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地磁定位技术在选煤厂人员定位中的应用

工矿自动化 2023年第S1期49卷 86-89页

作者：王文强张锦龙常艇国能包头能源有限责任公司煤炭洗选分公司内蒙古鄂尔多斯017000

现有定位技术应用于选煤厂时存在成本高、现场安装困难、受遮挡和干扰的影响、存在累计误差、定位精度不高等问题,针对上述问题,提出了“磁耘”智能定位系统。该系统以地磁定位技术为核心,融合惯导、蓝牙、地图匹配等定位手段,在采集定... 详细信息

现有定位技术应用于选煤厂时存在成本高、现场安装困难、受遮挡和干扰的影响、存在累计误差、定位精度不高等问题,针对上述问题,提出了“磁耘”智能定位系统。该系统以地磁定位技术为核心,融合惯导、蓝牙、地图匹配等定位手段,在采集定位区域的磁场分布后,可根据环境磁场与位置的相关性及变化规律对目标进行定位,人员定位精度优于1 m,特别适合于大范围、强金属遮挡干扰的场景。应用结果表明,该系统可让管理者实时掌握生产人员、外来施工人员及设备分布运行情况,还可给出每个人员的移动轨迹、危险报警信息、安全防护情况、周围环境质量情况等;该系统可与三维可视化管控平台、智能照明系统、视频监控系统等联动,实现“增安、提效、减人”目标。

关键词：地磁定位智能化选煤厂人员定位融合定位

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地磁定位导航应用和效能分析

全球定位系统 2023年第6期48卷 42-51页

作者：李素敏王刚刚申志飞北京麦钉艾特科技有限公司北京100013

地磁定位导航作为多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一,具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时、全天候工作等优点,为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供了一条无源被动的自主定位导航技术途径.本... 详细信息

地磁定位导航作为多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一,具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时、全天候工作等优点,为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供了一条无源被动的自主定位导航技术途径.本文对地磁定位在不同的场景和平台下的应用、实现过程进行了详细描述,分析了影响地磁定位应用的关键技术并给出了技术途径,对地磁定位技术的应用效能进行了评估和验证.

关键词：地球磁场地磁定位无源被动定位导航多源融合

煤矿井下基于Attention机制的LSTM地磁定位算法

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测绘通报 2022年第1期 72-76,77,78页

作者：杨勇崔丽珍郭倩倩薛中浩内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

针对利用无线射频信号对井下人员定位受环境影响大的问题,本文提出了基于Attention机制的LSTM地磁定位算法。利用矿用智能手机以路径连续采集方式获取井下地磁数据,通过分析井下巷道地磁信号变化的空间差异性和时间稳定性,建立面向井下... 详细信息

针对利用无线射频信号对井下人员定位受环境影响大的问题,本文提出了基于Attention机制的LSTM地磁定位算法。利用矿用智能手机以路径连续采集方式获取井下地磁数据,通过分析井下巷道地磁信号变化的空间差异性和时间稳定性,建立面向井下拓扑结构的地磁指纹数据库;在LSTM模型中引入Attention机制,使其能够根据地磁序列与位置的相关性进行训练且给予不同的权重;将井下实时采集的地磁数据输入模型后进行位置估计。试验结果表明,通过神经网络LSTM学习地磁序列与相应位置的映射关系,可有效提高定位精度。

关键词：地磁定位注意力机制 LSTM算法煤矿井下

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基于生成模型的地磁室内高精度定位算法研究

通信学报 2023年第6期44卷 211-222页

作者：马帅裴科祁华艳李航曹雯王洪梅熊海良李世银深地科学与工程云龙湖实验室江苏徐州221116 鹏城实验室广东深圳518172 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 深圳市大数据研究院广东深圳518172 长安大学电子与控制工程学院陕西西安710064 山东大学信息科学与工程学院山东济南250100

针对目前构建精细的地磁指纹库需要耗费大量人力成本的瓶颈,提出了条件变分自动编码器和条件对抗生成网络2种生成模型,能够在收集少量数据样本的基础上,对给定位置进行伪标签指纹的生成。同时,针对单点地磁指纹定位精度低的问题,设计了... 详细信息

