本發(fā)明涉及定位領(lǐng)域，特別是涉及一種用于對地下空間某個點進行三維坐標定位的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在實際的生產(chǎn)生活中，常需要確定地下空間某個點的具體坐標，該待定位點可能處于測量人員的可視范圍內(nèi)，也可能處于可視范圍外。當該待定位點處于測量人員的可視范圍內(nèi)時，如當測量人員位于礦井下的巷道內(nèi)，需要對可視范圍內(nèi)的某個點的具體坐標進行確定時；當該待定位點處于測量人員的可視范圍外時，如礦井發(fā)生緊急情況(塌方)需要搶險救援時，發(fā)生緊急情況的具體位置即待定位點處于測量人員的可視范圍外，測量人員在確定發(fā)生緊急情況的具體位置后，救援人員才能順利地進行救援?，F(xiàn)有的確定地下空間某個點的具體坐標的裝置及方法，使用不方便，并且所確定的坐標也不夠準確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種地下空間三維坐標定位裝置及方法，其能夠方便準確地確定地下空間某個點的三維坐標。

2、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位裝置，包括陀螺儀、無線測距儀和收發(fā)器，所述陀螺儀包括轉(zhuǎn)子以及安裝在轉(zhuǎn)子外圍的框架，所述框架能夠環(huán)繞轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動，所述無線測距儀固定安裝在框架上，所述無線測距儀能夠向收發(fā)器發(fā)射第一無線信號，所述收發(fā)器在收到第一無線信號后能夠向無線測距儀發(fā)射第二無線信號。

3、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位裝置，其中所述無線測距儀為機械波測距儀、電磁波測距儀或光學測距儀。

4、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位裝置，其中所述機械波測距儀為超聲波測距儀或震動波測距儀。

5、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位裝置，其中所述電磁波測距儀為雷達波測距儀或激光測距儀。

6、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位方法，包括以下步驟：

7、在待定位點a處設(shè)置收發(fā)器，

8、將無線測距儀固定在陀螺儀轉(zhuǎn)子外圍的框架上，

9、讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，并讓框架繞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時讓固定在框架上的無線測距儀向外發(fā)射第一無線信號，

10、以轉(zhuǎn)子的中心為原點建立坐標系o-xyz，并以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸為z軸，接著在穿過轉(zhuǎn)子中心并垂直于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)設(shè)立x軸和y軸，

11、當無線測距儀隨框架轉(zhuǎn)動到位置b時能夠?qū)⒌谝粺o線信號傳遞給收發(fā)器，并且收發(fā)器在收到第一無線信號后能夠向無線測距儀發(fā)射第二無線信號，同時所述第二無線信號能夠被無線測距儀接收，

12、根據(jù)所述坐標系o-xyz確定無線測距儀在位置b的坐標(x1，y1，z1)，

13、將無線測距儀在位置b時發(fā)射第一無線信號的時間記為t1，將無線測距儀在位置b時收到第二無線信號的時間記為t2，則a和b之間的距離l按照公式一計算：

14、

15、公式一中，v為無線信號的傳播速度，

16、利用陀螺儀測得無線測距儀在位置b時所發(fā)射第一無線信號傳播方向與x軸和y軸所在平面的夾角α，則a在z軸上的坐標值z2按照公式二計算：

17、z2＝z1+l×sinα(公式二)，

18、利用陀螺儀測得a和b之間的連線在x軸和y軸所在平面的投影線與x軸和y軸的夾角分別為β和γ，則a在x軸上的坐標值x2按照公式三或公式四計算：

19、x2＝x1+l×cosα×cosβ(公式三)，

20、x2＝x1+l×cosα×sinγ(公式四)，

21、a在y軸上的坐標值y2按照公式五或公式六計算：

22、y2＝y(tǒng)1+l×cosα×sinβ(公式五)，

23、y2＝y(tǒng)1+l×cosα×cosγ(公式六)，

24、由此測得待定位點a的坐標(x2，y2，z2)。

25、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位方法，其中所述根據(jù)所述坐標系o-xyz確定無線測距儀在位置b的坐標(x1，y1，z1)的具體步驟為：

26、測量得到b到轉(zhuǎn)子中心之間的距離l’，

27、利用陀螺儀測得b到轉(zhuǎn)子中心之間的連線與x軸和y軸所在平面的夾角δ，則b在z軸上的坐標值z1按照公式七計算：

28、z1＝l'×sinδ(公式七)，

29、利用陀螺儀測得b到轉(zhuǎn)子中心之間的連線在x軸和y軸所在平面的投影線與x軸和y軸的夾角分別為ε和θ，則b在x軸上的坐標值x1按照公式八或公式九計算：

