最終確定采煤機位置，實現(xiàn)精確定位。
[0061] 一種慣性導航與激光掃描融合的采煤機定位方法，包括如下步驟：
[0062] A.采煤機機身上安裝固定有定位裝置防爆外殼，將整個慣性導航定位裝置安裝在 防爆外殼內(nèi)。定位裝置通過三軸陀螺儀、三軸加速度計分別測得三個方向上的實時角速率、 實時加速度值，并將測量值送入慣性導航微處理單元，通過算法解算，得到慣性導航測量的 采煤機定位結(jié)果。
[0063] B.在采煤機工作區(qū)域布置激光掃描基站，在采煤機機身上安裝激光信號接收模 塊，同時將激光掃描微處理單元固定在防爆外殼內(nèi)，以實現(xiàn)激光掃描的采煤機定位。
[0064] C.慣性導航微處理單元、激光掃描微處理單元通過串口與上位機連接，建立數(shù)據(jù) 通訊，分別將各自解算得到的采煤機定位結(jié)果傳送至上位機采煤機定位控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的交互。
[0065] D.在上位機的采煤機定位控制系統(tǒng)中，根據(jù)實際工作區(qū)域及裝置布置情況，建立 采煤機定位模型，模型中包括激光掃描系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)以實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)分類，精確測量 激光掃描基站的三維位置坐標輸入激光掃描系統(tǒng)，精確測量采煤機初始位置坐標輸入慣性 導航系統(tǒng)。
[0066] E.采煤機正常工作，采煤機定位系統(tǒng)運行。
[0067] 所述的步驟B中，包含以下步驟：
[0068] B1.激光掃描基站的布置應(yīng)根據(jù)當前采煤機的工作環(huán)境，按照采煤機運行過程中 每一點都能被兩個以上的基站掃描到的原則進行布置，同時考慮到基站成本問題，一般布 置3個基站以實現(xiàn)定位。
[0069] B2.采煤機機身上安裝激光信號接收模塊，模塊數(shù)量為3個，以實現(xiàn)對激光信號的 接收。防爆外殼內(nèi)的激光掃描微處理單元通過串口與激光信號接收模塊相連接，以實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的讀取。
[0070] B3.激光掃描微處理單元包含信號閾值設(shè)定部分，由于激光信號容易受到粉塵、遮 蔽物的影響，當激光信號較差，強度較低無法達到定位所需信號的要求，微處理單元不進行 數(shù)據(jù)解算。設(shè)定信號閾值為S，當接收信號強度大于δ時，微處理單元進行定位數(shù)據(jù)解算， 通過算法解算出采煤機位置信息。
[0071] 圖1為采煤機定位系統(tǒng)工作流程圖，采煤機定位系統(tǒng)工作流程如Ε1~Ε5所述：
[0072] Ε1.采煤機正常工作，慣性導航系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)正常運行，由于在激光掃描微 處理器內(nèi)有信號閾值判斷，當信號強度滿足情況下，兩個系統(tǒng)給出的采煤機定位數(shù)據(jù)送入 融合算法，進行優(yōu)化；當信號強度不滿足激光掃描的需求時，只采用慣性導航定位數(shù)據(jù)作為 采煤機位置信息；
[0073] Ε2.假設(shè)慣性導航系統(tǒng)定位采煤機位置為（Xl、yi、 Zl)，激光掃描系統(tǒng)采煤機定位位 置為（x2、y2、z2)，貝帳據(jù)當前檢測條件，分配權(quán)值系數(shù)a、b，即采煤機位置坐標（x、y、z):
[0074] (X、y、z) = a(x!、y!、z!)+b (x2、y2、z2)
[0075] 同時滿足系數(shù)a+b = l;
[0076] E3.權(quán)值系數(shù)的分配采用最小二乘法確定，并采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對分配后的 系數(shù)及定位位置進行評估，最終實現(xiàn)對采煤機位置定位；
[0077] 最小二乘法原理：假設(shè)有函數(shù)：
[0079] 其中，a。，ai，…，an為系數(shù)常數(shù)，P n(x)為展開多項式。則假定數(shù)組為{ (Xl，yi) | i =1，2...，m}
[0080] 選擇常數(shù)a。，ai，…，an使得方差最小，即
