基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供了基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其提高电子罗盘的回转角度测量的精准度。其包括：定位数据采集模块；定位差分模块；运动特征提取模块；回转定位特征提取模块；高斯融合模块；解码分布优化模块；解码回归模块；以及定位结果生成模块。以及定位结果生成模块。以及定位结果生成模块。

【技术实现步骤摘要】
基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统及其方法


[0001]本专利技术涉及排土机回转的
，具体为基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，本专利技术还提供了基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位方法。

技术介绍

[0002]排土机是通过回转排料臂上的带式输送机排弃废石的自行式设备。它是露天矿连续或半连续运输开采工艺的配套辅助设备，位于排土运输系统的终端，废石由受料臂的受料端经臂上带式输送机转运到排料臂，再经臂上带式输送机排弃到废石场。受料臂的回转是由履带行走机构通过一侧履带不动，另一侧履带转动调整方向，目前，需要对于履带与上部机构的回转角度进行判断以提高排石至卸料车定位的精准度。
[0003]电子罗盘，又称数字罗盘，在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化，其输出信号通过处理可以实现数码显示，不仅可以用来指向，其数字信号可直接送到自动舵，控制船舶的操纵。
[0004]电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，否则当罗盘发生倾斜时，也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高，如果能保证罗盘所附载体始终水平，平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制，因为三维电子罗盘在其内部加入了倾角传感器，如果电子罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾斜，航向数据依然准确无误。/>[0005]目前，在排土机上使用最多的仍是通过性价比较高的平面电子罗盘来判断履带与上部机构的回转角度。但是，在通过电子罗盘来判断履带与上部机构的回转角度时，由于排土机处于运动状态，而电子罗盘在进行检测时，需要保持罗盘处于平面状态，这会导致电子罗盘在进行回转角度测量时发生偏差。
[0006]因此，期望一种优化的基于电子罗盘的矿山设备定位系统。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术提供了基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其采用人工智能技术，使用GPS数据表示排土机的主体设备在作业面的定位，并通过定位数据的相对表面来表示排土机的运动情况，进而对电子罗盘的回转角度测量值进行校正，提高电子罗盘的回转角度测量的精准度。
[0008]基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其特征在于，其包括：
[0009]定位数据采集模块，用于获取由GPS模块采集的预定时间段内多个预定时间点的多个定位数据以及由电子罗盘采集的所述多个预定时间点的回转角度测量值；
[0010]定位差分模块，用于计算所述多个预定时间点的多个定位数据中每相邻两个定位数据之间的差值以得到多个差分定位数据；
[0011]运动特征提取模块，用于将所述多个差分定位数据排列为输入向量后通过第一多尺度邻域特征提取模块以得到多尺度定位特征向量；
[0012]回转定位特征提取模块，用于将所述多个预定时间点的回转角度测量值按照时间维度排列为输入向量后通过第二多尺度邻域特征提取模块以得到回转角度测量特征向量；
[0013]高斯融合模块，用于使用高斯密度图来融合所述多尺度定位特征向量和所述回转角度测量特征向量以得到解码特征矩阵；
[0014]解码分布优化模块，用于对所述解码特征矩阵进行特征分布校正以得到校正后解码特征矩阵；
[0015]解码回归模块，用于将所述校正后解码特征矩阵通过解码器以得到解码值，所述解码值用于表示当前时间点的回转角度的校正值；
[0016]以及定位结果生成模块，用于基于所述多个预定时间点的回转角度测量值中当前时间点的回转角度测量值以及所述解码值，确定所述当前时间点的回转角度定位值。
[0017]其更进一步特征在于：
[0018]所述运动特征提取模块包括：
[0019]第一尺度单元，其用于将所述输入向量输入所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以得到第一尺度定位特征向量，其中，所述第一卷积层具有第一长度的第一一维卷积核；
[0020]第二尺度单元，其用于将所述输入向量输入所述多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以得到第二尺度定位特征向量，其中，所述第二卷积层具有第二长度的第二一维卷积核，所述第一长度不同于所述第二长度；
[0021]以及多尺度级联单元，其用于将所述第一尺度定位特征向量和所述第二尺度定位特征向量进行级联以得到所述多尺度定位特征向量；
[0022]使用所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以如下公式对所述输入向量进行一维卷积编码以得到所述第一尺度定位特征向量；其中，所述公式为：
[0023][0024]其中，a为第一卷积核在x方向上的宽度、F(a)为第一卷积核参数向量、G(x
‑
