基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统研究.pdf

第 ４９ 卷第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４９ Ｎｏ􀆱 １１ ２０２１ 年１１ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏｖ．２０２１ 移动扫码阅读 张子悦，符世琛，刘 超，等．基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１， ４９（１１）２１８－２２４􀆱 ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９／ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０２１􀆱 １１􀆱 ０２８ ＺＨＡＮＧ Ｚｉｙｕｅ，ＦＵ Ｓｈｉｃｈｅｎ，ＬＩＵ Ｃｈａｏ，ｅｔ ａｌ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ［ Ｊ ］． Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０２１， ４９ （ １１ ） ２１８ － ２２４􀆱 ｄｏｉ １０􀆱 １３１９９／ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０２１􀆱 １１􀆱 ０２８ 基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统研究 张子悦，符世琛，刘 超，李永泽，兰 玉，吴 淼 （中国矿业大学（北京） 机电与信息工程学院，北京 １０００８３） 摘 要近年来我国煤矿井下瓦斯爆炸、透水等安全事故频发，严重威胁矿工生命安全。 为实现煤矿 井下综采工作面采煤机位姿无人化、高精度检测，改善矿工的工作环境，提高煤矿机械化、自动化程 度，对比了现有的检测综采工作面上采煤机实时位姿的技术方法，提出了一种基于多感知方式组合测 量的采煤机位姿检测系统，该系统采用全站仪和 ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ－ｂａｎｄ）定位系统组合测量采煤机的 空间位置坐标，采用倾角传感器和寻北仪组合测量采煤机的姿态角（航向角、横滚角、俯仰角）；建立 了系统的三维模型，将全站仪安装在区段运输平巷与运输上山的交点处，将 ＵＷＢ 固定基站群安装至 综采工作面与区段运输平巷交点的转载机处。 为实现 ＵＷＢ 移动基站移站时的自主标定，液压支架顶端 和底端分别安装 ＵＷＢ 模块，将 ＵＷＢ 定位节点安装至采煤机机身，将倾角传感器和寻北仪安装至采煤机 机身。 推导了全站仪与 ＵＷＢ 固定基站群的坐标的测量方法，ＵＷＢ 定位系统基于 ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ） 定位模型的 ＣＴ（Ｃａｆｆｅｒｙ－Ｔａｙｌｏｒ）算法以及全站仪坐标系与 ＵＷＢ 固定基站群坐标系间的坐标变换矩阵。 详细介绍了采煤机倾角传感器和寻北仪的系统结构和工作原理，分析了该系统在实际应用中的受限因 素，并简要提出了相应的改善方案。 该系统理论上可实现采煤机在综采工作面中的实时位姿检测，为 系统仿真分析和试验平台搭建提供了理论参考。 关键词采煤机；组合测量；位姿检测；全站仪；ＵＷＢ 系统；倾角传感器；寻北仪 中图分类号ＴＤ４２１ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６（２０２１）１１－０２１８－０７ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｚｉｙｕｅ，ＦＵ Ｓｈｉｃｈｅｎ，ＬＩＵ Ｃｈａｏ，ＬＩ Ｙｏｎｇｚｅ，ＬＡＮ Ｙｕ，ＷＵ Ｍｉａｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） 收稿日期２０２１－０６－１２；责任编辑周子博 基金项目中国博士后科学基金资助项目（２０１９Ｍ６６０８６０）；国家自然科学基金资助项目（５１８７４３０８，Ｕ１６１０２５１） 作者简介张子悦（１９９６），男，河北沧州人，硕士研究生。 Ｅ－ｍａｉｌｚｚｉｙｕｅ９６＠ １６３．ｃｏｍ 通讯作者符世琛（１９９１），男，河北邢台人，博士后。 Ｅ－ｍａｉｌｆｕｓｈｉｃｈｅｎ０５２６＠ １６３．