[0081] 其中S為方差，為了使S最小化，滿足對于系數(shù)常數(shù)a。，ai，…，an，g = CK則確定 多項式Pn (x)，進而可求得權(quán)重系數(shù)a、b ;
[0082] 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法：結(jié)合采煤機定位實際要求，建立采煤機融合定位系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)模型，其輸入層為分配好權(quán)值的兩個定位坐標，即輸入層向量P如下：
[0083] P = [aU!、y!、z!)、b (x2、y2、z2)]
[0084] 輸出層0為想要得到的采煤機位置坐標，g卩：0 = [ (X、y、z)]
[0085] 根據(jù)經(jīng)驗公式
，.式中，m指輸入層的節(jié)點數(shù)，η為輸出層的節(jié)點數(shù)，c 為1一 10之內(nèi)的常數(shù)，L為隱含層節(jié)點數(shù)，選擇隱含層節(jié)點數(shù)為3,則根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法要 求，建立模型；P.j表示輸入層第j個節(jié)點的輸入，j = 1、2 ;w 表示隱含層第i個節(jié)點到輸 入層第j個節(jié)點之間的權(quán)值；Θ i表示隱含層第i個節(jié)點的閾值；惑表示隱含層的激勵 函數(shù);《1表示輸出層到隱含層第i個節(jié)點之間的權(quán)值，i = 1、2、3 ; τ表示輸出層的閾值； 讀表不輸出層的激勵函數(shù)；0表不輸出層的輸出；對于#1?一般取為（0，1)內(nèi)連續(xù)取值 的sigmoid函數(shù)：
：.對于#C:秦一般采用purelin函數(shù)，選擇夢齡1?則
[0086] (1)信號的前向傳播過程
[0087] 隱含層第i個節(jié)點的輸入neti:net ;= w Θ ;;隱含層第i個節(jié)點的輸出
輸出層輸入net:
;輸出層 輸出〇 :
[0088] (2)誤差的反向傳播過程
[0089] 對于每一個輸入的位置信息，且假設(shè)每次只有一組樣本，定義誤差函數(shù)：
，其中，T指的是預(yù)期的輸出值，E為誤差值大?。?br>[0090] 根據(jù)誤差梯度下降原理，輸出層權(quán)值變化Δ Wi公式：
>\:輸出層閾值變化Α τ調(diào)整公式：
;隱含層權(quán)值變化△?1]調(diào)整公式：
;隱含層閾值變化 Α Θ ^周整公式：
[0095] 最終經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，輸出采煤機坐標向量0 = [(X、y、z)];
[0096] E4.將算法處理后的采煤機定位結(jié)果通過串口輸入至慣性導航微處理單元，作為 下一次慣性導航微處理單元進行位置解算的初值。同時，在采煤機定位模型中給出定位結(jié) 果。
[0097] E5.當采煤機運行至端頭位置，采煤機處于停止工作狀態(tài)，此時慣性導航系統(tǒng)停止 工作，由激光掃描進行多次重復(fù)測量，剔除錯誤數(shù)據(jù)后采用最小包容圓算法得到采煤機位 置，并將此位置結(jié)果賦值給慣性導航系統(tǒng)中采煤機位置初值。采煤機繼續(xù)工作，重復(fù)E1~ E4〇
【主權(quán)項】
1. 一種慣性導航與激光掃描融合的采煤機定位裝置，其特征是：采煤機定位裝置包 括：采煤機、慣性導航定位裝置、激光掃描裝置、定位裝置防爆外殼及上位機；在采煤機機 身上固定有定位裝置防爆外殼和激光掃描裝置的激光信號接收模塊；慣性導航定位裝置安 裝在定位裝置防爆外殼內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性導航與激光掃描融合的采煤機定位裝置，其特征 是：所述的慣性導航定位裝置包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、慣性導航微處理器；三軸陀 螺儀包括有三軸陀螺傳感器，三軸加速度計包括有三軸加速度傳感器；在采煤機運行過程 中，慣性導航定位裝置通過三軸陀螺儀測得三個方向上的實時角速率，通過三軸加速度計 測得三個方向上的實時加速度值，并將三軸陀螺傳感器和三軸加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)采 樣至慣性導航微處理器，慣性導航微處理器通過串口與上位機連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1