目标方位角用于表征矿车在所述时间点的运行方向；将矿车在所述时间点与上一时间点位置之间的欧氏距离除以时间间隔得到所述时间点的矿车速度，结合所述时间点与下一时间点之间的时间间隔得到矿车在下一时间点的位置增量，再结合目标方位角将位置增量分别分配给横坐标和纵坐标，最终得到矿车在下一时间点的位置，其中位置增量用于表征矿车沿目标方位角方向的运行距离。

本发明考虑到虽然目标方位角可以反映矿车的运行方向，但是无法确定具体的运行距离，基于此，本发明还通过时间点之间的位置距离和时间间隔得到矿车的位置增量，并通过目标方位角将位置增量进行分配，可以准确得到矿车的位置。

根据本发明提供的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，所述在三角定位法中使用所述时间点的目标定位参考点个数得到所述矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测，包括：将所述矿车的位置信息实时传输到数据处理中心，数据处理中心基于所述矿车的位置生成监控信息后存储至数据库，并将所述监控信息通过可视化界面向外展示。

本发明考虑到井下矿车的运行路线较为曲折，仅通过数据无法直观地反映矿车的位置变化，因此通过可视化界面将细节展示给用户。

根据本发明提供的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，所述实现井下煤矿车辆的定位监测，之后还包括：设置预警阈值，若矿车的位置偏离预定路线则向外发出预警信息。

本发明考虑到矿车的位置偏离预定路线可能存在较大安全隐患，因此通过向外发出预警提醒工作人员及时进行处理。

第二方面，本发明提供基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测系统，采用如下的技术方案：

基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测系统，包括：处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现上述基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法。

通过采用上述技术方案，将上述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法生成计算机程序，并存储于存储器中，以被处理器加载并执行，从而根据存储器及处理器制作终端设备，方便使用。

本发明具有以下技术效果：

基于上述技术方案，本发明通过分析初始的定位参考点个数下得到的矿车的方位角偏差程度，可以准确得到矿车当前所处的路况，并基于矿车当前所处的路况对初始的定位参考点个数进行调整得到该时间点所需的目标定位参考点个数，更精细地捕捉和描述车辆行驶方向的变化趋势，从而可以有效地提高得到的矿车的位置监测结果的准确性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1为本发明实施例提供的一种基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当本发明的权利要求、说明书及附图使用术语“第一”、“第二”等时，其仅是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

需要说明的是，在井下煤矿这类复杂环境中，由于井下空间有限，巷道狭窄且弯道众多，车辆之间的碰撞风险较高，因此需要对其位置进行监测。但是，传统的GPS定位系统中，GPS信号在井下受到严重遮挡和衰减，无法有效工作，导致最终得到的矿车的实际位置准确性较低，且车辆的行驶方向和速度会发生改变，仅知道车辆的位置而不知道其运行方向，无法有效地规避潜在的冲突，存在较大安全隐患。

基于此，本发明实施例公开了基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，请参见图1所示，图1为本发明实施例提供的一种基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法的流程示意图，该方法包括下述步骤S1-步骤S5：

S1：预设初始的定位参考点个数，通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置后，使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角。

需要说明的是，传统的三角定位法可以通过分析定位参考点与矿车之间的距离从而得到矿车的位置，但是，井下矿车的实际运行环境较为复杂，当矿车行驶到拐弯或者不规则路段时，矿车的行驶方向和速度会发生变化，而传统的三角定位法仅能提供瞬间的位置信息，无法准确反映矿车的真正位置。

基于此，本发明实施例通过分析矿车与初始的定位参考点个数的定位参考点的实时距离以及定位参考点的位置，动态计算车辆的方位角，并引入方位角偏差程度的实时评估机制，通过方位角偏差程度动态调整参与矿车定位的定位参考点个数，从而可以准确得到矿车的位置。

示例地，在本发明实施例中，通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置时，可以获取各定位参考点的位置；通过测距雷达获取矿车与各定位参考点之间的距离，并通过矿车与各定位参考点之间的距离和定位参考点的位置构建欧氏距离公式，得到矿车在各时间点下的位置。

其中，矿车和定位参考点的位置均包括横坐标和纵坐标。

具体地，在井下巷道、交叉口及重要节点处布设高精度的反射器作为定位参考点，并记录具体的布设信息，其中布设信息可以包括反射器的位置、型号等，具体可以根据实际需要进行设置；在矿车车身上布设测距雷达，测距雷达可以持续发出信号并接收来自定位参考点的回波信号，从而实时得到矿车与每个定位参考点之间的精确距离。

