本申請要求2015年8月4日提交的澳大利亞臨時專利申請No.2015903107的優(yōu)先權，該專利申請的內容以引用方式并入本文中。

技術領域

本公開涉及使用慣性導航系統(tǒng)的采礦機器和用于確定使用慣性導航系統(tǒng)的采礦機器的位置的方法。

背景技術：

圖1a示出遵循房柱式布局的地下煤礦100。在保持柱(諸如，柱104)來支承礦頂(未示出)的同時，通過從煤層102取出煤來采掘煤層102。連續(xù)采煤機106前進至新柱108和112之間的煤層102中。運煤車112將通過連續(xù)采煤機106采掘的煤運輸到帶系統(tǒng)，進而，帶系統(tǒng)將煤向著地面運輸。

為了實現計劃中的房柱式布局并且遵循可能傾斜或歪斜的煤層102，重要的是，連續(xù)采煤機106利用精確的導航系統(tǒng)，使得可在采礦的同時確定精確位置。

然而，諸如GPS信號的外部導航系統(tǒng)被地層吸收，因此，在地下時不可用于連續(xù)采煤機106。替代地，可在地下使用慣性導航系統(tǒng)。但是，因為它們依賴于傳感器信號的積分，所以它們隨時間推移而遭受漂移誤差，這樣使得所確定位置并不精確。

圖1b示出連續(xù)采煤機106的控制流程。連續(xù)采煤機106包括定位系統(tǒng)152，定位系統(tǒng)152用于生成控制信號154(諸如，制動信號)作為定位系統(tǒng)152的輸出。連續(xù)采煤機106還包括多個外部傳感器156(諸如，里程計、轉向角和GPS傳感器)。傳感器156生成傳感器信號作為定位系統(tǒng)152的輸入。定位系統(tǒng)152包括慣性導航系統(tǒng)，慣性導航系統(tǒng)在定位系統(tǒng)152的輸入端的傳感器信號158指示連續(xù)采煤機106是靜止的時，執(zhí)行零速修正。使用傳感器信號158作為輸入以在輸出端生成控制信號154減少了在慣性導航系統(tǒng)中因漂移造成的不精確性。然而，傳感器156常常不精確。例如，常常難以基于里程計信號來區(qū)分非常緩慢的速度和停止。另外，額外的傳感器156增加了機器106的復雜度，使可靠性降低。

US 8,700,324公開了檢測導航單元(諸如，慣性導航系統(tǒng))的故障?？刂破鲝膫鞲衅鹘邮諜C器參數(諸如，速度和航向)，確定所估計的位置并且將所估計的位置與來自導航單元的位置進行比較。傳感器包括轉向角傳感器、速度傳感器、俯仰傳感器、滾轉傳感器和偏航傳感器?？刂破骺煽刂茩C器的操縱(即，推進、轉向和/或制動)。這個解決方案同樣遇到傳感器經常不精確并且額外的傳感器增加了機器復雜度使可靠性降低的問題。

Reid，D.C等人的“A practical inertial navigation solution for continuous miner automation”(12th Coal Operator′s Conference，University of Wollongong&the Australasian Institute of Mining and Metallurgy，2012，第114-119頁)公開了使用里程計傳感器數據對慣性導航單元進行零速修正。同樣，里程計經常不精確并且額外的傳感器增加了機器復雜度使可靠性降低。

對已經被包括在本說明書中的文檔、動作、材料、裝置、文章等的任何討論將不被認為是承認這些內容中的任何或全部形成現有技術基礎的部分或者是與本公開相關領域中的一般公知常識，因為它存在于本申請的各權利要求的優(yōu)先權日期之前。

在整個本說明書中，詞語“包括”或變型(諸如，“包含”或“具有”)將被理解為隱含著包括所述元件、整體或步驟、或元件、整體或步驟的組，但沒有排除任何其他元件、整體或步驟、或元件、整體或步驟的組。

技術實現要素：

一種采礦機器(100)，該采礦機器包括：

機器控制器(102)，其包括用于機器控制信號(106)的控制輸出端口(104)，所述機器控制信號(106)控制所述采礦機器(100)的移動；以及

慣性導航系統(tǒng)(108)，其包括：

位置確定單元，其確定所述采礦機器(100)的位置，以及

輸入端口(110)，其用于表示所述采礦機器(100)的移動的輸入信號，所述輸入端口與所述位置確定單元通信耦合，

其中，所述機器控制器(102)的所述控制輸出端口(104)與所述慣性導航系統(tǒng)(108)的用于所述輸入信號的所述輸入端口(110)通信耦合，以允許所述位置確定單元基于控制所述采礦機器的移動的所述機器控制信號(106)來計算所述采礦機器(100)的校正后的位置。