ｃｏｍ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， ｓａｆｅｔｙ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｓ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ， ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｔｈｒｅａｔｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｖｅｓ ｏｆ ｍｉｎｅｒｓ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ’ｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａ⁃ ｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ， ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒｓ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ， ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｔｔｉｔｕｄｅ， ａ ｃｏａｌ ｓｈｅａｒｅｒ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｓ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ＵＷＢ （Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ－ｂａｎｄ） ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ． Ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ａ ｎｏｒｔｈ ｓｅｅｋｅｒ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ａｎｇｌｅ （ｈｅａｄｉｎｇ ａｎｇｌｅ， ｒｏｌｌ ａｎｇｌｅ， ａｎｄ ｐｉｔｃｈ ａｎｇｌｅ） ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌａｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｕｐｈｉｌｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ＵＷＢ ｆｉｘｅｄ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ ｗａｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｃｈｉｎｅ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｌａｎｅ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏ⁃ ｍｏｕｓ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＵＷＢ ｍｏｂｉｌｅ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｉｔ ｍｏｖｅｓ， ｔｈｅ ＵＷＢ ｍｏｄｕｌｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ８１２ 万方数据 架 送机 张子悦等基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统２０２１ 年第 １１ 期 ｓｕｐｐｏｒｔ， ｔｈｅ ＵＷＢ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｎｏｄｅ ｗａｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ ｂｏｄｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈ ｆｉｎｄｅｒｗｅｒｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ ｂｏｄｙ． Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ＵＷＢ ｆｉｘｅｄ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ ｗａｓ ｄｅｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ＣＴ （Ｃａｆｆｅｒｙ－Ｔａｙｌｏｒ） ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｔｈｅ ＵＷＢ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＴＯＡ （Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ） ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ＵＷＢ ｆｉｘｅｄ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ａｌｓｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｎｏｒｔｈ ｆｉｎｄｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ｗｅｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｏｓｔｕｒｅ ａｎｄ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏ⁃ ｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｓｈｅａｒｅｒ； ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ； ｐｏｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ； ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ； ＵＷＢ ｓｙｓｔｅｍ； ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ； ｎｏｒｔｈ ｆｉｎｄｅｒ ０ 引 言 无人采掘装备是当前国际煤炭领域的发展前 沿［１］。 采煤机是井下综采工作面的核心设备，综采 工作面的工况非常复杂，常存在高温高灰尘以及其 他的干扰情况，导致驾驶员操控采煤机作业难以保 证精度，采煤效率大幅降低，采煤机的位姿检测是实 现采煤机无人化、自动化的关键。 近年来，已有多位 学者对采煤机的位姿检测进行了研究张博渊［２］提 出了捷联惯导系统与里程计相融合的采煤机定位技 术，分析了影响采煤机定位精度的因素，建立了最优 估计误差补偿模型，但惯导会产生较大的累积误差； 方新秋等［３］提出了微机械陀螺和加速度计传感器 组合自主定位系统的技术，根据采煤机的运动特征 建立了动力学模型，仿真结果表明惯性传感器的误 差是导致自主定位系统精度低的主要因素；李振 平［４］提出了运用电子地图显示采煤机位置的技术， 通过采煤机在巷道中的投影以及简单的数学计算， 可消除采煤机定位系统计算过程中的累积误差；郝 尚清等［５］提出了以采区坐标系作为参考坐标来确 定采煤机坐标的技术，将此技术应用到采煤机自动 调高和工作面自动调直中，但并未测得采煤机的姿 态角。 目前的采煤机位姿检测方法仅能获取采煤机 的局部坐标系坐标，无法获取绝对坐标系坐标，所以 无法满足采煤机定位的精度要求。 全站仪具有数据处理快速准确、定方位角快捷 和快速自动测距的优点，可满足检测采煤机位姿实 效性和精度的要求。 ＵＷＢ 定位技术通过检测超宽 带信号波到达时间来解算距离［６－８］，可以减小井下 高温高灰尘工作环境对采煤机定位检测精度的影 响。 将寻北仪和倾角传感器安装至采煤机机身，寻 北仪和倾角传感器是完全独立自主的，可测出采煤 机的姿态角［９－１０］。 笔者基于多种感知方式提出了一种采煤机的位 姿检测方法，运用全站仪与 ＵＷＢ 定位系统，对采煤 机的空间坐标进行组合测量。 运用倾角传感器和寻 北仪测量采煤机的姿态角。 重点介绍了 ＵＷＢ 定位 系统基于 ＴＯＡ 定位模型的 ＣＴ 算法，推导了 ＵＷＢ 固 定基站群坐标系与全站仪坐标系间的坐标变换矩 阵，介绍了倾角传感器和寻北仪测量采煤机姿态角 的工作原理，分析了该系统在实际应用中的误差来 源，提出了相应的改善方案。 １ 多感知方式组合测量系统结构 为实现采煤机的位姿检测，提出了一种基于多 感知方式组合测量的采煤机远程位姿检测系统，采 煤机位姿检测系统布置如图 １ 所示。 图 １ 采煤机位姿检测系统布置 Ｆｉｇ．１ Ｓｈｅａｒｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｌａｙｏｕｔ 本系统根据综采工作面不同的环境，设计了不 同的检测方法，一定程度减小了环境对采煤机位姿 检测精度的影响。 区段运输平巷光照充足、粉尘少， 但巷道狭长，不便采用 ＵＷＢ 定位系统定位，故采用 全站仪对 ＵＷＢ 固定基站群定位。 