重大進展特刊┃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用

2025年03月27日 16:25 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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重大進展特刊

為宣傳推廣煤礦智能化建設先進經(jīng)驗和創(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展成果特刊》，刊登代表新時代煤礦人創(chuàng)造性實踐和智慧結(jié)晶的11項智能化建設成果，以饗讀者。

文章來源：《智能礦山》2025年第2期“2024年煤礦智能化重大進展成果特刊”

第一作者：武文，高級工程師，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化、智能化的工程實施工作。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，等.“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)在李家壕選煤廠的應用[J].智能礦山，2025，6(2)：34-39.

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選煤廠主廠房、篩分破碎車間等建筑內(nèi)的大型設備立體空間結(jié)構(gòu)復雜、遮擋嚴重，變頻電氣設備存在大量諧波及電磁干擾。現(xiàn)有定位技術(shù)在選煤廠內(nèi)部應用存在多種問題，定位精度低、藍牙技術(shù)覆蓋范圍小、基站部署和施工復雜，因此，選煤廠人員定位系統(tǒng)一直未能規(guī)?；瘧谩?/span>

基于地磁技術(shù)的人員精確定位技術(shù)，利用地磁場空間分布的差異性實現(xiàn)人員位置跟蹤。研發(fā)出空間固有磁場特征的多源融合室內(nèi)外一體化智能精確定位系統(tǒng)（簡稱“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)）。“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)結(jié)合選煤廠特點，融合慣導、藍牙、地圖匹配、北斗等定位技術(shù)，可實現(xiàn)室內(nèi)室外一體化無縫銜接，通過定位卡定位，以及通過對講、執(zhí)法終端、智能手機等定位，滿足選煤廠亞米級定位精度的需求。

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)主要研究內(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)上應用的穩(wěn)定性、可靠性和適應性。

（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，可實時采集智能手持終端內(nèi)的磁傳感器、加速度計和陀螺儀等傳感器信息，掃描環(huán)境中藍牙廣播信息，完成傳感器和藍牙信息組合，通過4G/5G網(wǎng)絡實時高可靠上傳至定位服務器，通過定位引擎軟件完成位置計算。

（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+慣導定位+藍牙定位+北斗定位等），根據(jù)不同應用場景、不同定位需求，采用粒子濾波算法，融合地磁定位與藍牙定位、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)改變自動切換，滿足選煤廠在不同區(qū)域不同定位精度的需求，實現(xiàn)全廠定位過程的智能化、人性化管理。

（4）基于3D可視化模型的定位系統(tǒng)

依托國能包頭能源有限責任公司煤炭洗選分公司李家壕選煤廠（簡稱李家壕選煤廠）的實際環(huán)境，完成高精度地磁數(shù)據(jù)測繪，測繪現(xiàn)場磁場數(shù)據(jù)進行降噪優(yōu)化、提取特征等處理過程，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)，將地磁圖坐標與三維可視化平臺模型坐標進行對準，完成與三維可視化平臺的接口調(diào)試，實現(xiàn)三維平臺上的可視化展示，并可與智能照明、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)聯(lián)動。

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新

（1）研發(fā)了標準化、易操作的磁場采集工具和磁圖構(gòu)建技術(shù)，保證了磁場采集的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)了磁場地圖坐標與3D平臺模型坐標的快速準確校準，為在3D模型上可視化展示提供技術(shù)支持。

（2）通過軌跡連續(xù)推算，輸出位置穩(wěn)定可靠，無“盲區(qū)”，實現(xiàn)了樓層準確切換，樓層間不漂移，不受遮擋和干擾，適應性強，首次實現(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，提出將地磁定位技術(shù)、藍牙定位技術(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、個性化的定位跟蹤服務，實現(xiàn)了定位系統(tǒng)的全流程、全方位覆蓋。

（4）設計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)，自動選擇配置不同的定位算法模塊，滿足廠房內(nèi)外、存在式定位場景、精確定位場景、輸煤棧橋等多樣化的定位場景需求，實現(xiàn)了在選煤廠的首次應用。

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)技術(shù)難點

3.1 標準化磁場采集工具和磁圖構(gòu)建

為高精度標準化高效采集選煤廠地磁圖，研制出基于激光雷達的專業(yè)地磁信息測量采集裝置如圖1所示。地磁信息測量采集裝置由無磁小車、激光雷達、磁傳感器、工控板等組成。無磁小車是磁圖測量裝置的載體，所有設備都安裝在無磁小車上，由人推小車在測量場地內(nèi)行走，實現(xiàn)位置和磁場數(shù)據(jù)的同步采集。以車作為載體，避免將人為操作習慣差異導致測量誤差引入到采集過程中；激光雷達，通過SLAM技術(shù)實現(xiàn)室內(nèi)地圖及位置信息的測量，定位精度優(yōu)于0.1m；磁傳感器用于測量磁場信息，磁場數(shù)據(jù)、激光雷達數(shù)據(jù)在工控板內(nèi)進行同步和存儲。