其中，测距雷达采集回波信号的频率可以设置为每秒一次，具体可以根据实际需要进行设置；将每次采集作为一个时间点，并将采集得到的回波信号传输至数据处理中心。

通过矿车与各定位参考点之间的距离和定位参考点的位置构建欧氏距离公式求解方程后，可以得到矿车的位置；通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置的具体步骤可以通过现有技术实现，在此不作赘述。

可以理解的是，三角定位法需要至少两个已知位置的定位参考点才能确定矿车的位置，因此初始的定位参考点个数可以设置为2；为了可以更准确地获取矿车的位置，在选择定位参考点时，可以在离矿车最近的位置上获取定位参考点。

具体地，利用测距雷达得到矿车与各定位参考点之间的距离，遍历所有的距离，将当前时间点距离矿车最近的定位参考点作为目标参与当前时间点的矿车定位。

基于上述步骤可以得到矿车的位置数据序列，位置数据序列中包含多个时间点，每个时间点对应一个位置数据。

需要说明的是，车辆的行驶方向和速度会发生改变，仅知道车辆的位置而不知道其运行方向，可能存在较大安全隐患。基于此，可以通过计算矿车与定位参考点之间的方位角，用方位角表征矿车的运行方向。

示例地，在本发明实施例中，使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角时，可以计算各时间点下矿车与定位参考点的初始方位角，将该时间点下矿车与各定位参考点的初始方位角的均值作为该时间点下矿车与定位参考点的方位角。

具体地，获取矿车的位置和第i个定位参考点的位置，确定第个时间点下矿车与第i个定位参考点的初始方位角，可参见下述关系式：

；

式中，表示第个时间点下矿车与第i个定位参考点的初始方位角，表示第i个定位参考点的纵坐标，表示第i个定位参考点的横坐标，表示矿车的纵坐标，表示矿车的横坐标，表示反正切函数。

上式中，函数可以用于处理二维平面上两点之间的方位角，得到的是一个弧度，该弧度为矿车位置到第i个定位参考点位置的连线与x轴正方向之间的夹角，夹角的范围是到。

基于上述公式可以得到矿车与各定位参考点的初始方位角，可以理解的是，井下环境复杂多变，矿车的运动状态可能快速变化，且单个定位参考点可能会存在测量误差和遮挡等因素，导致单个定位参考点得到的方位角的准确性较低，难以全面反映矿车的真实运动方向。基于此，可以将各定位参考点的初始方位角的均值作为当前时间点的方位角，从而准确反映矿车的运动方向。

基于上述步骤得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角后，可以继续执行下述步骤。

S2：预设时间窗口的大小，以时间点为末端构建时间点的时间窗口，将时间窗口中各时间点与上一时间点之间的方位角差值作为第一差值，确定时间点的方位角偏差程度。

需要说明的是，基于上述步骤可以得到矿车与定位参考点的方位角，但是当矿车行驶至拐弯或不规则路段时方位角会发生显著变化，基于均值得到的方位角可以无法全面反映这种变化。基于此，本发明实施例通过结合历史数据确定一段时间内的方位角偏差程度，用方位角偏差程度表征矿车是否处于复杂路况。

其中，时间窗口的大小可以预设为60，时间窗口的大小即为时间窗口中包含的时间点个数；时间窗口的大小具体可以根据实际需要进行设置。

具体地，在本发明实施例中，确定时间点的方位角偏差程度，可以将时间窗口中各时间点与上一时间点之间的方位角差值作为第一差值，在时间窗口中获取最大第一差值和最小第一差值后，计算时间点的方位角偏差程度，可参见下述关系式：

；

式中，表示第个时间点的方位角偏差程度，表示第个时间点的时间窗口中第一个时间点的方位角，表示时间窗口中第个时间点的方位角，表示时间窗口中第个时间点的方位角，表示时间窗口中的时间点个数，表示求方差函数，表示时间窗口中的最大第一差值，表示时间窗口中的最小第一差值，表示以e为底的指数函数。

上式中，表示第个时间点的时间窗口中的方位角方差，在矿车直线行驶的过程中，方位角的变化相对平稳，而在拐弯时，矿车的方位角会快速变化，因此，方位角方差较大，说明时间窗口中的方位角差异较大且变化剧烈，离第个时间点最近的一段时间内矿车可能正在进行连续的转弯或者在复杂路况中行驶，导致矿车的运行方向快速变化。

