评估，正如图3(b)所示的波形，在最大振幅，即真正的波峰或波谷旁边，有可能会出现一些假的高峰和低谷。
[0059]步骤三数据处理中，所述的多重约束波峰-波谷步态检测模型如下所示:
[0060](1)双重幅值约束:垂直线性加速度绝对值应大于阈值组apv = (ap, av)，设计用于检测伪运动和真运动两种状态；利用检测所得紧邻波峰和紧邻波谷的幅值差Aapv =(Aap, Aav)进一步约束确定步态。
[0061](2)双重时间约束:一个完整步态周期应大等于时间阈值t = (tpp, tvv);利用检测所得紧邻波峰-波谷或紧邻波谷-波峰的时间差At= (Atpv, Atvp)进一步约束确定完整步态周期，通常可设定At = 1/2\
[0062]步骤三数据处理中，所述的航向估计模型如下所示:
[0063](1)计算几何方向:根据感兴趣区域原有底图，划分矢量域，确定各矢量域方向。
[0064](2)判断运动属性:利用一个完整步态周期内的陀螺角变量累加值g判断行人运动属性，其包括直行和转弯。
[0065](3)估计行人航向角:当运动属性为直行，若方向传感器中表示方位角值与几何方向之差小于阈值S时，则航向角为前一时刻的航向角，否则航向角为几何方向角度；当运动属性为转弯，航向角直接取值为方向传感器方位角。
[0066]在实际操作上，由于装置上的方向传感器会不时发生偏离，在开始使用之前要及时重启装置，将装置在方向传感器的X轴移动，即旋转装置两到三圈。在自由方向区时需将装置拿正，对准正前方，全程尽量保持步速均匀，更有利于提高定位精度。
[0067]步骤四:数据传输
[0068]装置获取惯性传感器数据后，先在中央处理器上进行初步处理并发送至数据存储模块，再通过无线传输模块打包发送到服务器上进行进一步处理，获得一段通过无线传输模块传回至中央处理器并显示在液晶显示模块上，供测量者实时查看自己的量测结果，同时将量测结果存储在服务器中，管理人员也可以通过服务器实时关注室内所有持有该装置的人员的行走情况。
[0069]如图4所示，为本次实施例中基于高精度惯性传感器IMU的井下煤炭开采量智能量测方法具体实施流程:
[0070](1)打开电源，启动惯性测量装置。
[0071 ] (2)在人机交互界面统一设置传感器采样间隔、坑道高度等初始参数。
[0072](3)启动惯性传感器模块，人机交互界面自动提示“是否确认开始测量？ ”，点击“确定”正式启动，若点击“取消”，则重新设置初始参数。
[0073](4)启动时钟模块，开始获取惯性传感器数据和时钟数据，并通过通讯接口传送至中央处理器。
[0074](5)在结束时按下人机交互界面显示的“结束”按钮，将该段行走时段中的数据进行初步的处理，分类，规划。
[0075](6)中央处理器将数据进行初步处理并发送至数据存储模块后，通过无线传输模块打包发送至服务器。
[0076](7)服务器将数据进行进一步处理后，获得每一时段的行走轨迹以及闭合面积，将结果再次通过无线传输模块传回至中央处理器，同时将结果存储在服务器中。
[0077](8)在液晶显示屏上显示中央处理器收到的服务器回传的量测结果。
[0078]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种背包式井下煤炭开采量智能测量装置，其特征是:该定位测量装置包括惯性传感器模块、时钟模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、RS-232通讯接口、无线传输模块、电源模块、中央处理器和服务器；惯性传感器模块、时钟模块、控制按键面板和无线传输模块的输出端均与中央处理器的输入端连接，电源模块为定位量测装置提供电源，中央处理器的输出端与液晶显示模块连接，中央处理器与数据存储模块双向通讯连接，数据存储模块与RS-232通讯接口连接，无线传输模块的输出端与服务器的输入端连接； (1)所述的惯性传感器模块包括加速度计、陀螺仪和方向传感器，该模块获取