一种矿山无人值守智控平台的运行控制方法及系统与流程

本发明涉及矿山智能安全管控，具体涉及一种矿山无人值守智控平台的运行控制方法及系统。

背景技术：

1、矿山井下作业环境通常具有巷道狭长、分支较多、空间结构复杂以及人员和设备流动频繁等特点；为保障井下作业安全，现有矿山管理系统通常通过井下定位设备获取人员或设备的位置信息，并结合危险区域划分、人员身份权限以及门禁设备，对作业对象的活动范围进行管理。

2、然而，井下环境中存在金属支护结构、岩层、机械设备及潮湿空气等因素，无线定位信号容易受到反射、遮挡、衰减及多径传播影响，使采集的位置坐标出现波动、漂移或跳变；由于井下巷道还具有明显的拓扑约束，单纯依赖离散定位坐标难以准确反映作业对象实际经过的巷道及连续运动路径，容易出现定位结果偏离实际巷道、在相邻巷道之间跳变等情况，从而影响对作业对象真实运动状态的判断。同时，现有矿山安全管控方式通常侧重于对作业对象当前位置进行识别，当人员或设备已经进入危险区域后再进行告警或权限核验，难以结合其连续运动状态提前判断后续可能到达的位置；因此，在作业对象向危险区域移动的过程中，现有系统往往缺乏提前识别其进入风险区域趋势的能力，导致危险区域准入控制具有一定滞后性。此外，现有定位、身份权限管理以及门禁控制之间通常以独立信息判断为主，对作业对象的运动状态、预测位置及准入权限缺乏连续关联，难以形成从位置监测、风险判断到门禁拦截的自动化控制过程，从而限制了矿山无人值守安全管控的及时性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种矿山无人值守智控平台的运行控制方法及系统，解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿山无人值守智控平台的运行控制方法，应用于矿山无人值守智控平台，所述矿山无人值守智控平台通信连接有井下定位系统、身份权限管理系统及门禁控制终端，包括：

3、s1、获取作业对象在井下巷道网络中移动时产生的原始离散定位坐标序列；

4、s2、对原始离散定位坐标序列进行状态估计与平滑处理，得到滤除多径干扰跳变误差的平滑坐标序列；

5、s3、获取预先建立的巷道拓扑图，计算平滑坐标序列在巷道拓扑图上的最大概率匹配路径，获得连续运动轨迹；

6、s4、根据连续运动轨迹中相邻坐标点的时间差与空间距离，计算作业对象的当前移动速度与当前移动方向；

7、s5、确定作业对象在预设时间窗口后的预测到达位置；

8、s6、判断预测到达位置是否位于预先设定的危险区域边界坐标集合内；

9、s7、若预测到达位置位于危险区域边界坐标集合内，则判断作业对象的身份标识信息是否具备进入危险区域边界坐标集合的授权级别；

10、s8、若身份标识信息不具备进入危险区域边界坐标集合的授权级别，则将作业对象的越界拦截指令发送至对应的门禁控制终端，控制门禁控制终端执行准入拦截，并接收门禁控制终端返回的拦截执行结果，并根据拦截执行结果更新作业对象的准入状态。

11、优选的，所述s1包括获取作业对象交互产生的到达时间及信号强度，根据到达时间及信号强度得到初始距离集合，根据初始距离集合确定三维空间点位；通过三维空间点位获得时序轨迹点，判断时序轨迹点偏离中心线的距离是否大于预设的阈值；如果时序轨迹点偏离中心线的距离大于预设的阈值，则对时序轨迹点进行投影修正，得到空间映射节点；根据空间映射节点确定作业对象在井下巷道网络中移动时产生的原始离散定位坐标序列。

12、优选的，所述s2包括对原始离散定位坐标序列进行线性外推，得到预测坐标向量；依据预测坐标向量与原始离散定位坐标序列确定的坐标突变量调整观测噪声权重；采用观测噪声权重获取卡尔曼增益，通述卡尔曼增益对预测坐标向量处理确定状态估计值；若状态估计值对应的轨迹曲率超出预设的阈值，则剔除状态估计值，得到滤除多径干扰跳变误差的平滑坐标序列。

13、优选的，所述s3包括获取平滑坐标序列与预先建立的巷道拓扑图；根据平滑坐标序列与巷道拓扑图生成观测概率矩阵与转移概率矩阵；采用隐马尔可夫模型接收观测概率矩阵与转移概率矩阵，计算平滑坐标序列在巷道拓扑图上的最大概率匹配路径；通过物理空间约束对最大概率匹配路径对应的节点序列进行边界校验，获得符合物理空间约束的连续运动轨迹。

14、优选的，所述s4包括获取连续运动轨迹中相邻的坐标点及对应的采集时间戳；根据采集时间戳得到时间差，根据坐标点获得空间距离；根据空间距离与时间差获得平滑标量速度，并根据坐标点构成的空间向量与正北基准向量得到方向夹角；根据平滑标量速度与方向夹角构建速度矢量，通过速度矢量确定作业对象的当前移动速度与当前移动方向。

