重大進(jìn)展特刊┃平頂山中選自控：“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)在李家壕選煤廠的應(yīng)用

重大進(jìn)展特刊

為宣傳推廣煤礦智能化建設(shè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新成果，發(fā)揮典型示范引領(lǐng)作用，《智能礦山》于2025年第2期策劃出版了《2024年煤礦智能化重大進(jìn)展成果特刊》，刊登代表新時(shí)代煤礦人創(chuàng)造性實(shí)踐和智慧結(jié)晶的11項(xiàng)智能化建設(shè)成果，以饗讀者。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第2期“2024年煤礦智能化重大進(jìn)展成果特刊”

第一作者：武文，高級(jí)工程師，現(xiàn)任平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司單位智能化部經(jīng)理，主要從事選煤廠的自動(dòng)化、智能化的工程實(shí)施工作。E-mail：22564358@qq.com

作者單位：平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司

引用格式：武文，宋文軒，魏二強(qiáng)，等.“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)在李家壕選煤廠的應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(2)：34-39.

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選煤廠主廠房、篩分破碎車(chē)間等建筑內(nèi)的大型設(shè)備立體空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、遮擋嚴(yán)重，變頻電氣設(shè)備存在大量諧波及電磁干擾?，F(xiàn)有定位技術(shù)在選煤廠內(nèi)部應(yīng)用存在多種問(wèn)題，定位精度低、藍(lán)牙技術(shù)覆蓋范圍小、基站部署和施工復(fù)雜，因此，選煤廠人員定位系統(tǒng)一直未能規(guī)?；瘧?yīng)用。

基于地磁技術(shù)的人員精確定位技術(shù)，利用地磁場(chǎng)空間分布的差異性實(shí)現(xiàn)人員位置跟蹤。研發(fā)出空間固有磁場(chǎng)特征的多源融合室內(nèi)外一體化智能精確定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)）?！按旁拧敝悄芫_定位系統(tǒng)結(jié)合選煤廠特點(diǎn)，融合慣導(dǎo)、藍(lán)牙、地圖匹配、北斗等定位技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外一體化無(wú)縫銜接，通過(guò)定位卡定位，以及通過(guò)對(duì)講、執(zhí)法終端、智能手機(jī)等定位，滿足選煤廠亞米級(jí)定位精度的需求。

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容

（1）專用地磁信息采集裝置

研發(fā)出1套專用地磁信息采集裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高質(zhì)量采集，并優(yōu)化數(shù)據(jù)采集策略，為地磁高精度定位提供數(shù)據(jù)支持，提高選煤行業(yè)上應(yīng)用的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性。

（2）基于智能手持終端的定位軟件

研發(fā)出1套基于智能手持終端的定位軟件，可實(shí)時(shí)采集智能手持終端內(nèi)的磁傳感器、加速度計(jì)和陀螺儀等傳感器信息，掃描環(huán)境中藍(lán)牙廣播信息，完成傳感器和藍(lán)牙信息組合，通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)高可靠上傳至定位服務(wù)器，通過(guò)定位引擎軟件完成位置計(jì)算。

（3）多源融合智能精確定位方法

構(gòu)建1套以地磁定位為核心的多源融合定位方法（地磁定位+慣導(dǎo)定位+藍(lán)牙定位+北斗定位等），根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景、不同定位需求，采用粒子濾波算法，融合地磁定位與藍(lán)牙定位、北斗定位等技術(shù)，根據(jù)不同需求，配置不同定位算法模塊，并隨環(huán)境和狀態(tài)改變自動(dòng)切換，滿足選煤廠在不同區(qū)域不同定位精度的需求，實(shí)現(xiàn)全廠定位過(guò)程的智能化、人性化管理。

（4）基于3D可視化模型的定位系統(tǒng)

依托國(guó)能包頭能源有限責(zé)任公司煤炭洗選分公司李家壕選煤廠（簡(jiǎn)稱李家壕選煤廠）的實(shí)際環(huán)境，完成高精度地磁數(shù)據(jù)測(cè)繪，測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪優(yōu)化、提取特征等處理過(guò)程，得到高精度的地磁圖。研制出1套基于智手持能終端的定位系統(tǒng)，將地磁圖坐標(biāo)與三維可視化平臺(tái)模型坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，完成與三維可視化平臺(tái)的接口調(diào)試，實(shí)現(xiàn)三維平臺(tái)上的可視化展示，并可與智能照明、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新

（1）研發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化、易操作的磁場(chǎng)采集工具和磁圖構(gòu)建技術(shù)，保證了磁場(chǎng)采集的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)地圖坐標(biāo)與3D平臺(tái)模型坐標(biāo)的快速準(zhǔn)確校準(zhǔn)，為在3D模型上可視化展示提供技術(shù)支持。

（2）通過(guò)軌跡連續(xù)推算，輸出位置穩(wěn)定可靠，無(wú)“盲區(qū)”，實(shí)現(xiàn)了樓層準(zhǔn)確切換，樓層間不漂移，不受遮擋和干擾，適應(yīng)性強(qiáng)，首次實(shí)現(xiàn)了選煤廠人員管理全區(qū)域、全員、全程追蹤的能力。