要注意，在以上采礦機器中，機器控制信號被用作慣性導航系統(tǒng)的輸入。這與慣性導航系統(tǒng)生成機器控制信號作為輸出而非輸入的其他機器形成對照。更特別地，之前的定位系統(tǒng)用于諸如通過生成控制采礦機器的制動器、牽引、或其他子系統(tǒng)的輸出控制信號來控制采礦機器處理。這種定位系統(tǒng)的精確性還可取決于向定位系統(tǒng)提供輸入的額外傳感器。

所提出的采礦機器通過使用機器的控制狀態(tài)作為定位系統(tǒng)的輸入來增大定位系統(tǒng)的精確性并且因不再需要外部傳感器(諸如，里程計)和基于基礎設施的位置輔助技術來降低復雜度，提供對現有機器的改進。

由于以上的慣性導航系統(tǒng)使用機器控制信號，因此慣性導航系統(tǒng)可在機器出于任何原因停止的時間執(zhí)行校正。因為需要的額外停止減少，所以這優(yōu)于出于執(zhí)行零速修正的特定目的而停止機器的其他方法。另外，整體系統(tǒng)沒有使用傳感器(諸如，里程計)的其他系統(tǒng)復雜，因為不需要額外檢測零速間隔。所提出系統(tǒng)的精度被提高至小于所行進距離的1％，優(yōu)選地小于其0.5％，而不是像現有技術的系統(tǒng)中一樣每操作1小時多海里?？赏ㄟ^硬件，特別地，通過慣性導航傳感器單元來定義精度。在單元LN270INS的示例中，銘牌精度可被定義為在校正間隔(諸如，零速修正間隔)少于6分鐘(且行進距離大于10km)的情況下、小于所行進距離的0.067％的、垂直距離上的誤差。水平距離上的誤差可以是校正間隔(諸如，零速修正間隔)少于6分鐘(且行進距離大于4km)的情況下不大于所行進距離的0.25％。校正間隔是指基于機器控制信號來計算校正后的位置之間的時間。使用不同的硬件，系統(tǒng)精度可經受不同的(更差的)約束，在校正間隔少于2分鐘的情況下，可以是所行進距離的1％。另外，可在系統(tǒng)中添加諸如多普勒速率傳感器的外部傳感器，以提高性能。

所述采礦機器可以是連續(xù)采煤機。

使用機器控制信號進行零速修正的布置對于連續(xù)采煤機而言是特別有利的，因為它們?yōu)檫M行采礦處理(包括頂板錨栓支護)而頻繁停止。所述采礦機器還可包括機器狀態(tài)的一個或更多個傳感器，各傳感器包括用于傳感器輸出信號的傳感器輸出端，其中，所述一個或更多個傳感器中的每個的傳感器輸出信號與所述慣性導航系統(tǒng)的用于所述輸入信號的輸入端口隔離。

機器狀態(tài)的所述一個或更多個傳感器可包括里程計，所述里程計的傳感器輸出信號可與所述慣性導航系統(tǒng)的所述輸入信號隔離。

所述機器控制信號可包括啟動所述采礦機器的制動器的制動信號，所述制動信號與所述制動器通信耦合并且與所述慣性導航系統(tǒng)的用于所述輸入信號的所述輸入端口通信耦合，以允許當所述制動信號啟動所述采礦機器的制動器時，所述位置確定單元基于所述制動信號來計算所述采礦機器的校正后的位置。

所述機器控制信號可包括向所述采礦機器的電機提供命令的電機控制信號，所述電機控制信號與所述電機通信耦合并且與所述慣性導航系統(tǒng)的用于所述輸入信號的所述輸入端口通信耦合，以允許當所述電機控制信號向所述采礦機器的所述電機提供命令時，所述位置確定單元基于所述電機控制信號來計算所述采礦機器的校正后的位置。