综采工作面工况 复杂，采煤机工作时液压支架需移动，ＵＷＢ 定位较 为灵活，基站之间可实现自主连续标定，故采用 ＵＷＢ 定位系统对 ＵＷＢ 定位节点定位。 采用 ＵＷＢ ９１２ 万方数据 采煤机机身 基于T O A 的C T 算法 机身振动 数据采集 机身振动 数据采集 坐标变换矩阵 U W B 移站 自主标定 数据处理 数据处理 一黼舢 棱镜测量 数据输出 数据输出 ２０２１ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４９ 卷 系统解算采煤机的姿态角需 ３ 个定位节点，解算过 程会产生累积误差，影响测量精度，故采用倾角传感 器和寻北仪，通过仪器内部数据处理直接测得采煤 机的姿态角。 采煤机位姿检测系统结构如图 ２ 所示，将 ＵＷＢ 定位系统固定基站群安装在综采工作面与运输平巷 交点处，为实现 ＵＷＢ 移动基站移站时的自主标定， 液压支架的顶端和底端分别安装 ＵＷＢ 模块，安装 ＵＷＢ 模块的液压支架和未安装 ＵＷＢ 模块的液压支 架间隔布置。 将全站仪安装在运输上山与区段运输 平巷处，以全站仪为采煤机位姿检测系统的定位基 点，建立大地绝对坐标系，由地测人员进行坐标标 定。 将寻北仪、倾角传感器及 ＵＷＢ 定位节点安装 至采煤机机身，根据采煤机型号的尺寸规格可将定 位节点安装在机身上部或侧部，将 ＵＷＢ 定位节点 安装在采煤机坐标系中便于测量且振动较小的位 置，由于 ＵＷＢ 信号易受非视距传播的影响，须保证 定位节点与液压支架上的 ＵＷＢ 基站视距传播。 图 ２ 采煤机位姿检测系统结构 Ｆｉｇ．２ Ｓｈｅａｒｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 采煤机位姿检测系统原理如图 ３ 所示，本系统 采用 ＵＷＢ 定位技术测量 ＵＷＢ 定位节点在 ＵＷＢ 固 定基站群坐标系中的坐标位置，采用全站仪技术测 量 ＵＷＢ 固定基站群在定位基点坐标系中的坐标位 置。 当采煤机工作时，截割头载荷的变化会导致采 煤机机身振动，从而引起采煤机采煤方向以及自身 水平方向的变化，采用倾角传感器测量采煤机的横 滚角和俯仰角，采用寻北仪测得航向角。 图 ３ 采煤机位姿检测系统原理 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｐｏｓｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ２ 采煤机的位置检测系统 ２．１ 全站仪检测系统 由于区段运输平巷空间狭窄、距离长、不便用 ＵＷＢ 系统定位，笔者采用全站仪对 ＵＷＢ 固定基站 群进行空间定位，全站仪的三维坐标测量原理如图 ４ 所示。 根据区段运输平巷的服务年限，由地测人 员每隔半年到一年对设站点进行坐标标定，将设站 点坐标 Ｃ（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）作为测站点的绝对坐标，以此 坐标为基准建立空间坐标系，输入后视点 Ｂ 的绝对 坐标 Ｂ（ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ）。 已知全站仪Ｃ 到目标点Ａ 的距离为ＳＡＣ，待定边 ＡＣ 的垂直角为α１，则全站仪Ｃ 到目标点Ａ 的平距［１１］为 ＤＡＣ ＝ Ｓ ＡＣｃｏｓ α１ 已知边 ＢＣ 的方位角为 αＢＣ，待定方向与已知方 向的水平角为 αＡＢ，全站仪 Ｃ 的高程为 ＨＣ，则目标点 Ａ 的三维坐标为 ｘＡ ＝ ｘ Ｃ ＋ Ｄ ＡＣｃｏｓ（αＡＢ ＋ α ＢＣ） ｙＡ ＝ ｙ Ｃ ＋ Ｄ ＡＣｓｉｎ（αＡＢ ＋ α ＢＣ） ｚＡ ＝ Ｈ Ｃ ＋ Ｓ ＡＣｓｉｎ α１ ０２２ 万方数据 bM ．yM ，Z 窃 1 ，少1 ，z 1 U W B1 心M ， 3 ，少3 ，z 3 4 ，少4 ，z 4 压支架B U Ⅵ毋2 2 ，少2 ，z 2 液压支架A ] l l 张子悦等基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统２０２１ 年第 １１ 期 图 ４ 全站仪及坐标测量 Ｆｉｇ．４ Ｔｏｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃｈａｒｔ 根据全站仪的性能，可以快捷地测出目标点（ｘＡ， ｙＡ，ｚＡ）的坐标位置以及角度，从而可推导出全站仪坐标 系与 ＵＷＢ 固定基站群坐标系之间的坐标变换矩阵。 ２．２ ＵＷＢ 定位系统 ＵＷＢ 技术通过检测超宽带信号波到达时间来 解算距离，可以减小井下高温高灰尘工作环境对采 煤机定位检测精度的影响，ＵＷＢ 基站布置示意如图 ５ 所示。 