全源礦井定位：一種智能煤礦位置服務(wù)新范式

胡青松， 錢建生， 李世銀， 孫彥景， 張朕

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 地下空間智能控制教育部工程研究中心，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.中國礦業(yè)大學(xué) 徐州市智能安全與應(yīng)急協(xié)同工程研究中心，江蘇 徐州 221116；4.青島松靈電力環(huán)保設(shè)備有限公司，山東 青島 266300)

0 引言

礦山動目標(biāo)定位系統(tǒng)能夠確定人員、機車、災(zāi)害源等感興趣目標(biāo)的坐標(biāo)位置，進而為煤礦智能化建設(shè)提供豐富的基于位置的服務(wù)[1]。當(dāng)前，礦井定位系統(tǒng)一般采用單一定位技術(shù)[2]，如WiFi定位、UWB(Ultra Wide Band，超寬帶)定位等。單一礦井定位系統(tǒng)完全依賴于定位系統(tǒng)本身，拓?fù)淝逦?，建設(shè)容易，但是難以做到全覆蓋，且精度提高困難。為此，不少學(xué)者提出了組合定位方法，將多種定位技術(shù)組合起來，如將慣性導(dǎo)航與WiFi組合，在沒有WiFi覆蓋的區(qū)域使用慣性導(dǎo)航繼續(xù)提供定位服務(wù)，在有WiFi覆蓋的區(qū)域利用WiFi系統(tǒng)為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供校準(zhǔn)服務(wù)，降低慣性導(dǎo)航的累計誤差。

然而，組合礦井定位系統(tǒng)在實際應(yīng)用中仍面臨諸多困難。被組合對象是固定的，無法根據(jù)場景和需求變化自適應(yīng)地進行最優(yōu)組合。以慣性導(dǎo)航與WiFi組合定位為例，其組合對象一直是慣性導(dǎo)航和WiFi這2種定位系統(tǒng)，即使應(yīng)用場景中有蜂窩通信系統(tǒng)、ZigBee系統(tǒng)，也無法成為被組合的對象。另外，仍沒有解決全覆蓋難題，如慣性導(dǎo)航與WiFi組合定位，在沒有這2種設(shè)備的定位場景中無法完成定位工作。

事實上，礦井中很多資源可被用來進行定位或者為定位系統(tǒng)提供輔助，如監(jiān)控攝像機、超聲波系統(tǒng)，甚至振動監(jiān)測、溫度監(jiān)測、風(fēng)速監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測等系統(tǒng)的傳感設(shè)備皆對提高定位性能大有裨益。此外，隨著無人機和機器人在井下普遍應(yīng)用，必然為目標(biāo)定位帶來更多機會[3]。將這些可能的手段通過人工智能方法按需組合，有望大幅提升定位系統(tǒng)的覆蓋范圍，為用戶提供精度更高、服務(wù)更優(yōu)的全源定位。本文闡述全源礦井定位的理論構(gòu)想，分析全源礦井定位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)途徑，為智能礦山的研究和實踐提供借鑒和助力。

1 全源礦井定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本節(jié)通過分析單一礦井定位系統(tǒng)的劣勢，引出全源礦井定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并闡述全源礦井定位的可用傳感設(shè)備、定位屬性值、全源定位服務(wù)器等核心組成部分。

1.1 單一礦井定位系統(tǒng)

目前，幾乎所有礦井定位系統(tǒng)均采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)[2]，主要包括定位標(biāo)簽、定位信標(biāo)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、定位服務(wù)器4個部分。

圖1 單一礦井定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

定位標(biāo)簽由被定位人員攜帶或安裝在待定位設(shè)備上，其坐標(biāo)未知，是需要定位的目標(biāo)對象，簡稱目標(biāo)節(jié)點。定位信標(biāo)是位置已知的節(jié)點，也稱為定位基站，為定位系統(tǒng)提供參考位置，簡稱信標(biāo)節(jié)點或錨節(jié)點。

定位信標(biāo)與定位標(biāo)簽之間采用超寬帶、ZigBee、藍(lán)牙、WiFi、可見光等無線通信方式交互消息，通過測量RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信號強度指示)、AOA(Angle of Arrival，到達角度)、TOA(Time of Arrival，到達時間)、TDOA(Time Difference of Arrival，差分到達時間)、PDOA(Phase Difference of Arrival，差分到達相位)等獲得信標(biāo)與標(biāo)簽之間的距離。