所述電機控制信號可包括斷開所述采礦機器的點火電路的點火電路斷路器信號或向電動機提供命令的電動機控制信號，所述點火電路斷路器信號或電動機控制信號分別與點火電路斷路器或所述電動機通信耦合、并且與所述慣性導航系統(tǒng)的用于所述輸入信號的所述輸入端口通信耦合，以允許當所述點火電路斷路器信號斷開所述采礦機器的點火電路時或者當所述電動機控制信號向所述電動機提供命令時，所述位置確定單元基于所述點火電路斷路器信號或所述電動機控制信號來計算所述采礦機器的校正后的位置。

所述采礦機器還可包括信號總線，所述信號總線電耦合到所述控制輸出端口和所述輸入端口，用于將所述機器控制信號傳輸到所述慣性導航系統(tǒng)的用于所述輸入信號的所述輸入端口，以允許所述位置確定單元基于在所述信號總線上傳輸的控制所述采礦機器的移動的所述機器控制信號來計算所述采礦機器的校正后的位置。

所述慣性導航系統(tǒng)可包括運動傳感器，所述運動傳感器用于在所述機器控制信號向所述慣性導航系統(tǒng)指示期望所述采礦機器靜止時，將所述慣性導航系統(tǒng)設置成移動狀態(tài)。

所述慣性導航系統(tǒng)可包括運動傳感器和邏輯與模塊，以當控制所述采礦機器移動的所述機器控制信號和所述運動傳感器二者指示所述采礦機器是靜止的時，將所述慣性導航系統(tǒng)設置成靜止狀態(tài)，在所述靜止狀態(tài)下，零速修正被執(zhí)行。

所述采礦機器還可包括雷達系統(tǒng)，所述雷達系統(tǒng)連接到所述慣性導航系統(tǒng)的所述輸入端口，所述雷達系統(tǒng)被構造成檢測所述采礦機器的移動。

所述采礦機器還可包括：

信標，其安裝在礦中的靜態(tài)位置；以及

信標檢測器，其連接到所述慣性導航系統(tǒng)的所述輸入端口，以將與所述信標相關的位置信息提供到所述慣性導航系統(tǒng)。

所述采礦機器還可包括環(huán)境掃描裝置，所述環(huán)境掃描裝置連接到所述慣性導航系統(tǒng)的所述輸入端口，所述環(huán)境掃描裝置被構造成檢測所述采礦機器的環(huán)境中的特征并且將與所述特征相關的位置信息提供到所述慣性導航系統(tǒng)。