30、x1＝l'×cosδ×cosε(公式八)，

31、x1＝l'×cosδ×sinθ(公式九)，

32、b在y軸上的坐標值y1按照公式十或公式十一計算：

33、y1＝l'×cosδ×sinε(公式十)，

34、y2＝l'×cosδ×cosθ(公式十一)，

35、由此得到b的坐標(x1，y1，z1)。

36、本發(fā)明中的地下空間三維坐標定位方法，其中在測得待定位點a的坐標(x2，y2，z2)以后，將陀螺儀從初始位置移動到第二個位置并再次測得待定位點a的坐標(x21，y21，z21)，再將陀螺儀從第二個位置移動到第三個位置并再次測得待定位點a的坐標(x22，y22，z22)……直至將陀螺儀從第n-1個位置移動到第n個位置并再次測得待定位點a的坐標(x2(n-1)，y2(n-1)，z2(n-1))，接著再分別按照公式十二、公式十三、公式十四計算待定位點a的坐標平均值

37、

38、由此得到待定位點a的坐標平均值

39、本發(fā)明地下空間三維坐標定位裝置及方法與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明在使用的時候，有兩個使用場景：一是當待定位點位于測量人員的可視范圍內(nèi)，如測量人員位于礦井巷道內(nèi)，需要對可視范圍內(nèi)的某個點的坐標進行確定時，測量人員只需將收發(fā)器安放在待定位點處，之后再利用陀螺儀和無線測距儀即可方便準確地測量到收發(fā)器所處位置即待定位點的坐標；二是當待定位點位于測量人員的可視范圍外時，如礦井發(fā)生塌方有作業(yè)人員被困時，測量人員需要測量被困人員的具體位置，該具體位置即為待定位點，其處于測量人員的可視范圍外，平時都讓礦井內(nèi)的作業(yè)人員隨身配備收發(fā)器，這樣在發(fā)生礦井塌方并有作業(yè)人員被困時，作業(yè)人員可以啟用隨身配備的收發(fā)器，測量人員使用陀螺儀和無線測距儀即可方便準確地測得被困人員所使用的收發(fā)器的具體位置坐標，也即能夠確定被困人員的具體位置，方便開展救援工作。由此可見，本發(fā)明能夠方便準確地確定地下空間某個點的三維坐標。

40、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

技術(shù)特征：

1.一種地下空間三維坐標定位裝置，其特征在于：包括陀螺儀、無線測距儀和收發(fā)器，所述陀螺儀包括轉(zhuǎn)子以及安裝在轉(zhuǎn)子外圍的框架，所述框架能夠環(huán)繞轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動，所述無線測距儀固定安裝在框架上，所述無線測距儀能夠向收發(fā)器發(fā)射第一無線信號，所述收發(fā)器在收到第一無線信號后能夠向無線測距儀發(fā)射第二無線信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下空間三維坐標定位裝置，其特征在于：所述無線測距儀為機械波測距儀、電磁波測距儀或光學測距儀。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下空間三維坐標定位裝置，其特征在于：所述機械波測距儀為超聲波測距儀或震動波測距儀。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下空間三維坐標定位裝置，其特征在于：所述電磁波測距儀為雷達波測距儀或激光測距儀。

5.一種地下空間三維坐標定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地下空間三維坐標定位方法，其特征在于，所述根據(jù)所述坐標系o-xyz確定無線測距儀在位置b的坐標(x1，y1，z1)的具體步驟為：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地下空間三維坐標定位方法，其特征在于，在測得待定位點a的坐標(x2，y2，z2)以后，將陀螺儀從初始位置移動到第二個位置并再次測得待定位點a的坐標(x21，y21，z21)，再將陀螺儀從第二個位置移動到第三個位置并再次測得待定位點a的坐標(x22，y22，z22)……直至將陀螺儀從第n-1個位置移動到第n個位置并再次測得待定位點a的坐標(x2(n-1)，y2(n-1)，z2(n-1))，接著再分別按照公式十二、公式十三、公式十四計算待定位點a的坐標平均值

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種地下空間三維坐標定位裝置，其包括陀螺儀、無線測距儀和收發(fā)器，所述陀螺儀包括轉(zhuǎn)子以及安裝在轉(zhuǎn)子外圍的框架，所述框架能夠環(huán)繞轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動，所述無線測距儀固定安裝在框架上，所述無線測距儀能夠向收發(fā)器發(fā)射第一無線信號，所述收發(fā)器在收到第一無線信號后能夠向無線測距儀發(fā)射第二無線信號。本發(fā)明還公開了一種地下空間三維坐標定位方法。其目的是為了提供一種地下空間三維坐標定位裝置及方法，其能夠方便準確地確定地下空間某個點的三維坐標。

技術(shù)研發(fā)人員：馮春喜,盧其威,張晞,張貴春,高峰,張俊仁,呂曉成,車玉飛
受保護的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10