傳輸網(wǎng)絡(luò)將測得的距離信息傳輸?shù)蕉ㄎ环?wù)器，由定位服務(wù)器通過定位算法解出目標(biāo)位置，并將定位結(jié)果傳輸給感興趣的對象(包括被定位目標(biāo))。傳輸網(wǎng)絡(luò)一般采用礦井原有的工業(yè)以太網(wǎng)。

單一礦井定位系統(tǒng)具有以下劣勢。

(1)定位信標(biāo)與定位標(biāo)簽之間大多采用單一(如UWB)或組合(如WiFi+捷聯(lián)慣導(dǎo))通信技術(shù)，結(jié)構(gòu)不靈活，覆蓋范圍受限，魯棒性不高，定位精度有限。

(2)通常使用單一(如RSSI)或組合(如TOA+AOA)測距技術(shù)，無法根據(jù)使用場景的不同自適應(yīng)選擇最優(yōu)測距技術(shù)。

(3)位置求解算法是固定的，無法根據(jù)使用場景和信號變化自適應(yīng)選擇最優(yōu)求解算法。

1.2 全源礦井定位系統(tǒng)

全源礦井定位系統(tǒng)利用目標(biāo)場景中所有可用的定位設(shè)備和環(huán)境條件進行定位。它綜合了多種定位設(shè)備、多種信號類型和使用場景特征，能夠自適應(yīng)地從可用的測距算法、位置解算算法、結(jié)果優(yōu)化算法中選擇最優(yōu)的算法組合，為用戶提供該時刻、該場景的最優(yōu)定位解決方案，有望從根本上解決單一礦井定位系統(tǒng)的弊端。

全源定位根據(jù)定位環(huán)境、目標(biāo)承載平臺的變化，智能、自動地添加新節(jié)點或移除舊節(jié)點[4]，動態(tài)計算當(dāng)前場景下最優(yōu)的目標(biāo)位置，其結(jié)構(gòu)(圖2)與單一礦井定位系統(tǒng)相比，主要差別有：① 將單一礦井定位系統(tǒng)中的定位信標(biāo)擴展為全源定位中的可用定位源。② 定位服務(wù)器的功能從單一礦井定位系統(tǒng)中簡單的位置解算與優(yōu)化，擴展為全源礦井定位系統(tǒng)中的環(huán)境識別與最優(yōu)設(shè)備組合、自適應(yīng)融合與最優(yōu)定位、智能煤礦目標(biāo)位置服務(wù)。

圖2 全源礦井定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

接下來針對單一礦井定位系統(tǒng)與全源礦井定位系統(tǒng)的兩大差別分別予以論述，先討論可用定位源。礦井中可用于定位信號測量的傳感設(shè)備主要有信號強度測量模塊、角度測量模塊、時間測量模塊、相位測量模塊、IMU(Inertial Measurement Unit，慣性測量裝置，包含3個單軸加速度計和3個單軸陀螺儀)、加速度計、陀螺儀、計步器、計時器、氣壓計、磁強計、風(fēng)速計、溫度計、激光雷達、毫米波雷達、聲學(xué)傳感器、紅外傳感器、可見光LED、監(jiān)控攝像機、光流計、視覺里程計等。這些傳感設(shè)備可固定安裝在巷道中，或以機車、機器人、無人機為承載平臺，亦可由人員攜帶。

測量的屬性值包括RSSI、DOA、TOA、TDOA、PDOA、速度、加速度、步數(shù)、氣壓、磁場強度、溫度、視覺信號等。還可利用數(shù)據(jù)庫匹配增強定位能力，數(shù)據(jù)庫信息可包含巷道地圖、設(shè)備安裝位置、標(biāo)定影像、掘進進尺、割煤刀數(shù)等。

比如文獻[5]構(gòu)建了一個用于無人機的全源定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)集，用到的傳感器包括基本傳感器(IMU模塊、氣壓計、GPS模塊)、全源探測傳感器(光流計、雙目相機、超聲波傳感器、深度相機、激光雷達)，以及室內(nèi)真值提供裝置Vicon和室外真值提供裝置RTK(Real-time Kinematic)。數(shù)據(jù)集可用在SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，同時定位與地圖構(gòu)建)、三維模型重建、障礙物躲避和無人機狀態(tài)估計4種場景中。