所述慣性導航系統(tǒng)可包括光纖陀螺儀。

一種用于確定采礦機器的位置的方法，該方法包括：

確定所述采礦機器的初始位置；

基于所述初始位置并且基于來自一個或更多個慣性傳感器的數據，確定所述采礦機器的更新后的位置；以及

確定所述采礦機器的校正后的位置，

其中，確定所述校正后的位置基于控制所述采礦機器的移動的機器控制信號。

確定所述校正后的位置可包括執(zhí)行車輛運動傳感器輔助。

所述機器控制信號可表示所述采礦機器的期望速率，并且執(zhí)行車輛運動傳感器輔助包括基于所述機器控制信號所指示的所述采礦機器的期望速率來確定所述校正后的位置。

執(zhí)行車輛運動傳感器輔助可包括執(zhí)行零速修正。

執(zhí)行零速修正可包括基于所述機器控制信號來確定所述采礦機器是否是靜止的并且在確定了所述采礦機器是靜止的時執(zhí)行所述零速修正。

確定所述采礦機器是靜止的可包括確定所述機器控制信號指示所述采礦機器是靜止的并且運動傳感器指示所述采礦機器是靜止的。

一種軟件當被安裝在計算機上時致使所述計算機執(zhí)行以上方法。

針對連續(xù)采煤機、方法、軟件、計算機可讀介質或計算機系統(tǒng)所描述的可選特征酌情類似地應用于這里也描述的其他方面。

附圖說明

圖1a示出地下礦(現有技術)。

圖1b示出圖1a的連續(xù)采煤機的控制流程。

將參照以下描述示例：

圖2a示出連續(xù)采煤機。

圖2b示出圖2a的連續(xù)采煤機的控制流程。

圖3a至圖3c示出圖2a的連續(xù)采煤機的工作周期。

圖4示出圖2a中的連續(xù)采煤機的內部通信網絡。

圖5更詳細示出圖2a中的INS的結構。

圖6示出用于確定采礦機器位置的方法。

圖7示出用于監(jiān)測并且控制地下礦的計算機系統(tǒng)。

圖8示出對包括沿軌道誤差和橫穿軌道誤差的誤差的更深入分析的誤差圖線。

具體實施方式

圖2a示出包括機器控制器202的連續(xù)采煤機200，機器控制器202包括用于機器控制信號206的控制輸出端口204。機器控制信號206控制采礦機器200的移動。換句話講，機器控制信號206致使或指示機器的致動器來執(zhí)行它們各自的動作。這意味著，機器控制信號206主動致使連續(xù)采煤機200的狀態(tài)改變。例如，機器控制信號206向采礦機器200提供命令。該命令可以是模擬的(諸如，電線上用于啟動制動器的高電壓)。另選地，該命令可以是數字的(諸如，CAN總線上的數據分組)?？刂菩盘?06的含義與傳感器信號的含義形成對照，傳感器信號被動地檢測連續(xù)采煤機200的狀態(tài)，但不致使連續(xù)采煤機有動作或使其狀態(tài)改變。在一些示例中，機器控制信號206表示連續(xù)采煤機200所期望或意圖的狀態(tài)，而傳感器信號表示連續(xù)采煤機200的測得狀態(tài)。連續(xù)采煤機200還包括慣性導航系統(tǒng)(INS)208，慣性導航系統(tǒng)208進而包括確定采礦機器200的位置的位置確定單元209(諸如，處理器或微控制器)和針對表示采礦機器200的移動的輸入信號的輸入端口210。

本文中對“位置”的任何引用可指包括x、y和z坐標(也就是說，經度、維度和高度或相對于煤礦100的坐標系統(tǒng)的坐標)的三維位置。該位置還可包括含三個旋轉角度的姿勢。也就是說，連續(xù)采煤機200的位置可包括針對六個自由度的六個值。

采礦機器200還包括：推進系統(tǒng)212(諸如，履帶傳動、履帶或從動輪)；以及制動系統(tǒng)214，其機械地耦合到推進系統(tǒng)212，以在制動系統(tǒng)214被合適的機器控制信號206啟動時，禁止采礦機器200相對于地移動。

采礦機器200還包括旋轉截割滾筒216，旋轉截割滾筒216裝配有由擋柵218支承的截齒。裝載機鏟斗220接住被截割滾筒216切割的煤并且將煤運輸到傳送帶222上，圖1a中的搬運車從傳送帶222接收煤。

INS 208的輸入端口210與位置確定單元209通信耦合并且機器控制器202的控制輸出端口204與針對慣性導航系統(tǒng)208的輸入信號的輸入端口210通信耦合，以允許位置確定單元209基于機器控制信號206來校正采礦機器200的位置。通信耦合涵蓋允許通過耦合傳輸通信(諸如，數字和模擬數據以及其他信號)的各種不同耦合。通信耦合的示例包括金屬(諸如，銅)、電線、光纖電纜的電流連接，諸如使用光耦合器電流地解耦但是光學耦合。這包括總線系統(tǒng)，總線系統(tǒng)包括CAN或I2C，或者諸如使用WiFi、3G、LTE或包括射頻和紅外通信的其他無線通信技術進行無線耦合以及通過音頻波耦合。

雖然本文中的一些示例涉及連續(xù)采煤機，但所述系統(tǒng)和方法可應用于其他采礦機器(諸如，搬運車和鏟車)以及其他機械(諸如，隧道鉆機或農用機)。

機器控制器202可以是來自遠程控制器的機器控制信號的接收器。例如，操作人員可從安全距離觀察連續(xù)采煤機200并且使用手持遠程控制器來控制連續(xù)采煤機200。機器控制器202從遠程控制器接收命令并且將它們翻譯成機器控制信號。

在其他示例中，機器控制器202是自動控制器，響應于傳感器輸入并且遵循地下礦100的所期望布局地生成機器控制信號。

圖2b示出連續(xù)采煤機200的控制流程。定位系統(tǒng)209基于所確定的位置，確定定位系統(tǒng)209的輸出端的控制信號224。在輸入端，定位系統(tǒng)209從機器控制器202接收控制機器200的控制信號(諸如，制動信號)。

如當將圖2b中的控制流與圖1b中的現有技術的控制流進行比較可明白的，圖2a中的控制信號206處于定位系統(tǒng)209的輸入端，而圖1b中的控制信號154只處于定位系統(tǒng)152的輸出端。作為圖2a中的輸入端的控制信號206的替代，在圖1b中的定位系統(tǒng)152的輸入端存在傳感器信號158。

