一种地质勘察作业人员实时定位系统的制作方法

本申请涉及无线电波定位，具体涉及一种地质勘察作业人员实时定位系统。

背景技术：

1、在地质勘察巷道、隧道挖掘及地下矿井等狭长受限空间作业环境中，卫星定位信号无法覆盖，行业内通常采用超宽带（uwb）无线测距技术进行人员定位。现有的定位算法通常将巷道简化为一条一维的中心线，并假设作业人员始终位于巷道的中轴线上。

2、现有的定位算法通常将巷道简化为一维中心线，无法区分人员贴壁避让产生的几何合理延长量与岩体遮挡导致的非视距误差，往往将贴壁行走的正常信号误判为异常漂移，导致定位结果出现左右跳变甚至穿墙现象；加之巷道内岩体引发的多径效应进一步加剧了测距波动；综上所述，采用现有定位算法对地质勘察作业人员进行定位，降低了对地质勘察作业人员定位的准确性与可靠性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请的目的在于提供一种地质勘察作业人员实时定位系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本申请提出了一种地质勘察作业人员实时定位系统，所述系统包括：

3、静态基准构建模块，用于在巷道中心线上设置参考节点；基于每个参考节点处的巷道设计宽度沿巷道宽度方向生成每个参考节点的左、右壁虚拟点；

4、动态数据采集模块，用于在任一采样时刻下，地质勘察作业人员通过定位器向各基站发送测距请求，获取各基站接收到请求后的超宽带测距值和直达信号能量衰减值，以及地质勘察作业人员的步长增长量；

5、位置匹配代价计算模块，用于基于每个参考节点及其左、右壁虚拟点到各基站的距离分别相较于超宽带测距值的差异，以确定每个参考节点与各基站之间的测距偏离度；基于所述直达信号能量衰减值计算信号质量置信系数，以对测距偏离度进行加权计算，得到加权测距偏离度；聚合每个参考节点与所有基站之间的加权测距偏离度，并结合基于所述步长增长量构建的运动连续性代价，计算每个参考节点的位置匹配总代价；

6、定位模块，用于基于所述位置匹配总代价，从所有参考节点中筛选最佳估计节点，以对地质勘察作业人员进行定位。

7、优选的，所述直达信号能量衰减值为各基站接收到的接收总功率与首径功率之间的绝对差值。

8、优选的，所述每个参考节点与各基站之间的测距偏离度的确定方法为：

9、在每个参考节点及其左、右壁虚拟点到各基站的距离相较于超宽带测距值之间的差异中，将最小差异，作为每个参考节点与各基站之间的测距偏离度。

10、优选的，所述信号质量置信系数为将直达信号能量衰减值代入高斯指数函数得到的结果。

11、优选的，所述加权测距偏离度的表达式为：；式中，表示采样时刻t下第i个参考节点与第j个基站之间的加权测距偏离度；表示采样时刻t下第j个基站的信号质量置信系数；表示第i个参考节点与第j个基站之间的测距偏离度；表示预设非视距惩罚常数。

12、优选的，所述每个参考节点的位置匹配总代价分别同每个参考节点与所有基站之间的加权测距偏离度、运动连续性代价成正相关关系。

13、优选的，所述运动连续性代价的表达式为：；式中，表示采样时刻t下第i个参考节点的运动连续性代价；表示获取得到的采样时刻t与相邻前一时刻下第i个参考节点的里程数值之间的差异；表示采样时刻t下地质勘察作业人员的步长增长量。

14、优选的，所述从所有参考节点中筛选最佳估计节点，包括：

15、在任一采样时刻下，从所有参考节点中选出位置匹配总代价最小的参考节点，作为任一采样时刻下的最佳估计节点。

16、优选的，所述对地质勘察作业人员进行定位，包括：

17、针对当前采样时刻，基于最佳估计节点及其位置匹配总代价，采用滤波算法从最佳估计节点中获取唯一稳定节点；

18、将稳定节点映射到预先构建的巷道地图中，将在巷道地图中得到的平面坐标及里程数值，作为当前采样时刻下地质勘察人员的平面坐标及里程数值。

19、优选的，所述稳定节点的获取过程为：

20、提取任一采样时刻之前预设时段内所有时刻下的最佳估计节点的编号，并对编号进行滤波处理，将滤波得到的唯一编号对应的最佳估计节点，记为稳定节点。

21、本申请具有如下有益效果：

22、本申请首先通过测距偏离度兼容了贴壁避让的几何合理性，利用信号质量置信系数与加权测距偏离度实现了对岩体遮挡劣质信号的自适应软性剔除，最终在位置匹配总代价中巧妙融合了空间几何观测与时域运动物理规律，从而在复杂受限空间内构建出一个能够同时抗贴壁干扰、抗非视距误差且杜绝轨迹瞬移跳变的稳健定位评估体系；进一步，本申请通过引入时域中值滤波机制对全局搜索得到的瞬时最佳估计节点进行平滑去噪，有效剔除了因突发电磁干扰导致的离群跳变，最终将唯一稳定节点映射至巷道地图输出精确的平面坐标与里程数值，从而消除了单次测距解算带来的定位抖动，保障了地质勘察人员最终位置输出的连续性与绝对的工程可用性，提升了对地质勘察作业人员定位的准确性与可靠性。

1.一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述直达信号能量衰减值为各基站接收到的接收总功率与首径功率之间的绝对差值。

3.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述每个参考节点与各基站之间的测距偏离度的确定方法为：

4.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述信号质量置信系数为将直达信号能量衰减值代入高斯指数函数得到的结果。

5.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述加权测距偏离度的表达式为：；式中，表示采样时刻t下第i个参考节点与第j个基站之间的加权测距偏离度；表示采样时刻t下第j个基站的信号质量置信系数；表示第i个参考节点与第j个基站之间的测距偏离度；表示预设非视距惩罚常数。

6.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述每个参考节点的位置匹配总代价分别同每个参考节点与所有基站之间的加权测距偏离度、运动连续性代价成正相关关系。

7.根据权利要求6所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述运动连续性代价的表达式为：；式中，表示采样时刻t下第i个参考节点的运动连续性代价；表示获取得到的采样时刻t与相邻前一时刻下第i个参考节点的里程数值之间的差异；表示采样时刻t下地质勘察作业人员的步长增长量。

8.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述从所有参考节点中筛选最佳估计节点，包括：

9.根据权利要求1所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述对地质勘察作业人员进行定位，包括：

10.根据权利要求9所述的一种地质勘察作业人员实时定位系统，其特征在于，所述稳定节点的获取过程为：