一般情况下，在矿车直线行驶的过程中，相邻时间点之间的方位角差异较小，而在拐弯时，相邻时间点之间的方位角差异会明显增大。基于此，可以获取时间窗口中最大第一差值和最小第一差值的差值，该值越大，说明时间窗口中的方位角存在显著变化，时间窗口对应的时间段内，矿车可能正在经历拐弯。

综上所述，若时间窗口中的方差较大且最大第一差值和最小第一差值的差值较大，即表示矿车可能正在经历拐弯，时间窗口中的方位角偏差程度较大。

基于上述步骤得到矿车在各时间点的方位角偏差程度后，继续执行下述步骤。

S3：计算时间点的目标定位参考点个数。

需要说明的是，若矿车在当前时间点的方位角偏差程度较大，说明矿车可能正处于拐弯路段导致方位角变化较大，在此类情况下，少量定位参考点可能无法全面反映这种变化，需要增加定位参考点个数，增加数据的采样密度，从而更精确地捕捉车辆行驶方向的变化趋势；反之，若矿车在任一时间点的方位角偏差程度较小，说明当前矿车的行驶较为平稳，可以适当增加定位参考点的个数，以评估方位角。

基于此，可以通过分析矿车在每个时间点的方位角偏差程度，得到该时间点需要的目标定位参考点个数。

示例地，在本发明实施例中，确定时间点的目标定位参考点个数，具体可参见下述关系式：

；

式中，表示第个时间点的目标定位参考点个数，表示初始的定位参考点个数，表示第个时间点的方位角偏差程度，表示向上取整符号。

上式中，表示第个时间点修正后的定位参考点个数的取值，若第个时间点的方位角偏差程度越大，说明第个时间点的方位角存在明显的变化，可能是正在经历显著的转向或路径变化（如转弯、变道等），在该种情况下，依赖初始选取的定位参考点个数可能不足以准确反映当前的移动状态和方向，因此需要增加定位参考点的数量以更好地适应这种变化。当越大时，会显著增加；当越小时，会缓慢增加。

这样，本发明实施例通过矿车在每个时间点的方位角偏差程度，动态调整该时间点所需的定位参考点个数，可以更精细地捕捉和描述车辆行驶方向的变化趋势。

S4：将时间点初始的定位参考点个数调整至目标定位参考点个数，重复以上步骤确定时间点的方位角偏差程度，直至调整前后时间点的方位角偏差程度的差值小于预设阈值，得到时间点的目标定位参考点个数。

需要说明的是，基于上述步骤修正初始的定位参考点个数，可以得到矿车在各时间点的目标定位参考点个数，为了确保基于上述步骤得到的目标定位参考点个数可以准确描述矿车的运行状态，可以将基于上述步骤得到的目标定位参考点个数重新代入上述步骤得到方位角偏差程度进行验证。

其中，预设阈值可以为0.01，具体可以根据实际需要进行设置。

若基于初始的定位参考点个数得到的方位角偏差程度与目标定位参考点个数得到的方位角偏差程度之间的绝对差值大于或等于预设阈值，说明基于上述步骤得到的目标定位参考点个数不准确，无法准确描述矿车当前的运行状态和变化趋势，需要继续基于上述步骤进行分析。

若基于初始的定位参考点个数得到的方位角偏差程度与目标定位参考点个数得到的方位角偏差程度之间的绝对差值小于预设阈值，说明目标定位参考点个数可以捕捉矿车当前的运行状态和变化趋势，调整后得到的目标定位参考点个数即为该时间点矿车定位所需的定位参考点个数。

基于上述步骤得到各时间点的目标定位参考点个数后，可以基于时间点的目标定位参考点个数得到矿车在各时间点的位置。

S5：在三角定位法中使用时间点的目标定位参考点个数得到矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测。

需要说明的是，基于上述步骤得到每个时间点的目标定位参考点个数后，可以基于时间点的目标定位参考点个数，选择离矿车最近距离的定位参考点得到矿车在各时间点与各定位参考点的初始方位角，以确定矿车的运行方向。但是，仅仅知道矿车的运行方向无法准确得到矿车的运行趋势，还需要确定矿车具体的运行距离。