圖3a至圖3c示出連續(xù)采煤機200的工作周期。在圖3a中，連續(xù)采煤機向著煤層102前進至現有房中。當連續(xù)采煤機200將到達房的端部時，機器控制器202諸如通過將旋轉截割滾筒216的電動機通電來啟動截割滾筒216。在截割滾筒216旋轉的同時，連續(xù)采煤機如箭頭302所指示地進一步前進，進入煤層102，到達圖3b中示出的位置。

在這個階段，機器控制器202禁用推進系統(tǒng)212并且啟動制動系統(tǒng)214，使連續(xù)采煤機200停止前進。更特別地，機器控制器202生成禁用推進系統(tǒng)212并且啟動制動系統(tǒng)214的機器控制信號206。機器控制器202隨后啟動擋柵218的致動器(諸如，液壓千斤頂)，以如箭頭312所指示地降低擋柵218。隨著截割滾筒216降低，截割滾筒216從煤層102垂直提取煤，直到截割滾筒到達房的地面，從而到達圖3c中示出的位置。在這個階段，機器控制器202可啟動擋柵218的致動器，以如箭頭322所指示地抬高截割滾筒216。然后，機器控制器202禁用制動系統(tǒng)214并且啟動推進系統(tǒng)212，以使連續(xù)采煤機200如圖3a中所示地前進。

圖3a至圖3c示出在連續(xù)采煤機200的各周期期間存在連續(xù)采煤機200靜止的時間段即圖3b中示出的時間段。這個時間段可用于通過采用零速修正例程來校正INS208所確定的位置。在其他示例中，連續(xù)采煤機200還可因頂板錨栓支護而停止，也就是說，機器控制器202啟動制動系統(tǒng)214，同時頂板錨栓支護機器(未示出)驅動錨栓進入礦頂，以防止礦頂塌到連續(xù)采煤機200上。當頂板錨栓支護機器完成時，機器控制器202禁用制動系統(tǒng)214并且繼續(xù)采礦周期。當在頂板錨栓支護期間連續(xù)采煤機200靜止時，通過觀察機器控制信號206而檢測到的這個時間段也可用于零速修正。

連續(xù)采煤機200可具有用于測量機器狀態(tài)(諸如，驅動推進系統(tǒng)212的電機或測量推進系統(tǒng)212的速度或旋轉的里程計的啟動)的傳感器。這些傳感器中的每個包括針對傳感器輸出信號的傳感器輸出。然而，諸如，通過將信號布線彼此電絕緣或者通過忽略總線系統(tǒng)上的數據分組而在邏輯上隔離數據消息(如以下進一步描述的)，將一個或更多個傳感器中的每個的傳感器輸出信號與慣性導航系統(tǒng)208的輸入端口210隔離。結果，INS 208不需要基于傳感器信號(諸如，里程計信號)來檢測移動的時間段。

替代地，INS 208從機器控制器202接收機器控制信號206并且可基于機器控制信號206來啟動零速修正。例如，機器控制器202通過在機器控制信號206上設置制動啟動標志來啟動制動系統(tǒng)214。INS 208接收制動啟動標志并且作為響應，INS 208可啟動零速修正。在另一個示例中，INS 208監(jiān)聽機器控制信號206上的電動機控制數據并且如果電動機控制數據指示驅動推進系統(tǒng)212的電動機被禁用則啟動零速修正。在又一個示例中，機器控制信號206可包括與內燃機連接的點火電路斷路器信號并且如果電路斷路器信號指示不能點火，則INS 208啟動零速修正。

在一個示例中，INS 208使用機器控制信號206指示連續(xù)采煤機200有可能是靜止的。例如，如果啟動制動系統(tǒng)214來停止連續(xù)采煤機200，則INS 208允許零速修正，但如果沒有滿足進一步的條件，則可不啟動它。例如，INS 208包括運動傳感器并且僅在運動傳感器沒有檢測到運動以及啟動制動系統(tǒng)214時啟動零速修正。換句話講，通過禁用制動系統(tǒng)214，禁止進行零速修正，但通過啟動制動系統(tǒng)214，例如，根據運動傳感器輸出，允許應用或不應用零速修正。