人员行走中的加速度，方向和转弯信息； (2)所述的时钟模块记录定位时间；所述的液晶显示模块显示中央处理器收到的服务器回传的量测体积，并供用户查看行走轨迹；所述的控制按键面板进行采样参数和文件名称的交互式设置；所述的无线传输模块建立中央处理器与服务器之间的数据实时传输； (3)所述的数据存储模块与RS-232通讯接口连接，数据存储模块存储中央处理器处理后的惯性传感器数据和时钟数据，其存储文件的名称可以根据时钟模块记录的时间自动建立，或者通过控制按键面板手动建立，其备份数据在事后通过RS-232通讯接口传输给计算机系统进行后续处理与分析； (4)所述的电源模块包括电池组和电源转换电路，该模块为装置提供电源，其电源转换电路分别与惯性传感器模块、时钟模块、液晶显示模块、数据存储模块、无线传输模块和中央处理器连接，并将电池组提供的稳压电源转换成与之相连接的装置各部件所需的供电电源； (5)所述的中央处理器通过通讯接口电路连接惯性传感器模块、时针模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、无线传输模块和电源模块；中央处理器接收并初步处理惯性传感器模块和时钟模块发送过来的数据，同时建立与之连接的各模块之间的数据实时传输； 所述的服务器通过无线传输模块与中央处理器建立无线连接，服务器设在总监控室，对应于多套定位量测装置，用来接收并进一步处理中央处理器发送过来的数据，同时计算所有持有该定位量测装置的人员所行走的闭合面积。2.—种权利要求1所述的背包式井下煤炭开采量智能测量装置的量测方法，其特征是:该量测方法包括前期准备、数据获取、数据处理和数据传输三个步骤； 步骤一、数据获取: 首先由于本方法采用二维相对局部坐标系进行量测，因此无需确定初始绝对位置，将初始坐标设为(0，0);然后通过惯性传感器模块得到行走中的实时线性加速度、方向以及陀螺仪的数值，并通过时钟模块获取整个定位过程的时间轴；最后在某一连续线段测算完后按下控制器上的结束按钮，闭合量测路径，校正定位，消除累积误差； 步骤二、数据处理: 首先使用最小二乘支持向量机分类算法分析运动状态；对于运动状态，利用多重约束波峰-波谷检测模型对惯性传感器加速度数据进行步态检测和步长计算，建立融合传感器数据与几何特征的航向估计模型，即借助载体坐标系与导航坐标系的转换方程以及傅里叶变换方位角推算方法确定运动航向角；最后，通过自适应抗差算法处理闭合误差，消除误差积累； 步骤三、数据传输 装置获取惯性传感器数据后，先在中央处理器上进行初步处理并发送至数据存储模块，再通过无线传输模块打包发送到服务器上进行进一步处理，获得一段通过无线传输模块传回至中央处理器并显示在液晶显示模块上，供测量者实时查看自己的量测结果，同时将量测结果存储在服务器中，管理人员也可以通过服务器实时关注室内所有持有该装置的人员的行走情况。
【专利摘要】一种背包式井下煤炭开采量智能测量装置及其量测方法，属于井下测量装置及其量测方法。该量测装置包括惯性传感器(IMU)模块、时钟模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、RS-232通讯接口、无线传输模块、电源模块、中央处理器和服务器等；具体量测方法是根据一段时间内行走中的传感器数值得到该时段的行走闭合轨迹，并将整个测量所得的多轨迹传回服务器求得该轨迹所包围的面积，从而最终得到井下煤炭开采体积。通过该装置及其方法，能够快速实现所在井下煤炭开采体积的测定与量算，成本较低，便携实用，应用在无电磁波环境下的井下环境中。
【IPC分类】G01C21/18, E21B47/00, G01C7/06, G08C17/02
【公开号】CN105318875
【申请号】CN201410374735
【发明人】王坚, 胡安冬, 谭兴龙, 秦长彪, 汪云甲
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月31日