示例地，在本发明实施例中，在三角定位法中使用时间点的目标定位参考点个数得到矿车的位置，包括：将时间点下矿车与目标定位参考点个数的定位参考点的初始方位角的均值作为时间点的目标方位角，其中目标方位角用于表征矿车在时间点的运行方向；将矿车在时间点与上一时间点位置之间的欧氏距离除以时间间隔得到时间点的矿车速度，结合时间点与下一时间点之间的时间间隔得到矿车在下一时间点的位置增量，再结合目标方位角将位置增量分别分配给横坐标和纵坐标，最终得到矿车在下一时间点的位置，其中位置增量用于表征矿车沿目标方位角方向的运行距离。

需要进一步说明的是，若确定当前时间点的矿车速度，则在当前时间点到下一个时间点的时间间隔中，矿车以当前时间点的矿车速度和运行方向移动的可能性较大。基于此，通过矿车速度和时间点与下一时间点之间的时间间隔乘积可以得到矿车在下一时间点的位置增量，但是得到的位置增量为标量，仅能表示矿车移动的距离，并不能确定矿车具体移动的位置，因此，需要将位置增量分别分配到横坐标和纵坐标，从而得到矿车在不同方向上移动的增量。

具体地，在三角定位法中使用时间点的目标定位参考点个数，得到第个时间点的矿车的位置，并通过第个时间点的矿车的位置确定第个时间点的矿车的位置，具体可参见下述关系式：

；

式中，表示第个时间点的矿车的位置，表示第个时间点的矿车的位置，表示矿车在第个时间点与第个时间点位置之间的欧氏距离，表示第个时间点与第个时间点的时间间隔，表示第个时间点与第个时间点的时间间隔，表示第个时间点的目标方位角，表示目标方位角在x轴方向上的投影长度，表示目标方位角在y轴方向上的投影长度，i和j分别表示x轴和y轴的单位向量。

上式中，表示第个时间点矿车运动的方向向量，表示第个时间点的矿车速度。

可以理解的是，由于采集频率相同，因此各相邻时间点之间的时间间隔相等，即可以简化为，该值表示沿着第个时间点目标方位角的距离，即矿车在第个时间点到第个时间点的位置增量，将位置增量分别分配给矿车位置的横坐标和纵坐标，得到矿车在x轴方向上的移动距离，和矿车在y轴方向上的移动距离。

这样，本发明实施例获取矿车在当前时间点的位置，以及当前时间点的矿车速度，通过当前时间点的矿车速度和时间点之间的时间间隔的乘积得到矿车在下一个时间点的位置增量，并根据目标方位角进行分配，得到矿车下一个时间点在x轴和y轴方向上的移动距离，最终得到矿车在下一个时间点的位置。

基于上述步骤得到矿车的位置后，可以基于矿车的位置信息作出相应的处理。

示例地，在本发明实施例中，在三角定位法中使用时间点的目标定位参考点个数得到矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测，包括：将矿车的位置信息实时传输到数据处理中心，数据处理中心基于矿车的位置生成监控信息后存储至数据库，将监控信息通过可视化界面向外展示。

其中，监控信息可以包括矿车的位置、速度、运行轨迹、是否偏离预定路线等，具体可以根据实际需要进行设置。

具体地，可以使用Web技术设计可视化界面的前端，展示矿车的实时位置、运行轨迹等信息。

示例地，在本发明实施例中，实现井下煤矿车辆的定位监测，之后还包括：设置预警阈值，若矿车的位置偏离预定路线则向外发出预警信息。

其中，预警阈值可以根据实际需要进行设置，本发明实施例在此不作过多限制。

可以理解的是，矿车的位置偏离预定路线会存在较大安全隐患，为了便于工作人员及时进行处理，可以通过向外发出预警的方式提醒工作人员，从而有效地降低安全隐患。

可以看出，在本发明实施例中，获取基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测结果时，可以预设初始的定位参考点个数，通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置后，使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角；预设时间窗口的大小，以时间点为末端构建时间点的时间窗口，将时间窗口中各时间点与上一时间点之间的方位角差值作为第一差值，确定时间点的方位角偏差程度，其中方位角偏差程度用于表征矿车是否处于复杂路况；计算时间点的目标定位参考点个数；将时间点初始的定位参考点个数调整至目标定位参考点个数，重复以上步骤确定时间点的方位角偏差程度，直至调整前后时间点的方位角偏差程度的差值小于预设阈值，得到时间点的目标定位参考点个数；在三角定位法中使用时间点的目标定位参考点个数得到矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测。