（3）結(jié)合洗煤廠的工藝特點(diǎn)，提出將地磁定位技術(shù)、藍(lán)牙定位技術(shù)、PDR技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等多種定位技術(shù)融合的智能定位方案，為選煤廠提供了多樣化、個(gè)性化的定位跟蹤服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了定位系統(tǒng)的全流程、全方位覆蓋。

（4）設(shè)計(jì)了多源融合定位算法的融合策略，根據(jù)各傳感器數(shù)據(jù)，自動(dòng)選擇配置不同的定位算法模塊，滿足廠房?jī)?nèi)外、存在式定位場(chǎng)景、精確定位場(chǎng)景、輸煤棧橋等多樣化的定位場(chǎng)景需求，實(shí)現(xiàn)了在選煤廠的首次應(yīng)用。

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化磁場(chǎng)采集工具和磁圖構(gòu)建

為高精度標(biāo)準(zhǔn)化高效采集選煤廠地磁圖，研制出基于激光雷達(dá)的專業(yè)地磁信息測(cè)量采集裝置如圖1所示。地磁信息測(cè)量采集裝置由無(wú)磁小車(chē)、激光雷達(dá)、磁傳感器、工控板等組成。無(wú)磁小車(chē)是磁圖測(cè)量裝置的載體，所有設(shè)備都安裝在無(wú)磁小車(chē)上，由人推小車(chē)在測(cè)量場(chǎng)地內(nèi)行走，實(shí)現(xiàn)位置和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的同步采集。以車(chē)作為載體，避免將人為操作習(xí)慣差異導(dǎo)致測(cè)量誤差引入到采集過(guò)程中；激光雷達(dá)，通過(guò)SLAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)地圖及位置信息的測(cè)量，定位精度優(yōu)于0.1m；磁傳感器用于測(cè)量磁場(chǎng)信息，磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)在工控板內(nèi)進(jìn)行同步和存儲(chǔ)。

圖1 磁圖測(cè)量裝置

激光雷達(dá)記錄的采集路線如圖2所示，底圖為激光雷達(dá)生成的平面點(diǎn)云圖。通過(guò)采圖裝置可獲得采集路線上的地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)雙線性插值方法，將原始磁場(chǎng)數(shù)據(jù)均勻網(wǎng)格化，得到路線上均勻分布的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，均勻網(wǎng)格化后的地磁場(chǎng)等值線分布如圖3所示，網(wǎng)格化磁場(chǎng)三維剖面如圖4所示。

圖2 激光雷達(dá)記錄的采集路線

圖3 均勻網(wǎng)格化后的地磁場(chǎng)等值線分布

圖4 網(wǎng)格化磁場(chǎng)三維剖面

3.2 一體化精確定位手持智能終端

室內(nèi)外一體化定位主要由室內(nèi)定位、室外定位以及室內(nèi)外判別3部分組成。基于手持智能終端的室內(nèi)外一體化高精度多源融合定位架構(gòu)和室內(nèi)外判別方法，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)需攜帶專用定位卡，通過(guò)手持智能終端實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化定位，提高了人員定位系統(tǒng)在選煤廠應(yīng)用的靈活性，室內(nèi)外定位判別方法如圖5所示，室內(nèi)外一體化多源融合定位系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示。

圖5 室內(nèi)外定位判別方法

圖6 室內(nèi)外一體化多源融合定位系統(tǒng)架構(gòu)

李家壕選煤廠地磁定位精度測(cè)試

選擇李家壕選煤廠主廠房1~6層為測(cè)試地點(diǎn)，以1層、3層為具體事例，測(cè)試路線如圖7所示，按照以下4個(gè)步驟測(cè)試地磁定位精度。

（1）測(cè)試路線選擇用于定位測(cè)試的關(guān)鍵點(diǎn)位，1~6層共82個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，其中1層和3層關(guān)鍵點(diǎn)位標(biāo)識(shí)如圖8所示，記錄所有測(cè)試點(diǎn)位的實(shí)際位置坐標(biāo)。

（2）測(cè)試人員佩戴好定位終端，按照如圖7所示軌跡行走。

圖7 地磁定位精度測(cè)試路線

（3）完成后提取定位軌跡，得到測(cè)試人員經(jīng)過(guò)測(cè)試點(diǎn)位附近時(shí)候的位置坐標(biāo)，并和測(cè)試點(diǎn)位實(shí)際坐標(biāo)對(duì)比，計(jì)算定位誤差。地磁定位精度測(cè)試點(diǎn)位如圖8所示。

圖8 地磁定位精度測(cè)試點(diǎn)位

（4）地磁定位精度測(cè)試點(diǎn)位定位軌跡路線如圖9所示，依據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算出定位結(jié)果和實(shí)際行走路線吻合，以44號(hào)位置參考點(diǎn)為例，實(shí)景和三維對(duì)比如圖10所示。