针对目前构建精细的地磁指纹库需要耗费大量人力成本的瓶颈,提出了条件变分自动编码器和条件对抗生成网络2种生成模型,能够在收集少量数据样本的基础上,对给定位置进行伪标签指纹的生成。同时,针对单点地磁指纹定位精度低的问题,设计了一种基于注意力机制的卷积神经网络-门控循环单元的地磁序列定位算法,能够有效利用指纹的空间和时间特性,实现精准定位。此外,还设计并搭建了实时、便携的移动端数据采集和定位系统。通过实际测试表明,利用所提模型可有效构建可用的地磁指纹库,所提算法平均误差可达0.16 m。

关键词：深度学习地磁定位生成模型地磁序列

基于地图约束的PDR和地磁场融合定位算法研究

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基于地图约束的PDR和地磁场融合定位算法研究

作者：金俊超中国矿业大学

学位级别：硕士

随着物联网、人工智能等现代化技术被广泛熟知,社会对室内定位的需求日益增大。室外定位技术已经趋于成熟,但受到复杂建筑物结构、卫星信号自身特性等多因素影响,室外定位技术无法适用室内定位,所以实现一种高稳定性和高精度的室内定位... 详细信息

随着物联网、人工智能等现代化技术被广泛熟知,社会对室内定位的需求日益增大。室外定位技术已经趋于成熟,但受到复杂建筑物结构、卫星信号自身特性等多因素影响,室外定位技术无法适用室内定位,所以实现一种高稳定性和高精度的室内定位手段是目前的研究重点。目前,各种定位技术层出不穷,但各自存在缺陷,UWB、RFID和伪卫星等技术需要布设昂贵基础设施;Wi-Fi、蓝牙等易受室内环境影响;惯性导航局限于误差累积。因此,多源信息融合定位技术已然成为室内定位的研究热点。为此,本文以智能手机为载体,对地磁定位和PDR定位技术的融合定位技术进行深入研究,主要研究内容如下:（1）分析行人在不同运动状态下的加速度序列和地磁序列,利用滑动窗口获取局部加速度序列和地磁序列信息,基于加速度和地磁组合特征信息实现非运动状态识别,准确率为93.51%,相较于SVM算法,准确率提升了16.58%,并基于DTW算法实现不同运动状态识别,准确率为95.15%;通过有效运动状态识别,自适应确定波峰检测算法阈值,实现不同运动状态下的步态检测,准确率为94.77%;针对实际环境中部分区域位置磁异常严重干扰航向估计精度,提出基于最小二乘算法的抗差自适应卡尔曼滤波的航向估计方法,能够较好适用磁异常的室内环境,航向估计稳定性和精度有所提升;为避免PDR定位时出现穿墙现象,提出基于改进的条件随机场的地图匹配算法,利用磁匹配结果完成自适应特征函数系数更新,相较于传统条件随机场算法,精度提升了44.59%,稳定性也有提高。（2）探讨地磁数据不同的采集和预处理方式,分析不同插值方法对于细粒度指纹库构建的精度影响;针对磁指纹构建时的磁特征选取,探讨不同磁特征构建的磁序列的稳定性和可用性,对比分析不同磁序列的预处理方式;针对基于DTW算法的地磁匹配算法计算效率低问题,提出一种基于UCR＿DTW的地磁序列匹配定位算法,利用下界约束、全局约束、序列重排序、计算对象转换和级联下界策略对DTW算法进行约束,并针对Keogh下界的计算缺陷,利用分段聚合近似算法将两条序列进行缩放或扩充。试验表明,基于UCR＿DTW算法的地磁序列匹配算法可以在保证定位精度不变的情况下,有效提高地磁匹配效率,相较于传统DTW算法,在不同序列长度情况下,定位效率都能提升了90%以上;并针对基于DTW算法的地磁序列定位方法无法适用二维开阔区域,本文提出基于反距离加权插值算法的地磁定位算法,利用反距离加权插值算法的实时性完成有效磁序列插值,并枚举完成序列遍历匹配,试验表明,所提定位方式可以满足室内二维开阔场景下的定位要求。（3）针对传统滤波器在融合定位过程中无法顾及多源信息的可信度问题,本文在条件随机场算法基础上,利用基于自适应卡尔曼滤波算法进行有效多源数据的可信度评估,完成位置初始估计,然后利用计算获得的观测与预测噪声实现条件随机场特征函数系数更新,完成位置二次估计,最后利用最邻近算法匹配最优估计点,改进后的CRFs算法能够有效提高算法稳定性与精度,避免轨迹漂移问题。相较于传统CRFs算法,定位精度提高了15%,定位误差均在2m以内,定位精度优于1.5m的概率在80%以上,稳定性优于PDR定位技术和地磁定位技术。本篇论文共有图87幅,表23个,参考文献106篇。