这样，本发明实施例通过分析初始的定位参考点个数下得到的矿车的方位角偏差程度，可以准确得到矿车当前所处的路况，基于矿车当前所处的路况对初始的定位参考点个数进行调整得到该时间点所需的目标定位参考点个数，可以更精细地捕捉和描述车辆行驶方向的变化趋势，从而准确得到矿车在各时间点下的位置监测结果。

本发明实施例还公开基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测系统，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现根据本发明的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法。

上述系统还包括通信总线和通信接口等本领域技术人员熟知的其他组件，其设置和功能为本领域中已知，因此在此不再赘述。

在本发明中，前述的存储器可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，计算机可读存储介质可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM、动态随机存取存储器DRAM、静态随机存取存储器SRAM、增强动态随机存取存储器EDRAM、高带宽内存HBM、混合存储立方HMC等等，或者可以用于存储所需信息并且可以由应用程序、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问或可连接到设备。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，其特征在于，包括：

预设初始的定位参考点个数，通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置后，使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角；预设时间窗口的大小，以所述时间点为末端构建所述时间点的时间窗口，将所述时间窗口中各时间点与上一时间点之间的方位角差值作为第一差值，确定所述时间点的方位角偏差程度，满足关系式：

；式中，表示第个时间点的方位角偏差程度，表示第个时间点的时间窗口中第一个时间点的方位角，表示时间窗口中第个时间点的方位角，表示时间窗口中第个时间点的方位角，表示时间窗口中的时间点个数，表示求方差函数，表示时间窗口中的最大第一差值，表示时间窗口中的最小第一差值，表示以e为底的指数函数；其中方位角偏差程度用于表征矿车是否处于复杂路况；

计算所述时间点的目标定位参考点个数：；式中，表示第个时间点的目标定位参考点个数，表示初始的定位参考点个数，表示向上取整符号；将所述时间点初始的定位参考点个数调整至目标定位参考点个数，重复以上步骤确定时间点的方位角偏差程度，直至调整前后时间点的方位角偏差程度的差值小于预设阈值，得到所述时间点的目标定位参考点个数；

在三角定位法中使用所述时间点的目标定位参考点个数得到所述矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测。

2.根据权利要求1所述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，其特征在于，所述通过三角定位法和定位参考点的位置确定矿车的位置，包括：

获取各所述定位参考点的位置；

通过测距雷达获取所述矿车与各定位参考点之间的距离，并通过所述矿车与各定位参考点之间的距离和定位参考点的位置构建欧氏距离公式，得到所述矿车在各时间点下的位置；其中，所述位置包括横坐标和纵坐标。

3.根据权利要求2所述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，其特征在于，所述使用反正切函数得到各时间点下矿车与定位参考点的方位角，包括：

计算所述时间点下矿车与定位参考点的初始方位角：

；

式中，表示第个时间点下矿车与第i个定位参考点的初始方位角，表示第i个定位参考点的纵坐标，表示第i个定位参考点的横坐标，表示矿车的纵坐标，表示矿车的横坐标，表示反正切函数；

将所述时间点下矿车与各定位参考点的初始方位角的均值作为所述时间点下矿车与定位参考点的方位角。

4.根据权利要求3所述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，其特征在于，所述在三角定位法中使用所述时间点的目标定位参考点个数得到所述矿车的位置，包括：

将所述时间点下矿车与目标定位参考点个数的定位参考点的初始方位角的均值作为所述时间点的目标方位角，其中目标方位角用于表征矿车在所述时间点的运行方向；将矿车在所述时间点与上一时间点位置之间的欧氏距离除以时间间隔得到所述时间点的矿车速度，结合所述时间点与下一时间点之间的时间间隔得到矿车在下一时间点的位置增量，再结合目标方位角将位置增量分别分配给横坐标和纵坐标，最终得到矿车在下一时间点的位置，其中位置增量用于表征矿车沿目标方位角方向的运行距离。

5.根据权利要求1所述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，其特征在于，所述在三角定位法中使用所述时间点的目标定位参考点个数得到所述矿车的位置，以实现井下煤矿车辆的定位监测，包括：

将所述矿车的位置信息实时传输到数据处理中心，数据处理中心基于所述矿车的位置生成监控信息后存储至数据库，并将所述监控信息通过可视化界面向外展示。

6.根据权利要求1所述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法，其特征在于，所述实现井下煤矿车辆的定位监测，之后还包括：

设置预警阈值，若矿车的位置偏离预定路线则向外发出预警信息。

7.基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测系统，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现根据权利要求1-6任一项所述的基于测距雷达的井下煤矿车辆定位监测方法。