接下來探討單一礦井定位系統(tǒng)和全源礦井定位系統(tǒng)在定位服務(wù)器方面的功能差異。由于全源定位必須具有環(huán)境適應(yīng)能力和按需組合定位源的能力，所以要求全源礦井定位系統(tǒng)具有環(huán)境識別能力，能夠根據(jù)目標(biāo)節(jié)點所處的環(huán)境條件選擇最優(yōu)的定位傳感器組合進行定位信息采集[6]，這被稱為環(huán)境識別與最優(yōu)設(shè)備組合能力。為此，要求全源礦井定位系統(tǒng)具有自適應(yīng)最優(yōu)配置與即插即用能力[7]，可通過設(shè)計基于多源異構(gòu)信息融合的自適應(yīng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)則來實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上進行最優(yōu)定位，這被稱為自適應(yīng)融合與最優(yōu)定位能力。為實現(xiàn)上述功能，需要攻克諸多關(guān)鍵技術(shù)，如定位傳感器在線誤差建模與評估、定位系統(tǒng)智能容錯處理模型、統(tǒng)一的傳感器接口(軟硬件接口)、統(tǒng)一的時空標(biāo)準(zhǔn)、定位數(shù)據(jù)實時融合與濾波等。

例如，可通過基于因子圖的方法融合不同類型傳感器數(shù)據(jù)[8]，通過將每個傳感器測量值編碼為1個因子[9]，為定位系統(tǒng)提供自適應(yīng)的、可插拔式傳感器融合架構(gòu)。在求解時，采用基于滑動窗口的增量平滑技術(shù)以降低計算量[10]，先通過短期平滑器估計滑動窗口上的狀態(tài)，再通過長期平滑器計算包括環(huán)閉合約束在內(nèi)的整個非線性問題的最優(yōu)解。

值得注意的是，在進行最優(yōu)定位傳感器選擇、最優(yōu)定位信息融合與最優(yōu)位置求解時，均需從具體應(yīng)用場景進行考慮，并不是精度越高越好，因為更高的精度通常意味著更大的代價。對于無人采煤、無人駕駛等需求，定位精度通常需要達到厘米級；而對于工作調(diào)度中的人員定位，通常米級精度即可滿足需求。

2 全源礦井定位關(guān)鍵技術(shù)

全源礦井定位是一種全新的定位模式，有大量關(guān)鍵技術(shù)亟需攻關(guān)，這里僅選擇其中最為關(guān)鍵的3項予以探討。首先，全源定位必須具有統(tǒng)一定位框架，用以整合不同廠家、不同技術(shù)、不同設(shè)備、不同地點的潛在定位設(shè)備，并能按需融入新技術(shù)和新方法，以解決環(huán)境自適應(yīng)的問題。然后，需要解決定位信息的融合處理問題，即如何收集、傳輸和處理位置特征信號，并實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合。最后，定位系統(tǒng)本身是與通信系統(tǒng)密切協(xié)同的，全源定位需要考慮通信定位一體化設(shè)計，借以提高定位性能和降低系統(tǒng)成本。

2.1 統(tǒng)一定位框架技術(shù)

定位系統(tǒng)的位置解算一般有分布式和集中式2種方案。分布式方案依靠通信網(wǎng)絡(luò)，在上層實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合處理和定位，圖1和圖2均采用這種方案。集中式方案則依靠定位終端本身進行處理，要求定位終端能夠處理多種定位信息源[11]。礦井定位中分布式方案應(yīng)用更為廣泛。

全源定位不但需要考慮當(dāng)前的可用設(shè)備和技術(shù)，還要能夠接入將來可能出現(xiàn)的新設(shè)備和新技術(shù)，因此理想的全源定位框架應(yīng)具有模塊化、組合式、可擴充的特征。具有模塊化特征意味著定位系統(tǒng)的組件在研發(fā)設(shè)計時無需從零開始，而是可以如同搭積木一樣按需構(gòu)建；具有組合式特征意味著定位可以從模塊庫中按需選擇組件，構(gòu)建最適合當(dāng)前場景、當(dāng)前需求的定位系統(tǒng)；具有可擴充特征意味著定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是開放的，可以根據(jù)技術(shù)發(fā)展納入新組件和新功能。

基于模塊化、組合式、可擴充的要求，筆者提出了如圖3所示的全源礦井定位框架[12]，其包括定位信號測量設(shè)備、距離求解算法庫、位置解算算法庫、融合定位引擎、定位結(jié)果優(yōu)化算法庫、定位數(shù)據(jù)庫、目標(biāo)位置服務(wù)等可拆卸模塊。