关键词：室内定位地磁定位 PDR 条件随机场地图匹配融合定位

煤矿井下复杂环境地磁/Wi-Fi融合定位算法研究

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煤矿井下复杂环境地磁/Wi-Fi融合定位算法研究

作者：杨勇内蒙古科技大学

学位级别：硕士

随着技术的更新迭代,井下定位技术慢慢从传统的有线通信技术过渡到无线通信技术。其中,利用无线信号即可以通信,又能够进行测距、定位等日常活动,成为生活中非常重要的资源。无线信号具有灵活性好、传播快、覆盖范围大、能耗低等特点,... 详细信息

随着技术的更新迭代,井下定位技术慢慢从传统的有线通信技术过渡到无线通信技术。其中,利用无线信号即可以通信,又能够进行测距、定位等日常活动,成为生活中非常重要的资源。无线信号具有灵活性好、传播快、覆盖范围大、能耗低等特点,实现定位的硬件设施要求低,比如携带传感器的智能手机、平板等,是实现不同环境下定位的一种重要方法。然而,煤矿井下环境与一般的室内环境不同,它的环境不确定性更大,井下工作人员的活动以及各种采掘机械工具都会对无线信号的传播产生很大的影响,使得实现高效精准的井下定位系统充满了挑战和难题。本文在内蒙古自治区科技计划项目的资助下,研究地磁/无线信号在煤矿井下实现高精度的定位算法。围绕如何减小煤矿井下RSSI信号因环境的变化而产生的影响、研究简单高效的数据采集办法和建立实时有效的指纹数据库、采用更先进的定位算法来进一步提高井下人员的定位精度等目标。本文在实现上述目标过程中各自采用了井下无线信号的特征分析与选择,数据重采样和分割、确定性指纹匹配算法、LSTM神经网络、注意力机制、梯度提升树融合定位算法等理论,并进行了相关试验,结果表明:本文提出将地磁信号作为实现井下人员定位的信号具有一定的可行性,并且表明融合定位算法在复杂环境下确实有更好的定位效果。本文基于神经网络强大的学习能力,利用地磁信号在井下环境产生的明显特征进行定位研究,主要研究内容如下:(1)提出了一种基于注意力机制的LSTM地磁定位算法,并进一步提出分层LSTM地磁定位模型本文针对传统无线信号用于井下定位不稳定、不精确问题,本文基于地磁序列信号选择长短时记忆神经网络模型作为匹配算法,为了加快模型的收敛速度,引入注意力机制,并且进一步提出一种分层长短时记忆网络定位模型。该模型通过结合更多历史地磁信号增加不同位置的差异性,进一步提高定位精度。通过实验表明,本文采用的LSTM定位模型比一般的神经网络定位性能提高了0.6米的精度。(2)研究井下数据采集方法与数据特征煤矿井下的物理环境与地面截然不同,环境的特殊性使的井下数据采集困难很多,当井下环境没有很大变化时,地磁信号表现的很稳定,因此在煤矿井下采用序列增强算法生成大量地磁轨迹用于模型训练和测试,避免人工广泛的去采集信息。(3)提出了一种多源融合的梯度提升树(GBDT)定位模型由于煤矿井下的特殊性,单一信号很难实现高精度的定位,本论文使用Stacking策略将单模定位结果合并得到新的训练集,因为梯度提升树的稳定性和强鲁棒性,本论文使用GBDT学习每种基站射频信号定位结果的权重。基于单模定位结果(WiFi、地磁)构建新的训练集。实验结果很好的验证了算法的性能,算法模型将两种信号源的优势结合起来,比采用电磁信号定位精度提高了0.4米。