ＵＷＢ 定位技术具有传输速率高、穿透力 强、实时性好等优点，为实现 ＵＷＢ 基站的自主连续 标定，顶端和底端分别安装 ＵＷＢ 基站的液压支架 与未安装基站的液压支架间隔布置，通过各个 ＵＷＢ 基站之间的信号传输，将 ＵＷＢ 定位节点的坐标位 置传输至 ＵＷＢ 固定基站群［１２－１４］。 图 ５ ＵＷＢ 模块及基站布置示意 Ｆｉｇ．５ ＵＷＢ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ ｄｉａｇｒａｍ 根据采煤机机身定位节点与定位基站群之间的 超宽带信号飞行时间参量建立 ＴＯＡ 定位模型。 通 过测量采煤机机身定位节点到个基站的空间直线距 离，利用“在测量无误差的条件下，目标一定位于以 各个定位基站为核心，以测量距离为半径的球面 上”这一几何特征［１５－１６］，４ 个球位置面相交的交点 就是采煤机机身定位节点的空间位置坐标。 根据 ＴＯＡ 定位模型建立了将 Ｃａｆｆｅｒｙ 算法和 Ｔａｙｌｏｒ 级数法相结合的算法，利用 Ｃａｆｆｅｒｙ 算法确定 一个初始点坐标［１７］，进而使用 Ｔａｙｌｏｒ 级数展开法进 行迭代消除误差［１８－２０］，可精确确定采煤机在空间内 的坐标位置。 假设采煤机机身定位节点为 Ｍ 点，坐标为（ｘＭ， ｙＭ，ｚＭ），安装在液压支架的 ４ 个基站分别为 １，２，３， ４，坐标为（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝ １，２，３，４），则基站 ｉ 与定位 节点 Ｍ 的空间距离为 ｄｉＭ。 基站 １，２，３，４ 与定位节点 Ｍ 之间的 ＴＯＡ 定位 观测方程组为 （ｘＭ －ｘ １） ２ ＋（ｙ Ｍ －ｙ １） ２ ＋（ｚ Ｍ －ｚ １） ２ ＝ｄ ２ １Ｍ （ｘＭ －ｘ ２） ２ ＋（ｙ Ｍ －ｙ ２） ２ ＋（ｚ Ｍ －ｚ ２） ２ ＝ｄ ２ ２Ｍ （ｘＭ －ｘ ３） ２ ＋（ｙ Ｍ －ｙ ３） ２ ＋（ｚ Ｍ －ｚ ３） ２ ＝ｄ ２ ３Ｍ （ｘＭ －ｘ ４） ２ ＋（ｙ Ｍ －ｙ ４） ２ ＋（ｚ Ｍ －ｚ ４） ２ ＝ｄ ２ ４Ｍ （１） 面向采煤机的超宽带位姿检测系统的 Ｃａｆｆｅｒｙ 定位算法如下，使式（１）中的第 ｎ 个方程减去第 ｎ＋１ 个方程，得到关于（ｘＭ，ｙＭ，ｘＭ）线性方程组 （ｘ２ － ｘ １）ｘＭ ＋ （ｙ２－ ｙ１）ｙＭ＋ （ｚ２ － ｚ １）ｚＭ ＝ １ ２ （ｘ２ ２ － ｘ ２ １ ＋ ｙ ２ ２ － ｙ ２ １ ＋ ｚ ２ ２ － ｚ ２ １ ＋ ｄ ２ １Ｍ － ｄ ２ ２Ｍ） （ｘ３ － ｘ ２）ｘＭ ＋ （ｙ３－ ｙ２）ｙＭ＋ （ｚ３ － ｚ ２）ｚＭ ＝ １ ２ （ｘ２ ３ － ｘ ２ ２ ＋ ｙ ２ ３ － ｙ ２ ２ ＋ ｚ ２ ３ － ｚ ２ ２ ＋ ｄ ２ ２Ｍ － ｄ ２ ３Ｍ） （ｘ４ － ｘ ３）ｘＭ ＋ （ｙ４－ ｙ３）ｙＭ＋ （ｚ４ － ｚ ３）ｚＭ ＝ １ ２ （ｘ２ ４ － ｘ ２ ３ ＋ ｙ ２ ４ － ｙ ２ ３ ＋ ｚ ２ ４ － ｚ ２ ３ ＋ ｄ ２ ３Ｍ － ｄ ２ ４Ｍ） （２） 将式（２）中计算得出的 （ｘＭ，ｙＭ，ｘＭ）作为对 Ｍ 点的初始估计值，其与估计值（ｘＭ０，ｙＭ０，ｚＭ０）的误差 设为 δｘ、δｙ、δｚ，则有 ｘＭ０ ＝ ｘ Ｍ ＋ δ ｘ ｙＭ０ ＝ ｙ Ｍ ＋ δ ｙ ｚＭ０ ＝ ｚ Ｍ ＋ δ ｚ （３） 将式（１）在（ｘＭ，ｙＭ，ｚＭ）点用 Ｔａｙｌｏｒ 级数展开， 并忽略二次及以上项，整理可得 （ｘＭ －ｘ １）δｘ ＋（ｙ Ｍ －ｙ １）δｙ ＋（ｚ Ｍ －ｚ １）δｚ＝ １ ２ ［ｄ２ １Ｍ －（ｘ Ｍ －ｘ １） ２ －（ｙ Ｍ －ｙ １） ２ －（ｚ Ｍ －ｚ １） ２］ （ｘＭ －ｘ ２）δｘ ＋（ｙ Ｍ －ｙ ２）δｙ ＋（ｚ Ｍ －ｚ ２）δｚ＝ １ ２ ［ｄ２ ２Ｍ －（ｘ Ｍ －ｘ ２） ２ －（ｙ Ｍ －ｙ ２） ２ －（ｚ Ｍ －ｚ ２） ２］ （ｘＭ －ｘ ３）δｘ ＋（ｙ Ｍ －ｙ ３）δｙ ＋（ｚ Ｍ －ｚ ３）δｚ＝ １ ２ ［ｄ２ ３Ｍ －（ｘ Ｍ －ｘ ３） ２ －（ｙ Ｍ －ｙ ３） ２ －（ｚ Ｍ －ｚ ３） ２］ （ｘＭ －ｘ ４）δｘ ＋（ｙ Ｍ －ｙ ４）δｙ ＋（ｚ Ｍ －ｚ ４）δｚ＝ １ ２ ［ｄ２ ４Ｍ －（ｘ Ｍ －ｘ ４） ２ －（ｙ Ｍ －ｙ ４） ２ －（ｚ Ｍ －ｚ ４） ２］ （４） １２２ 万方数据 G 7 T ／ _／ ≮ 7 ‘ f ．f 倾角传感器 ２０２１ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４９ 卷 对式（４）进行重复迭代计算，当δｘ＋δｙ＋ δｚ小于设定的门限时，则停止迭代，采煤机机身 定位节点 Ｍ 的最终估计值（ｘＭ１，ｙＭ１，ｚＭ１）为 ｘＭ１ ＝ ｘ Ｍ ＋ δ ｘ ｙＭ１ ＝ ｙ Ｍ ＋ δ ｙ ｚＭ１ ＝ ｚ Ｍ ＋ δ ｚ 运用 ＣＴ 算法以同样原理可算出位于液压支架 顶端和底端的各个 ＵＷＢ 基站的坐标位置，最终结 算出采煤机机身定位节点在 ＵＷＢ 固定基站群所建 立的坐标系中的空间坐标位置。 ２．３ 坐标系间的变换矩阵 已知采煤机机身定位节点 Ｍ 在 ＵＷＢ 固定基站 群坐标系中的坐标为（ｘＭ，ｙＭ，ｚＭ），通过全站仪的测 量已知由全站仪坐标系 ＯＸＹＺ 到 ＵＷＢ 固定基站群 坐标系 Ｏ′Ｘ′Ｙ′Ｚ′沿 Ｘ 轴移动了 ｄＸ，沿Ｙ 轴移动了ｄＹ， 沿 Ｚ 轴移动了 ｄＺ，绕 Ｘ 轴旋转了 θ 角，绕 Ｙ 轴旋转了 α 角，绕 Ｚ 轴旋转了 γ 角，坐标系变换如图 ６ 所示，则 两坐标系之间的旋转矩阵为式（５）。 由于两坐标系间 沿 Ｘ 轴移动了 ｄＸ，沿 Ｙ 轴移动了 ｄＹ，沿 Ｚ 轴移动了 ｄＺ 距离，所以两坐标系之间的变换矩阵为式（６）。 图 ６ 坐标系变换 Ｆｉｇ．６ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ １００ ０ｃｏｓ θ－ｓｉｎ θ ０ｓｉｎ θｃｏｓ θ ｃｏｓ α０ｓｉｎ α ０ｃｏｓ θ－ｓｉｎ θ ０ｓｉｎ θｃｏｓ θ ｃｏｓ γ－ｓｉｎ γ０ ｓｉｎ γｃｏｓ γ０ ００１ （５） ｃｏｓ αｃｏｓ γ－ ｃｏｓ αｓｉｎ γｓｉｎ αｄＸ ｓｉｎ θｓｉｎ αｃｏｓ γ ＋ ｃｏｓ θｓｉｎ γ－ ｓｉｎ θｓｉｎ γｓｉｎ α ＋ ｃｏｓ θｃｏｓ γ－ ｓｉｎ θｃｏｓ αｄＹ － ｓｉｎ αｃｏｓ θｃｏｓ γ ＋ ｓｉｎ θｓｉｎ γｓｉｎ αｃｏｓ θｓｉｎ γ ＋ ｃｏｓ γｓｉｎ αｃｏｓ θｃｏｓ αｄＺ ０００１ （６） ３ 采煤机姿态检测系统 ３．１ 倾角传感器结构及工作原理 倾角传感器将所有模块集中至小电路板，其中 包括微控制单元、加速度计、数模转换电路以及通信 单元，可直接输出所要测量的角度。 倾角传感器运用了牛顿第二定律，在一个系统 内部可测量出加速度，根据初速度和加速度，可通过 积分计算出线速度。 当倾角传感器在水平状态时， 没有横向和垂直的加速度，只有一个重力加速度，重 力垂直轴与灵敏轴之间的夹角为倾斜角。 “固体摆”式精度更高，应用较为广泛，其工作 原理如图 ７ 所示。 系统由支架、摆锤和摆线组成，摆 锤受重力 Ｇ 和拉力 Ｔ 的作用，β 为摆线与重力方向 的夹角，则所受合外力为 Ｆ ＝ Ｇｓｉｎ β ＝ ｍｇｓｉｎ β 则有 β ＝ ａｒｃｓｉｎ Ｆ Ｇ 在小角度测量范围测量时，可认为合外力 Ｆ 和 夹角 β 呈线性关系，“固体摆”式传感器便基于此原 理。 在实际应用中，倾角传感器的测量精度易受振 动的影响，故将倾角传感器安装至机身振动相对较 小的位置，并在下一阶段研究中设计减震装置。 图 ７ “固体摆”式倾角传感器原理 Ｆｉｇ．７ “Ｓｏｌｉｄ ｐｅｎｄｕｌｕｍ” ｔｉｌｔ ｓｅｎｓｏｒ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ 图 ８ 寻北仪及其测角示意 Ｆｉｇ．８ Ｎｏｒｔｈ ｆｉｎｄｅｒ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ３．２ 寻北仪结构及工作原理 陀螺寻北仪是由双自由度动力调谐陀螺，机械 转动装置和信号解算电路组成的，是一种利用陀螺 原理测定地球自转角速率在当地真北方位的惯性测 量系统。 ２２２ 万方数据 张子悦等基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统２０２１ 年第 １１ 期 寻北仪测角如图 ８ 所示，在寻北过程中，将陀螺 置于动基座上，测出陀螺在位置 １ 处的角速度 ω１， 假设初始方向与真北方向的夹角为 ψ，地球自转速 度为 ωｅ，地球自转在陀螺敏感轴的投影速度为 ωｅ ｃｏｓφ，陀螺输出的零点漂移为 ε（ｔ１），则有 ω１ ＝ ω ｅｃｏｓ φｃｏｓ ψ ＋ ε（ｔ１） （７） 转动基座９０到达位置２ 处，陀螺在位置２ 处的 角速度 ω２，陀螺输出的零点漂移为 ε （ｔ２），则有 ω２ ＝ ω ｅｃｏｓ φｃｏｓ（ψ ＋ ９０） ＋ ε（ｔ２） （８） 在转动基座９０到达位置３ 处，陀螺在位置３ 处 的角速度 ω３，陀螺输出的零点漂移为 ε（ｔ３），则有 ω３ ＝ ω ｅｃｏｓ φｃｏｓ（ψ ＋ １８０） ＋ ε（ｔ３） （９） 在转动基座９０到达位置４ 处，陀螺在位置４ 处 的角速度 ω４，陀螺输出的零点漂移为 ε（ｔ４），则有 ω４ ＝ ω ｅｃｏｓ φｃｏｓ（ψ ＋ ２７０） ＋ ε（ｔ４） （１０） 在短时间内可将陀螺的零点漂移设为常量，即 ε（ｔ１）＝ ε（ｔ２）＝ ε（ｔ３）＝ ε（ｔ４），则由式（７）式（１０） 可知 ψ ＝ ａｒｃｃｏｓ ω４ － ω ２ ω１ － ω ３ 此方法可消除陀螺的零偏，快速地测得采煤机 的航向角。 