圖1 磁圖測量裝置

激光雷達記錄的采集路線如圖2所示，底圖為激光雷達生成的平面點云圖。通過采圖裝置可獲得采集路線上的地磁場數(shù)據(jù)，通過雙線性插值方法，將原始磁場數(shù)據(jù)均勻網(wǎng)格化，得到路線上均勻分布的磁場數(shù)據(jù)，均勻網(wǎng)格化后的地磁場等值線分布如圖3所示，網(wǎng)格化磁場三維剖面如圖4所示。

圖2 激光雷達記錄的采集路線

圖3 均勻網(wǎng)格化后的地磁場等值線分布

圖4 網(wǎng)格化磁場三維剖面

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)場人員無需攜帶專用定位卡，通過手持智能終端實現(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試

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

（1）測試路線選擇用于定位測試的關(guān)鍵點位，1~6層共82個測試點位，其中1層和3層關(guān)鍵點位標識如圖8所示，記錄所有測試點位的實際位置坐標。

（2）測試人員佩戴好定位終端，按照如圖7所示軌跡行走。

圖7 地磁定位精度測試路線

（3）完成后提取定位軌跡，得到測試人員經(jīng)過測試點位附近時候的位置坐標，并和測試點位實際坐標對比，計算定位誤差。地磁定位精度測試點位如圖8所示。

圖8 地磁定位精度測試點位

（4）地磁定位精度測試點位定位軌跡路線如圖9所示，依據(jù)測試結(jié)果計算出定位結(jié)果和實際行走路線吻合，以44號位置參考點為例，實景和三維對比如圖10所示。

圖9 地磁定位精度測試點位定位軌跡路線

圖10 44號位置參考點實景和三維對比

分析測試數(shù)據(jù)，地磁定位精度統(tǒng)計方式采用定位誤差均值、1σ指標（66.7%概率落點范圍）2種方式，82個測試點位的定位誤差如圖11所示，累積誤差概率分布如圖12所示，定位誤差統(tǒng)計見表1，90%以上的點位誤差小于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)設備組成如圖13所示，主要包括智能終端（硬件設備）、定位引擎（軟件算法）和三維可視化平臺，具體包括7個方面的功能。

圖13 “磁耘”智能精確定位系統(tǒng)組成

（1）實時查看生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)人員分布

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

圖14 人員分布實時監(jiān)控界面

（2）異常報警

當工作人員出現(xiàn)異常情況，可通過定位終端向系統(tǒng)發(fā)出報警求救信號，平臺監(jiān)控界面立即顯示出報警提示，第一時間掌握警報發(fā)出人和所在地點，提升應急響應效率；增加了墜落等人員異常行為識別和報警，進一步完善SOS報警和響應機制；實現(xiàn)了基于人員定位系統(tǒng)的聚集風險監(jiān)測預警功能，有效識別和跟蹤進入生產(chǎn)區(qū)以及特定區(qū)域的人員位置，對人員聚集和人員離崗、串崗、越界、靜止、缺員、消失等違規(guī)行為進行監(jiān)控報警，并輔助特殊作業(yè)全過程管控。

（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，允許用戶根據(jù)自身實際生產(chǎn)需求和情況，定制不同的報警方式。用戶可以在系統(tǒng)中定義限制區(qū)域，根據(jù)具體需求進行劃定。通過系統(tǒng)的電子地圖功能，用戶可快速設定電子柵欄，并設置其生效時間和作用區(qū)域。

（5）逃生路線推送

當作業(yè)現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況時，定位系統(tǒng)會自動為用戶進行報警，并實時推送逃生路線。

（6）人員定位系統(tǒng)與智能照明系統(tǒng)聯(lián)動

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)動后，實現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅”的功能。智能控制功能提供了便利的照明體驗有助于節(jié)能和環(huán)境保護。

（7）人員定位系統(tǒng)和視頻監(jiān)控報警聯(lián)動

人員定位系統(tǒng)提供了第三方開發(fā)接口，支持與現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成和聯(lián)動。通過結(jié)合電子圍欄和實時定位數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實時切換跟蹤人員的攝像頭畫面，實現(xiàn)視頻聯(lián)動功能。

結(jié)語

“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)免基站安裝、維護簡單、不易受遮擋和金屬干擾，適合復雜多高度平臺的選煤廠人員定位管理和應用。經(jīng)實際測試驗證，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、昏迷等自動報警功能，為人員安全提供更多保障。“磁耘”智能精確定位系統(tǒng)也可在其他工業(yè)場景推廣應用，提供了復雜工業(yè)場景人員精確定位的穩(wěn)定、高效且抗干擾的解決方案。

“煤礦智能化重大進展發(fā)布會”自 2021年開始，至今已舉辦4次，發(fā)布會吸引了眾多煤礦智能化建設領(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成果，交流煤礦智能化科技成果的盛會。

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編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤科總院出版?zhèn)髅郊瘓F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、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術(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)學研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

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