关键词： LSTM神经网络煤矿井下地磁定位梯度提升树(GBDT) 融合定位

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基于地磁和WiFi的智能手机室内定位研究

基于地磁和WiFi的智能手机室内定位研究

作者：郝廉效中国矿业大学

学位级别：硕士

目前,地磁室内定位因其成本低、覆盖面广、复杂度低而受到广泛关注。由于室内环境下WiFi节点广泛部署,基于RSSI的定位方法已经成为室内定位的主流之一。然而,地磁和WiFi定位的定位精度不稳定,且指纹采集工作量较大,采集效率较低。尤其... 详细信息

目前,地磁室内定位因其成本低、覆盖面广、复杂度低而受到广泛关注。由于室内环境下WiFi节点广泛部署,基于RSSI的定位方法已经成为室内定位的主流之一。然而,地磁和WiFi定位的定位精度不稳定,且指纹采集工作量较大,采集效率较低。尤其是地磁定位中的一些磁场辨识度较差的室内区域定位精度无法满足要求。本文的主要工作如下:（1）首先对地磁指纹数据进行分析研究,提出了欧式距离特征和邻近点特征模型。欧式距离特征可用于反映室内位置的磁场辨识度,测试点的欧式距离特征与点位精度成正比,且特征模型有着较高的精确率和召回率。邻近点特征可以反映各个指纹点与其相邻指纹的磁场相似性,邻近点特征越大的测试点定位精度越高,且特征模型精确率和召回率很高。（2）地磁室内定位的精度不稳定,不同区域的定位精度差别很大。本文通过多个实验区域的研究分析得出:邻近点特征均值较大的定位区域有着更高的定位精度,开阔区域的邻近点特征要大于走廊区域。邻近点特征可由指纹数据求得,再结合快速构建指纹库的方法,可以实现对室内区域定位精度的快速预判。（3）指纹采集工作量大是地磁室内定位的难点,介绍了两种快速构建指纹库的方法。一种是路径分配磁场指纹的方法,用于快速分析特征;另一种是插值重构磁场指纹的方法。对于邻近点特征较大的定位区域,其定位精度较高,使用插值算法来重构指纹库,可以在对定位精度影响较小的前提下,大大提高指纹采集的工作效率。在实验区域,仅仅采集原指纹工作量的29.6%依然可以将定位误差控制在1m以下。（4）通过实验验证了WKNN、EWKNN、DTW以及PCA数据降维等算法在地磁定位和WiFi定位的参数选择以及定位表现。针对走廊区域定位精度较差的难点,本文提出了一种基于地磁和WiFi数据的融合定位算法。提出的融合定位算法在两个实验区域的定位误差分别为1.46m和1.55m的,RMSE为3.12m和2.74m。与单一的地磁定位、WiFi定位、现有的两种组合定位算法相比,提出的融合定位算法有着更好的定位表现。本文有图50幅,表17个,参考文献82篇。

关键词：地磁定位 WiFi定位磁场特征融合定位

融合地磁/光照强度/PDR的室内定位算法研究

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融合地磁/光照强度/PDR的室内定位算法研究

作者：韩雨辰安徽理工大学

学位级别：硕士

随着城市现代化的发展,物流、餐饮、管理等方面的产业对高精度的定位服务需求变得愈发迫切。如今以GNSS信号为基础的室外定位技术已趋于成熟,如何在获取高精度室内定位结果的同时实现低成本成为一项研究重点。受建筑物原材料的影响,室... 详细信息