在实际应用中，寻北仪的测量精度易受 振动的影响，故将倾角传感器安装至机身振动相对 较小的位置，并在下一阶段研究中设计减震装置。 ４ 结 论 １）建立了一种基于多感知方式组合测量的采 煤机位姿检测系统，通过全站仪确定 ＵＷＢ 固定基 站群的位置坐标，通过 ＵＷＢ 定位模型确定 ＵＷＢ 定 位节点相对于 ＵＷＢ 固定基站群的位置坐标；通过 倾角传感器和寻北仪对采煤机姿态角进行测量标 定，从而实现采煤机的位姿检测。 ２）完整推导了 ＵＷＢ 定位系统基于 ＴＯＡ 定位模 型的 ＣＴ 算法，完整推导了全站仪坐标系与 ＵＷＢ 固 定基站群坐标系间的坐标变换矩阵，介绍了全站仪、 寻北仪及倾角传感器的工作原理。 分析了基于多感 知方式组合测量的采煤机位姿检测系统在实际应用 中的受限因素，并简要提出了改善方案。 本系统在 理论上可实现对采煤机综采工作面中的实时位姿检 测，为系统仿真分析和试验平台搭建提供了理论 参考。 ３）基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检 测系统理论上实现了对采煤机在综采工作面中的实 时位姿检测，为系统仿真分析和试验平台搭建提供 了理论参考。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 葛世荣．智能化采煤装备的关键技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１４， ４２（９）７－１１． ＧＥ Ｓｈｉｒｏｎｇ．Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ［Ｊ］．Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，４２（９）７－１１． ［２］ 张博渊．采煤机动态精准定位方法研究［Ｄ］．徐州中国矿业大 学，２０１７２７－８９． ＺＨＡＮＧ Ｂｏｙｕａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄａｙｎａｍｉｃ ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ［Ｄ］．Ｘｕ ＺｈｏｕＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅａｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１７２７－８９． ［３］ 方新秋，何 杰，张 斌，等．无人工作面采煤机自主定位系统 ［Ｊ］．西安科技大学学报，２００８，２８（２）３４９－３５３． ＦＡＮＧ Ｘｉｎｑｉｕ，ＨＥ Ｊｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎ，ｅｔ ａｌ． Ｕｎｍａｎｎｅｄ ｆａｃｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２８（２）３４９ －３５３． ［４］ 李振平．无人工作面采煤机自主定位系统［Ｊ］．机械管理开发， ２０１８，１８０（４）１４５－１４６． ＬＩ Ｚｈｅｎｐｉｎｇ．Ｕｎｍａｎｎｅｄ ｆａｃｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｐｏ⁃ ｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２０１８， １８０（４）１４５－１４６． ［５］ 郝尚清，王世博，谢贵君，等．长壁综采工作面采煤机定位定姿 技术研究［Ｊ］．工矿自动化，２０１４，４０（６）２１－２５． ＨＡＯ Ｓｈａｎｇｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｓｈｉｂｏ，ＸＩＥ Ｇｕｉｊｕｎ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐｏ⁃ ｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｉｎ ｌｏｎｇｗａｌｌ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｉｎｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１４， ４０（６）２１－２５． ［６］ 刘 清．基于超宽带技术的采煤机定位系统设计［Ｊ］．煤炭科学 技术，２０１６，４４（１１）１３２－１３５． ＬＩＵ Ｑｉｎｇ． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＷＢ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，４４（１１）１３２－ １３５． ［７］ 贾文浩，陶云飞，符世琛，等．悬臂式掘进机位姿检测方法研究 进展［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１６，４４（１）９６－１０１． ＪＩＡ Ｗｅｎｈａｏ，ＴＡＯ Ｙｕｎｆｅｉ，ＦＵ Ｓｈｉｃｈｅｎ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，４４（１）９６－１０１． ［８］ 吴 迪，李仁发，梁华林，等．超宽带传感器网络室内信道建模 与定位算法研究［Ｊ］．系统仿真学报，２００９，２１（５）１３５２－１３５７． ＷＵ Ｄｉ， ＬＩ Ｒｅｎｆａ， ＬＩＡＮＧ Ｈｕａｌｉｎ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｉｎｄｏｏｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ＵＷＢ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００９，２１（５）１３５２－１３５７． ［９］ 贠东风，王 震，伍永平，等．大倾角特厚煤层工作面圆弧段割 煤工艺仿真研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，３７（４）５０－５６． ＹＵＮ Ｄｏｎｇｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎ，ＷＵ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ⁃ ｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｒｃ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｄｉｐ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｅｘｔｒａ ｔｈｉｃｋ ｃｏａｌ ｓｅａｍ［Ｊ］． Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ⁃ ｏｇｙ，２０１９，３７（４）５０－５６． ［１０］ 宋秋爽，袁 智，宋振铎，等． 综采成套装备试验平台关键技 术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（８）１９４－１９９． ＳＯＮＧ Ｑｉｕｓｈｕａｎｇ，ＹＵＡＮ Ｚｈｉ，ＳＯＮＧ Ｚｈｅｎｄｕｏ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｍｉｎｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｅｓｔ ３２２ 万方数据 ２０２１ 年第 １１ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４９ 卷 ｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｊ］．Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（８）１９４－ １９９． ［１１］ 刘文谷．全站仪测量技术［Ｍ］．北京北京理工大学出版社， ２０１４４５－５０． ［１２］ 符世琛．基于 ＵＷＢ 测距的悬臂式掘进机位姿检测方法研究 ［Ｄ］．北京中国矿业大学（北京），２０１８３９－６０． ＦＵ Ｓｈｉｃｈｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＷＢ ｒａｎｇｉｎｇ［Ｄ］． Ｂｅｉ ＪｉｎｇＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｂｅｉｊｉｎｇ），２０１８３９－６０． ［１３］ 杨 洲，汪云甲，陈国良，等．超宽带室内高精度定位技术研究 ［Ｊ］．导航定位学报，２０１４，３２（４）３１－３５． ＹＡＮＧ Ｚｈｏｕ，ＷＡＮＧ Ｙｕｎｊｉａ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏｌｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＵＷＢ ｉｎｄｏｏｒ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，２