圖3 全源礦井定位框架

定位信號測量設(shè)備測量可用于計算距離的屬性值。距離求解算法庫包含了主流的距離求解算法[13]，以測得的距離屬性值為輸入，根據(jù)屬性值類型和特征，選擇合適的1種或多種距離求解算法計算出節(jié)點之間的距離，將計算結(jié)果交付給位置解算算法庫。位置解算算法庫選擇合適的位置解算算法，計算出目標(biāo)節(jié)點的當(dāng)前位置。

在求解節(jié)點間距離和目標(biāo)位置時，均需融合定位引擎的支持，它是全源定位框架的關(guān)鍵。融合定位引擎具有工作環(huán)境識別能力，進而從當(dāng)前可用的定位信號測量設(shè)備中選擇最優(yōu)設(shè)備組合，組成當(dāng)前的目標(biāo)定位系統(tǒng)。另外，融合定位引擎需要具有全源信息融合能力，既可對原始測量屬性值進行融合，也可對基于不同測量屬性值計算出的多個距離信息進行融合，或者對基于不同距離信息求解出的目標(biāo)位置進行融合，用以求解出目標(biāo)位置的最優(yōu)解。

在進行環(huán)境識別時，可借助巷道參數(shù)數(shù)據(jù)(如巷道分叉、拐彎等)、物聯(lián)網(wǎng)終端信息等進一步提高識別準(zhǔn)確度。在進行位置求解時，可借助定位數(shù)據(jù)庫(設(shè)備安裝位置、人員排班表、同類目標(biāo)的歷史運動規(guī)律等)[14]進一步提高定位精度。求得目標(biāo)精確位置后，可為礦井無人駕駛、無人采煤、精準(zhǔn)救援等提供智能化的位置服務(wù)[1,15]。

2.2 全源定位信息融合技術(shù)

全源定位信息融合將不同來源的信息統(tǒng)一表達成便于定位系統(tǒng)使用的信息[16]，它對測量屬性值進行有機組織，實現(xiàn)信息的融合共享，達到提高定位精度的目的。按照融合層級的不同，可分為數(shù)據(jù)級融合、特征級融合和決策級融合，常見的融合處理算法有加權(quán)平均、數(shù)理統(tǒng)計、選舉決策、最優(yōu)狀態(tài)估計、機器學(xué)習(xí)等。

從融合處理算法中的數(shù)據(jù)流動過程看，可將全源定位信息融合分為靜態(tài)融合和動態(tài)融合[11]。對于靜態(tài)融合方法，如果先驗概率未知，可采用加權(quán)平均、最小方差等算法；如果先驗概率已知，可采用最大似然估計法。常見的動態(tài)融合方法有卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、粒子濾波、基于因子圖的方法等。

從數(shù)據(jù)融合是否需要集中式處理看，可將全源定位信息融合分為集中式融合和分布式融合。集中式融合方法具有1個集中式信息融合中心，各傳感器測得的原始數(shù)據(jù)被傳輸?shù)饺诤现行倪M行融合處理。在線性方差準(zhǔn)則下，集中式融合方法可以得到全局最優(yōu)估計，但是計算負(fù)擔(dān)會隨著傳感器數(shù)量的增多而快速增加，且子系統(tǒng)故障會對整個定位系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。分布式融合方法采用層次性融合策略，信息共享算法是分布式融合的關(guān)鍵，用于分配子系統(tǒng)的信息共享因素，確定各路本地融合結(jié)果在融合中心的置信度水平。分布式融合方法的典型代表是聯(lián)邦卡爾曼濾波[17]，如圖4所示。每個參與融合的定位信號測量設(shè)備均有對應(yīng)的子濾波器(采用卡爾曼濾波器)，這些子濾波器獨立完成相關(guān)信息的更新[18]。主濾波器融合各子濾波器的結(jié)果，得到最終的優(yōu)化定位結(jié)果。由于進行了本地狀態(tài)估計，所以大幅降低了融合中心的計算量，并克服了子系統(tǒng)故障傳遞對整個系統(tǒng)的影響。

圖4 基于聯(lián)邦卡爾曼濾波的全源定位融合

2.3 通信定位一體化技術(shù)