在一個示例中，INS 208是型號LN-270的Northrop Grumman的裝置。INS 208可包括光纖陀螺儀(FOG)和MEMS加速計，以提供沿著三個正交軸對主體框架角速率和加速度的測量。FOG可采用Sagnac效應。也就是說，光學信號被耦合到環(huán)形光纖線圈的兩端。當光纖線圈旋轉時，在環(huán)旋轉的同時，光學信號前行通過環(huán)所遵循的光速保持恒定。這導致兩個信號的干涉圖案根據旋轉速度而改變。

運動傳感器可以是可包括帶有質量塊的懸梁的微機電系統(tǒng)(MEMS)加速計。密封在裝置中的剩余氣體可導致阻尼。在外部加速的影響下，質量塊偏轉，離開其居中位置。以模擬或數字方式測量這個偏轉。例如，測量一組固定梁和附連于質量塊的一組梁之間的電容。另一個示例使用彈簧中集成的壓電電阻器來檢測彈簧變形，進而檢測偏轉。

處理器對FOG和加速計提供的量進行積分，以生成所關注的坐標系統(tǒng)中的主體的位置、速率和姿勢的解。處理器通過采用零速修正(諸如，通過應用如Paul D.Groves的“Principles of GNSS，Inertial，and Multisensor Integrated Navigation Systems”(第二版)(Artech House，2013年4月1日)，特別地，第638頁的章節(jié)15.3“Zero Updates”中描述的卡爾曼濾波器)來校正結果。

在一個示例中，處理器可用卡爾曼濾波理論根據以下等式來反復校正導航解：

預測的(先驗的)狀態(tài)估計：

預測的(先驗的)估計方差：

測量殘差：

新息(或殘余)協(xié)方差

最佳卡爾曼增益

更新后的(后驗的)狀態(tài)估計

更新后的(后驗的)估計協(xié)方差P_k|k＝(I-K_kH_k)P_k|k-1。

處理器迭代進行以上計算，以反復更新連續(xù)采煤機200的導航解。在一個示例中，基于提供卡爾曼濾波器的庫功能(諸如，控制系統(tǒng)工具箱中的Python庫pykalman、scipy、filterpy或Matlabkalman類)來確定以上矩陣的值。

圖4示出以信號總線402(諸如，CAN總線)的形式實現機器控制信號206的示例。信號總線402電耦合到控制輸出端口204和輸入端口210，以發(fā)送機器控制信號。當然，如果將要控制制動系統(tǒng)214，則信號總線402也電耦合到制動系統(tǒng)214。使用總線系統(tǒng)的優(yōu)點在于，INS 208的輸入端口210可容易地連接到信號總線402，而不需要對連續(xù)采煤機200的電子系統(tǒng)的現有構造進行任何修改。由于INS 208不需要通過CAN總線402發(fā)送數據，因此在INS 208中實現總線嗅探器以檢測特定標識符(諸如，針對“Brake_1”的二進制標識符和代表制動系統(tǒng)214被啟動的二進制數據值)是足夠的。

圖5更詳細地示出INS 208的結構。如上所述，INS 208包括輸入端口210，輸入端口210可連接到發(fā)送機器控制信號(諸如，包括地址和數據位的CAN總線信號)的信號總線402。INS 208還包括處理器502，處理器502對應于位置確定單元209并且連接到程序存儲器504(諸如，閃速ROM)和數據存儲器506(諸如，閃速R/W存儲器)。處理器502從內部傳感器508(諸如，光纖陀螺儀和加速度傳感器)接收傳感器數據并且基于當前位置和傳感器數據來計算位置更新。

輸入端口210連接到總線嗅探器510，當代表機器控制信號的預定數據分組(諸如，斷路啟動數據分組)到達總線時，總線嗅探器510在其輸出端生成二進制“1”。總線嗅探器510與運動傳感器512一起是與(AND)門514的輸入。在這個示例中，如果沒有檢測到運動，則運動傳感器512生成二進制“0”，二進制“0”被反相，之后到達與門514，使得二進制“1”指示根據來自總線嗅探器510的信號，可以進行零速修正。只有如果兩個輸入都是“1”，也就是說，只有如果總線嗅探器510檢測到斷路啟動分組并且運動傳感器512沒有檢測到運動，與門514的輸出才是“1”。與門514連接到處理器502，使得與門輸出端的二進制“1”觸發(fā)對INS位置的零速修正。