随着城市现代化的发展,物流、餐饮、管理等方面的产业对高精度的定位服务需求变得愈发迫切。如今以GNSS信号为基础的室外定位技术已趋于成熟,如何在获取高精度室内定位结果的同时实现低成本成为一项研究重点。受建筑物原材料的影响,室内环境地磁场分布存在一定差异,可由此实现室内定位;行人航位推算只需要行人的运动参数即可实现室内定位;以上方法均不需要额外的物理设施来支撑,覆盖范围广,连续性较强,具有较为可观的发展前景。因此,本文主要围绕对单一地磁定位的优化、PDR定位的实现及其多源数据融合定位进行研究,并通过不同实验进行验证。其主要研究内容如下:(1)针对传统地磁模值建库分辨率较低、匹配算法较简单导致定位误差较大的问题,离线阶段利用坐标转换的方法处理地磁三轴数据,将其代替传统地磁模值作为特征值,研究不同空间插值方法并进行实验对比,选择径向基核函数对指纹库插值处理;在线阶段采用支持向量机做回归预测,在传统遗传算法的基础上引入多种群遗传算法对支持向量机权值、阈值进行优化,构建MPGA-SVM定位模型。实验结果表明,本文算法较之GA-SVM定位精度提升了32.3%,具有更高的定位精度。(2)针对单一地磁定位中仍存在部分点位误匹配概率较大的问题,将室内灯光强度作为特征之一与坐标转换后的地磁三轴数据一同作为输入,采用不同分辨率的空间插值方法插值处理,构建双分辨率的地磁/光强指纹库,并采用BP神经网络作为融合模型,基于Tent混沌映射改进原子搜索算法,再利用其寻优性优化BP神经网络中的权值、阈值等参数建立Tent-ASO-BP地磁/光强融合定位模型,并设立不同实验验证该融合模型的定位性能,试验结果表明,本文构建的地磁/光强融合定位模型较之单一地磁定位精度分别提升了34.5%、32.9%,且定位标准差明显小于单一地磁定位,有着更好的定位性能。(3)地磁/光强在某点处的定位仍会存在较大误差,若在走廊或巷道等狭长的场所进行轨迹定位时,该因素会导致定位点连线的轨迹“穿墙而过”。为解决该问题,本文引入PDR定位并提出一种双层信息融合的室内定位方法,将已获得的地磁/光强定位坐标作为第一层数据融合结果,随后在相同实验路径上获取PDR定位结果,将两种方式获得的定位结果共同输入至第二层Tent-ASO-BP融合定位模型中,最终获得地磁/光强/PDR融合定位坐标。在两个场景的实验中,本文提出的地磁/光强/PDR融合定位方法精度均在1m以内,可有效抑制轨迹定位中“定位回跳”、“轨迹穿墙”现象的发生。图47表8参98

关键词：室内定位地磁定位光照强度行人航位推算多源融合定位

基于九轴传感器的PDR和地磁融合的室内定位方法

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洛阳师范学院学报 2023年第2期42卷 37-42页

作者：方淼朱明慧安徽大学江淮学院理工部安徽合肥230039

针对地磁定位精度受特征值影响显著以及行人航迹推算定位误差会累积的问题,提出了一种基于九轴传感器的PDR和地磁融合的定位方法来提高室内定位精度.在离线阶段采用九轴传感器采集定位区域的地磁数据,建立并优化地磁指纹库;在匹配阶段利... 详细信息

针对地磁定位精度受特征值影响显著以及行人航迹推算定位误差会累积的问题,提出了一种基于九轴传感器的PDR和地磁融合的定位方法来提高室内定位精度.在离线阶段采用九轴传感器采集定位区域的地磁数据,建立并优化地磁指纹库;在匹配阶段利用PDR推算行人运动轨迹,同时采用动态时间规整法进行地磁序列匹配定位,并使用粒子滤波对两种定位结果进行融合,获得最佳位置估计.实验结果表明,融合定位方法能有效提高定位精度和稳定性,具有一定的应用价值.

关键词：室内定位融合定位地磁定位行人航迹推算粒子滤波