通過同一個系統(tǒng)同時實現(xiàn)通信和定位功能，稱為通信定位一體化。主流的礦井無線通信系統(tǒng)幾乎都具有目標(biāo)定位能力[19]，比如蜂窩通信系統(tǒng)、廣播通信系統(tǒng)、透地通信系統(tǒng)可進行廣域定位，WiFi、藍(lán)牙、UWB可實現(xiàn)局域定位。然而，廣域通信系統(tǒng)并未針對定位進行專門設(shè)計，定位性能不高；局域通信系統(tǒng)雖然也未針對定位進行專門設(shè)計，但是得益于其信源密度高、信號作用距離短、部署靈活等優(yōu)勢，往往具有更優(yōu)的定位精度。隨著位置服務(wù)的作用越來越大，5G、藍(lán)牙5.0從設(shè)計之初就考慮了高精度定位問題，定位精度有了大幅提升。

通信定位一體化通常有2種實現(xiàn)方式：① 信號層面一體化，即在設(shè)計通信信號體制時就考慮了定位能力，實現(xiàn)了通信與定位的緊耦合，比如4G、5G、藍(lán)牙5.1等。② 算法層面一體化，即通信系統(tǒng)并未針對定位進行專門設(shè)計，只能通過上層算法提供定位能力，實現(xiàn)了通信與定位的松耦合，比如WiFi，2G，3G等。

目前，5G已成為智能煤礦建設(shè)的首選無線通信系統(tǒng)，它是一種典型的緊耦合式通信定位一體化技術(shù)，其大規(guī)模MIMO(Multi-Input Multi-Output，多輸入多輸出)、超高頻段、自適應(yīng)波束成型等技術(shù)都對提高定位精度大有裨益。與4G相比，5G在定位方面具有如下優(yōu)勢：① 定位參考信號進一步改進，信號測距能力大幅提升。② 定位參考信號在comb-6資源映射模式基礎(chǔ)上，增加了comb-2和comb-4，定位參考信號的配置靈活性進一步提升。③ 增加了定位參考信號的周期配置，可采用連續(xù)播發(fā)的模式播發(fā)定位參考信號，從而提高定位性能。④ 定位參考信號具有MIMO下的波束管理功能，使得5G具備測角能力。

在2019年召開的3GPP RAN1 #94b會議中，明確了室內(nèi)外水平定位精度分別為3，10 m(80%)，垂直定位精度為3 m(80%)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)對5G的定位要求更為嚴(yán)格，分別為0.2,0.1 m。在4G的E-CID(Enhanced Cell-ID，增強小區(qū)識別)、OTDOA(Observed Time Difference of Arrival，觀察到達時間差)和UTDOA(Uplink Time Difference of Arrival，上行到達時間差)基礎(chǔ)上[20]，5G基站借助網(wǎng)絡(luò)的大帶寬和多波束優(yōu)勢，進一步支持Multi-RTT(Multi-Round-Trip Time，多站往返時間)、UL-AOA(Up Link-Angle of Arrival，上行-到達角度)和DL-AOD(Down Link-Time of Arrival，下行-到達時間)等定位技術(shù)。

考慮到礦井中的UWB、藍(lán)牙、WiFi等定位系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，可將5G技術(shù)與它們?nèi)诤?，以進一步提高定位性能。當(dāng)前各種定位系統(tǒng)與5G的融合方案及其優(yōu)缺點見表1[21]，其中5G NR(New Radio，新空口)是一種構(gòu)建在OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)基礎(chǔ)上的全新空口方案。

3 智能煤礦全源定位實現(xiàn)途徑

智能煤礦建設(shè)是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的內(nèi)在需求，是保障國家能源安全穩(wěn)定的重要舉措。以國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》[22]為標(biāo)志，“推動智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平，促進我國煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”已成為全社會共識。由于智能煤礦建設(shè)目前普遍采用“端-邊-云”模式，本文提出基于“端-邊-云”的全源礦井定位系統(tǒng)實施架構(gòu)(圖5)，以便與煤礦智能化進程相適應(yīng)。

圖5 基于“端-邊-云”的全源礦井定位系統(tǒng)實施架構(gòu)

“端”即定位信號測量設(shè)備，這里將5G網(wǎng)絡(luò)也作為定位系統(tǒng)“端”的一部分，因為5G網(wǎng)絡(luò)在提供大容量、高帶寬、低延時的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的同時，也能夠提供逼近UWB的定位精度，所以基于“網(wǎng)絡(luò)即設(shè)備”和“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”的思想，在有5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的巷道區(qū)域，借用5G網(wǎng)絡(luò)測量定位信息是智能煤礦時代全源定位的應(yīng)有之義。比如，工作面已成為多數(shù)煤礦示范建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)和智能化應(yīng)用的首選場景，可在工作面實現(xiàn)以5G、捷聯(lián)慣導(dǎo)、視頻監(jiān)控等技術(shù)為基礎(chǔ)的全源定位，為少人/無人開采提供支撐。