作為運動傳感器512的替代或輔助，可在連續(xù)采煤機上安裝也用作輸入端口210的輸入的立體多普勒雷達。雷達從挖掘機指向周圍環(huán)境。通過發(fā)送雷達信號并且測量其回聲，雷達系統(tǒng)提供平行于運動的軸上的速率信息。更特別地，雷達系統(tǒng)可測量與柱的壁的距離或者與位于采煤機前方的待采掘巖石內的斷層線的距離。處理器502可將這個信號與控制信號進行比較，以提高處理的精確性。例如，如果控制信號是“on”而多普勒雷達沒有檢測到運動，則這可指示驅動滑移并且導航系統(tǒng)保持靜止模式。這意味著，盡管機器控制信號是原本會禁用零速修正的“on”，但啟動零速修正。相反，如果多普勒雷達指示有運動，但控制信號是“off”，則這可指示無動力運動，并且應該允許導航系統(tǒng)跟蹤位置。這意味著，盡管機器控制信號是原本會指示啟動零速修正的“停止”，但禁用零速修正。

在另一個示例中，INS系統(tǒng)208使用連接到輸入端口210的輸入端的信標檢測器來跟蹤臨時信標。信標被安裝在礦中的靜態(tài)位置，這意味著，它們沒有隨連續(xù)采煤機200移動。信標可被安裝于已經修建的隧道的部分(諸如，頂棚或墻壁)或其他臨時結構(諸如，頂棚支承件)。系統(tǒng)208諸如通過發(fā)送特有標識符來獨立地識別信標。這些信標可使用可視、IR、或任何其他EM傳輸。連續(xù)采煤機200上的檢測器連接到輸入端口210并且可檢測并且識別信標，連同優(yōu)選地相對于信標的距離和角度。隨著連續(xù)采煤機200前進，可將額外的信標放在合適位置，從而傳遞輔助位置，并且舊信標被去除。使用信標，可去除導航中的許多錯誤，尤其是在長時間段前行(諸如，兩個不同區(qū)域的截割(驅動))之后，其中，處理器502可通過在移動離開之前該位置留下的信標的標識和位置，自動地將自身重新校準成新位置。

在又一個示例中，處理器502從通過旋轉激光掃描儀或類似物形成的區(qū)域的3D地圖中識別位置。這樣，處理器502可利用檢測到的特征(諸如，拐角)并且確定已經連同來自導航系統(tǒng)的真實世界位置一起被識別的之前檢測到的特征的列表中的匹配特征，識別機器相對于之前的采礦區(qū)域是在哪里。使用這個系統(tǒng)，可消除導航的任何誤差，尤其是在長時間段前行(諸如，兩個不同區(qū)域的截割(驅動))之后，其中，處理器502可通過在移動離開之前在該位置之前檢測到的特征的標識和位置，自動地將自身重新校準成新位置。

在連續(xù)采煤機200包括里程計的情況下，可通過CAN總線402發(fā)送里程計信號。在這個示例中，總線探嗅器510被視為通過忽略源自里程計的數據包，將里程計信號與INS 208的輸入端口210隔離。這可通過忽略所有帶“odometer_1”標識符的分組來實現。

還可諸如通過存儲在程序存儲器504上的合適程序代碼，將總線嗅探器510和與門514集成在處理器502中。在一個示例中，處理器502是微控制器，微控制器包括可直接耦合到總線402的多個A/D轉換器并且可通過軟件功能使用轉換后的數字信號以檢測斷路啟動分組。

圖6示出用于確定連續(xù)采煤機200的位置的方法600，該方法被以程序代碼形式存儲在非暫態(tài)程序存儲器504上并且由處理器502執(zhí)行。該方法先開始確定602連續(xù)采煤機200的初始位置。初始位置可以是初始化位置(諸如，連續(xù)采煤機200的已知絕對位置)或方法600的之前迭代中確定的位置。

然后，處理器502諸如通過對傳感器數據求積分以基于姿勢和速率執(zhí)行航位推測，基于初始位置并且基于來自一個或更多個慣性傳感器508的數據，確定604更新后的挖掘機位置。然后，處理器502執(zhí)行零速修正，以確定606挖掘機的校正后的位置。所確定的校正后的位置是基于總線402上的控制連續(xù)采煤機200移動的機器控制信號206。

圖6將被理解為用于導航程序的藍圖并且可逐步來實現，諸如，用諸如C++或Java的編程語言通過函數或類來表達圖6中的各步驟。然后，編譯所得的源代碼并且將其作為計算機可執(zhí)行指令存儲在程序存儲器504上。