15、优选的，所述s5包括根据当前移动速度及当前移动方向得到初始运动矢量，所述初始运动矢量用于计算预设时间窗口内的理论空间距离；针对巷道拓扑图的连通关系及节点坐标进行处理，确定有向拓扑图；如果理论空间距离大于预设的阈值，则将理论空间距离映射至有向拓扑图中进行匹配，得到候选节点序列；根据候选节点序列提取末端节点坐标，对末端节点坐标进行映射处理，确定作业对象在预设时间窗口后的预测到达位置。

16、优选的，所述s6包括获取预测到达位置及预先设定的危险区域边界坐标集合，所述预测到达位置由历史轨迹序列推演生成；根据预测到达位置及危险区域边界坐标集合构建水平射线，计算水平射线与危险区域边界坐标集合的射线交点；判断射线交点数量是否为奇数，包括如果射线交点数量为奇数，则判定预测到达位置处于包含状态；根据包含状态判断预测到达位置是否位于危险区域边界坐标集合内。

17、优选的，所述s7包括若预测到达位置位于危险区域边界坐标集合内，则通过身份权限管理系统提取作业对象的身份标识信息；根据身份标识信息获得安全等级标签；根据安全等级标签确定最低准入级别；若安全等级标签低于最低准入级别，则生成越权行为记录；根据越权行为记录生成权限匹配结果，判断身份标识信息是否具备进入危险区域边界坐标集合的授权级别。

18、优选的，所述s8包括若身份标识信息不具备进入危险区域边界坐标集合的授权级别，则获取目标门禁控制终端的终端硬件标识；根据终端硬件标识确定拦截动作序列；根据拦截动作序列生成初始越界拦截指令并加密得到加密拦截报文；发送加密拦截报文至目标门禁控制终端，使目标门禁控制终端解析获得目标越界拦截指令，并根据目标越界拦截指令执行准入拦截。

19、一种矿山无人值守智控平台的运行控制系统，用于实现所述的矿山无人值守智控平台的运行控制方法的步骤，所述系统包括：

20、原始定位坐标获取模块，获取作业对象在井下巷道网络中移动时产生的原始离散定位坐标序列；

21、坐标平滑处理模块，采用卡尔曼滤波算法对原始离散定位坐标序列进行状态估计与平滑处理，并依据坐标突变量自适应调整观测噪声权重，得到滤除多径干扰跳变误差的平滑坐标序列；

22、轨迹匹配模块，获取预先建立的包含节点与连通关系的巷道拓扑图，通过隐马尔可夫模型计算平滑坐标序列在巷道拓扑图上的最大概率匹配路径，获得符合物理空间约束的连续运动轨迹；

23、运动状态计算模块，根据连续运动轨迹中相邻坐标点的时间差与空间距离，计算作业对象的当前移动速度与当前移动方向；

24、预测位置确定模块，根据当前移动速度、当前移动方向及巷道拓扑图的连通关系，确定作业对象在预设时间窗口后的预测到达位置；

25、危险区域判断模块，获取预先设定的危险区域边界坐标集合，判断预测到达位置是否位于危险区域边界坐标集合内；

26、身份权限判断模块，若预测到达位置位于危险区域边界坐标集合内，则通过身份权限管理系统提取作业对象的身份标识信息，判断身份标识信息是否具备进入危险区域边界坐标集合的授权级别；

27、越界拦截控制模块，若身份标识信息不具备进入危险区域边界坐标集合的授权级别，则由矿山无人值守智控平台自动生成针对作业对象的越界拦截指令，并将越界拦截指令发送至对应的门禁控制终端，以控制门禁控制终端执行准入拦截。

28、由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：

29、该矿山无人值守智控平台的运行控制方法及系统，通过对作业对象在井下巷道网络中产生的原始离散定位坐标序列进行状态估计和平滑处理，并依据坐标突变量自适应调整观测噪声权重，可降低多径干扰引起的定位跳变误差；进一步结合巷道拓扑图及隐马尔可夫模型对平滑后的坐标序列进行路径匹配，可使获得的连续运动轨迹更加符合井下巷道的实际连通关系，提高对作业对象真实运动状态的识别可靠性；在此基础上，根据连续运动轨迹确定作业对象的移动速度、移动方向及预测到达位置，并结合危险区域范围和身份授权级别进行判断，可在作业对象实际进入危险区域前识别潜在越界风险，并通过矿山无人值守智控平台自动生成越界拦截指令，控制对应门禁控制终端执行准入拦截，从而实现对井下作业对象的连续定位、运动趋势预测、风险预判及自动准入控制，提高矿山无人值守安全管控的及时性、准确性和自动化水平。