“邊”是部署在目標(biāo)節(jié)點附近、就近處理定位信息的邊緣服務(wù)器[23]。比如，可在每個綜采工作面和綜掘工作面分別部署1臺邊緣定位服務(wù)器，用以完成以下功能。

(1)識別待定位節(jié)點的工作場景。主要手段有基于監(jiān)控攝像機視頻的場景識別、基于礦井巷道高精地圖的場景適配、基于屬性數(shù)據(jù)庫的輔助識別與適配。

(2)根據(jù)工作場景進行定位設(shè)備的最優(yōu)組合。首先，確定當(dāng)前場景有哪些可用定位設(shè)備；然后，根據(jù)當(dāng)前場景的性質(zhì)和用戶的需求，確定合適的精度等級；最后，從可用定位設(shè)備中選擇能夠滿足用戶精度需求的設(shè)備組合。

(3)進行測量屬性預(yù)融合并得到初步定位結(jié)果。主要操作包括：① 利用卡爾曼濾波等工具濾除數(shù)據(jù)噪聲。② 利用去噪后的數(shù)據(jù)計算節(jié)點間距離，這些距離絕大多數(shù)是信標(biāo)節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點之間的距離，如果用到D2D(Device to Device，設(shè)備到設(shè)備)協(xié)同定位策略，還包括移動終端與移動終端之間的距離。③ 根據(jù)得到的距離計算目標(biāo)節(jié)點位置，作為初步定位結(jié)果。若該結(jié)果滿足應(yīng)用需求，直接使用該結(jié)果，否則將定位初值和濾波后數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器做進一步增強處理。

“云”是用于對礦井目標(biāo)進行增強定位并提供基于位置的智能服務(wù)的中心平臺[24]。全源定位云服務(wù)系統(tǒng)至少需具有以下功能：

(1)在邊緣定位服務(wù)器的基礎(chǔ)上求解移動目標(biāo)的精確位置。主要手段有基于定位數(shù)據(jù)的位置初值增強、基于高精地圖的位置初值增強和基于機器學(xué)習(xí)的位置初值增強。前2種手段主要依賴于場景匹配，基于機器學(xué)習(xí)的手段利用人工智能領(lǐng)域的最新成果[25]，通過深度學(xué)習(xí)、支持向量機等方法提高定位精度。

(2)為全源定位系統(tǒng)和智能煤礦集控平臺提供基礎(chǔ)位置支撐。主要包括：增量高精地圖繪制，即根據(jù)當(dāng)前的定位結(jié)果，不斷擴充、修正礦井高精地圖；及時更新用于支持全源定位的屬性數(shù)據(jù)，確保邊緣服務(wù)器和云服務(wù)器的可靠工作；對全礦信息進行時空校準(zhǔn)，保證時間同步和空間統(tǒng)一。

(3)提供基于精確位置和基礎(chǔ)服務(wù)的全礦智能位置服務(wù)，具體可參考文獻[1]。

4 結(jié)論

(1)單一礦井定位系統(tǒng)的定位信標(biāo)與定位標(biāo)簽之間采用單一通信技術(shù)和單一測距技術(shù)，其位置解算算法在系統(tǒng)建設(shè)好之后固定不變。組合礦井定位系統(tǒng)雖可采用2種或多種定位技術(shù)，但是被組合對象和位置求解算法依然固定不變。

(2)礦井中除了已建設(shè)好的專用定位系統(tǒng)之外，還有很多可用于定位的資源，如監(jiān)控攝像機、超聲波系統(tǒng)、振動監(jiān)測傳感器、可見光LED等。全源礦井定位將這些可能手段按需組合，有望大幅提升礦井定位系統(tǒng)的靈活性、可擴充性、覆蓋范圍和定位精度。

(3)全源礦井定位亟需解決場景識別、組合式統(tǒng)一定位框架、全源定位信息融合和通信定位一體化等技術(shù)難題，采用與智能煤礦主流建設(shè)模式相適應(yīng)的“端-邊-云”建設(shè)方式，充分借助礦用5G等最新建設(shè)成果，推進全源礦井定位落地實施，助力智能煤礦建設(shè)。