圖9 地磁定位精度測(cè)試點(diǎn)位定位軌跡路線

圖10 44號(hào)位置參考點(diǎn)實(shí)景和三維對(duì)比

分析測(cè)試數(shù)據(jù)，地磁定位精度統(tǒng)計(jì)方式采用定位誤差均值、1σ指標(biāo)（66.7%概率落點(diǎn)范圍）2種方式，82個(gè)測(cè)試點(diǎn)位的定位誤差如圖11所示，累積誤差概率分布如圖12所示，定位誤差統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，90%以上的點(diǎn)位誤差小于1m。

圖11 地磁定位精度誤差

圖12 地磁定位累積誤差概率分布

表1 地磁定位精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)功能

基于地磁定位技術(shù)的選煤廠人員定位系統(tǒng)設(shè)備組成如圖13所示，主要包括智能終端（硬件設(shè)備）、定位引擎（軟件算法）和三維可視化平臺(tái)，具體包括7個(gè)方面的功能。

圖13 “磁耘”智能精確定位系統(tǒng)組成

（1）實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)人員分布

通過(guò)地磁人員定位系統(tǒng)在3D模型實(shí)時(shí)查看工作區(qū)域內(nèi)人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)、位置顯示、人員跟蹤；查看各區(qū)域人員出入工作區(qū)域時(shí)刻、出入重點(diǎn)區(qū)域時(shí)刻等信息，并生成報(bào)表；查看系統(tǒng)報(bào)警事件及處理情況；關(guān)聯(lián)監(jiān)控大屏幕，全面展示關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)選煤廠的智能化安全管理，人員分布實(shí)時(shí)監(jiān)控界面如圖14所示。

圖14 人員分布實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

（2）異常報(bào)警

當(dāng)工作人員出現(xiàn)異常情況，可通過(guò)定位終端向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警求救信號(hào)，平臺(tái)監(jiān)控界面立即顯示出報(bào)警提示，第一時(shí)間掌握警報(bào)發(fā)出人和所在地點(diǎn)，提升應(yīng)急響應(yīng)效率；增加了墜落等人員異常行為識(shí)別和報(bào)警，進(jìn)一步完善SOS報(bào)警和響應(yīng)機(jī)制；實(shí)現(xiàn)了基于人員定位系統(tǒng)的聚集風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警功能，有效識(shí)別和跟蹤進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)以及特定區(qū)域的人員位置，對(duì)人員聚集和人員離崗、串崗、越界、靜止、缺員、消失等違規(guī)行為進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并輔助特殊作業(yè)全過(guò)程管控。

（3）路線管理

可視化展現(xiàn)人員行走軌跡、歷史軌跡，隨時(shí)調(diào)看人員出入工作區(qū)域的記錄，直觀展示企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)行情況，歷史軌跡界面如圖15所示。

圖15 歷史軌跡界面

（4）電子圍欄

電子圍欄系統(tǒng)提供靈活的配置選項(xiàng)，允許用戶根據(jù)自身實(shí)際生產(chǎn)需求和情況，定制不同的報(bào)警方式。用戶可以在系統(tǒng)中定義限制區(qū)域，根據(jù)具體需求進(jìn)行劃定。通過(guò)系統(tǒng)的電子地圖功能，用戶可快速設(shè)定電子?xùn)艡?，并設(shè)置其生效時(shí)間和作用區(qū)域。

（5）逃生路線推送

當(dāng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，定位系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為用戶進(jìn)行報(bào)警，并實(shí)時(shí)推送逃生路線。

（6）人員定位系統(tǒng)與智能照明系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

照明系統(tǒng)采用了智能控制技術(shù)，與人員定位系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)后，實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”的功能。智能控制功能提供了便利的照明體驗(yàn)有助于節(jié)能和環(huán)境保護(hù)。

（7）人員定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控報(bào)警聯(lián)動(dòng)

人員定位系統(tǒng)提供了第三方開(kāi)發(fā)接口，支持與現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成和聯(lián)動(dòng)。通過(guò)結(jié)合電子圍欄和實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)切換跟蹤人員的攝像頭畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)功能。

結(jié)語(yǔ)

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)免基站安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單、不易受遮擋和金屬干擾，適合復(fù)雜多高度平臺(tái)的選煤廠人員定位管理和應(yīng)用。經(jīng)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，定位精度優(yōu)于1m，滿足選煤廠人員精確定位需求。系統(tǒng)增加了人員意外跌落、昏迷等自動(dòng)報(bào)警功能，為人員安全提供更多保障?！按旁拧敝悄芫_定位系統(tǒng)也可在其他工業(yè)場(chǎng)景推廣應(yīng)用，提供了復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景人員精確定位的穩(wěn)定、高效且抗干擾的解決方案。

“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”自 2021年開(kāi)始，至今已舉辦4次，發(fā)布會(huì)吸引了眾多煤礦智能化建設(shè)領(lǐng)域的專家及科研、工程技術(shù)人員，成為展示煤礦智能化建設(shè)成果，交流煤礦智能化科技成果的盛會(huì)。

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END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤科總院出版?zhèn)髅郊瘓F(tuán)成立于2015年，擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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