a)为与卷积核函数运算的局部向量矩阵，w为第一卷积核的尺寸，X表示所述输入向量；
[0025]使用所述多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以如下公式对所述输入向量进行一维卷积编码以得到所述第二尺度定位特征向量；其中，所述公式为：
[0026][0027]其中，b为第二卷积核在x方向上的宽度、F(b)为第二卷积核参数向量、G(x
‑
b)为与卷积核函数运算的局部向量矩阵，m为第二卷积核的尺寸，X表示所述输入向量；
[0028]所述高斯融合模块包括：
[0029]融合高斯密度构造单元，用于使用高斯密度图以如下公式来融合所述多尺度定位特征向量和所述回转角度测量特征向量以得到解码特征图；其中，所述公式为：
[0030]N(x|μ，σ)
[0031]其中μ表示所述多尺度定位特征向量和所述回转角度测量特征向量之间的按位置均值向量，且σ的每个位置的值表示所述多尺度定位特征向量和所述回转角度测量特征向量中各个位置的特征值之间的方差，表示所述解码特征图；
[0032]以及，高斯离散化单元，用于对所述解码特征图中各个位置的高斯分布进行高斯离散化以得到解码特征矩阵；
[0033]所述解码分布优化模块以如下公式
[0034][0035]其中M表示所述解码特征矩阵，m
i，j
是所述解码特征矩阵的各个位置的特征值，M
T
是所述解码特征矩阵的转置矩阵，||
·
||2为向量的二范数，且表示将矩阵的每个值乘以预定数值，表示按位置加法，M
′
表示所述校正后解码特征矩阵
[0036]对所述解码特征矩阵进行特征分布校正以得到所述校正后解码特征矩阵；
[0037]所述解码回归模块使用所述解码器以如下公式：其中X是所述校正后解码特征矩阵，Y是所述解码值，W是权重矩阵，表示矩阵乘
[0038]对所述校正后解码特征矩阵进行解码回归以获得所述解码值；
[0039]所述定位结果生成模块用于计算所述当前时间点的回转角度测量值与所述解码值之间的加和值作为所述当前时间点的回转角度定位值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其特征在于，其包括：定位数据采集模块，用于获取由GPS模块采集的预定时间段内多个预定时间点的多个定位数据以及由电子罗盘采集的所述多个预定时间点的回转角度测量值；定位差分模块，用于计算所述多个预定时间点的多个定位数据中每相邻两个定位数据之间的差值以得到多个差分定位数据；运动特征提取模块，用于将所述多个差分定位数据排列为输入向量后通过第一多尺度邻域特征提取模块以得到多尺度定位特征向量；回转定位特征提取模块，用于将所述多个预定时间点的回转角度测量值按照时间维度排列为输入向量后通过第二多尺度邻域特征提取模块以得到回转角度测量特征向量；高斯融合模块，用于使用高斯密度图来融合所述多尺度定位特征向量和所述回转角度测量特征向量以得到解码特征矩阵；解码分布优化模块，用于对所述解码特征矩阵进行特征分布校正以得到校正后解码特征矩阵；解码回归模块，用于将所述校正后解码特征矩阵通过解码器以得到解码值，所述解码值用于表示当前时间点的回转角度的校正值；以及定位结果生成模块，用于基于所述多个预定时间点的回转角度测量值中当前时间点的回转角度测量值以及所述解码值，确定所述当前时间点的回转角度定位值。2.如权利要求1所述的基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其特征在于，所述运动特征提取模块包括：第一尺度单元，其用于将所述输入向量输入所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以得到第一尺度定位特征向量，其中，所述第一卷积层具有第一长度的第一一维卷积核；第二尺度单元，其用于将所述输入向量输入所述多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以得到第二尺度定位特征向量，其中，所述第二卷积层具有第二长度的第二一维卷积核，所述第一长度不同于所述第二长度；以及多尺度级联单元，其用于将所述第一尺度定位特征向量和所述第二尺度定位特征向量进行级联以得到所述多尺度定位特征向量。3.如权利要求2所述的基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其特征在于，使用所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以如下公式对所述输入向量进行一维卷积编码以得到所述第一尺度定位特征向量；其中，所述公式为：其中，a为第一卷积核在x方向上的宽度、F(a)为第一卷积核参数向量、G(x
‑
a)为与卷积核函数运算的局部向量矩阵，w为第一卷积核的尺寸，X表示所述输入向量。4.如权利要求3所述的基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其特征在于，使用所述多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以如下公式对所述输入向量进行一维卷积编码以得到所述第二尺度定位特征向量；其中，所述公式为：
其中，b为第二卷积核在x方向上的宽度、F(b)为第二卷积核参数向量、G(x
‑
b)为与卷积核函数运算的局部向量矩阵，m为第二卷积核的尺寸，X表示所述输入向量。5.如权利要求1所述的基于电子罗盘和GPS的矿山设备定位系统，其特征在于，所述高斯融合模块包括：融合高斯密度构造单元，用于使用高斯密度图以如下公式来融合所述多尺度定位特征向量和所述回转角度测量特征向量以得到解码特征图；其中，所述公式为：N(x|μ，σ)其中μ表示所述多尺度定位特征向量和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏飞，苏睿之，杨俊祥，张浩，刘先春，张建，张南，
申请(专利权)人：北京华能新锐控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：