雖然以上示例涉及的是零速修正，但本文中描述的方法和系統(tǒng)可同等地應用于執(zhí)行車輛運動傳感器輔助，更一般的是使用機器控制信號206作為輸入。例如，機器控制器202諸如通過針對速度設置“2”用地址“motor_1”和數據“0010”編寫總線分組，生成表示驅動推進系統(tǒng)312的電動機的絕對速度的控制信號206。處理器502接收這個數據分組并且諸如通過將卡爾曼濾波器的校正變量設置成“2”，將速度設置納入更新后位置的校正。

在零速修正的示例中，處理器502可諸如通過確定機器控制信號206指示連續(xù)采煤機200是靜止的并且運動傳感器508指示連續(xù)采煤機200是靜止的，基于機器控制信號206來確定連續(xù)采煤機200是否是靜止的。然后，處理器502在確定連續(xù)采煤機200是靜止的時執(zhí)行零速修正。

以下描述提供了關于INS系統(tǒng)208的更詳細信息，INS系統(tǒng)208包括連接到程序存儲器504、數據存儲器506、通信端口210的處理器502。處理器也可被稱為位置確定單元。程序存儲器504是諸如硬驅動、固態(tài)盤或CD-ROM的非暫態(tài)計算機可讀介質。軟件(也就是說，存儲在程序存儲器504上的可執(zhí)行指令)致使處理器502執(zhí)行圖6中的方法，也就是說，處理器502確定初始位置，基于來自傳感器508的傳感器數據的更新后的位置和基于總線402上的機器控制信號206的校正后的位置。術語“確定位置”是指計算表示位置的值。對于相關術語，也適用。

然后，處理器502可將所確定的任何位置存儲在數據存儲器506上，諸如，存儲在RAM或處理器寄存器上。處理器502還可借助通信端口210或單獨的通信端口(諸如，Wifi適配器)將所確定的位置發(fā)送到服務器(諸如，礦控制系統(tǒng))。

處理器502可從數據存儲器506以及從通信端口210接收數據(諸如，數據CAN總線402)。

在一個示例中，處理器502實時接收并且處理機器控制信號206。這意味著，每當從總線402接收到與機器控制信號206相關的數據分組時，處理器502確定位置，并且在總線402提供下一個機器控制信號數據分組之前，完成這個計算。

盡管通信端口210被示出為不同的實體，但要理解，可使用任何種類的數據端口(諸如，網絡連接、存儲器接口、處理器502的芯片封裝的引腳、或諸如IP套接字或存儲在程序存儲器504上并且由處理器502執(zhí)行的函數的參數)來接收數據。這些參數可被存儲在數據存儲器506上并且可按值或按引用進行操縱，也就是說，被作為源代碼中的指針進行操縱。

處理器502可通過所有這些接口來接收數據，包括對易失性存儲器(諸如高速緩存或RAM)或非易失性存儲器(諸如，光盤驅動、硬盤驅動、存儲服務器或云存儲)的存儲器訪問。

要理解，處理器502確定或計算隨后接收的數據可領先于任何接收步驟。例如，處理器502確定機器控制數據并且將機器控制數據存儲在數據存儲器506(諸如，RAM或處理器寄存器)中。然后，處理器502諸如通過提供讀信號連同存儲器地址向數據存儲器506請求數據。數據存儲器506將數據作為電壓信號提供到物理位線上并且處理器502借助存儲器接口接收機器控制數據。

圖7示出用于監(jiān)測并且控制地下礦100的計算機系統(tǒng)(諸如，包括iPad、Android平板等的平板計算機)。計算機系統(tǒng)700包括執(zhí)行安裝在程序存儲器上的軟件的處理器。計算機系統(tǒng)700接收連續(xù)采煤機的校正后的位置并且生成地下礦100的圖形表示702。圖形表示702包括代表連續(xù)采煤機200的圖標704。圖標704的位置是基于連續(xù)采煤機200的校正后的位置并且其根據校正后的位置相對于礦表示702進行設置。換句話講，計算機系統(tǒng)700接收表示校正后的位置的數據值并且將這些數據值變換成代表計算機系統(tǒng)700的屏幕上位置的像素值。

圖形表示702還包括用虛線示出的采礦計劃706。由于圖標704相對于礦計劃進行精確定位，因此操作人員可容易地控制連續(xù)采煤機200，以實現采礦計劃706所指示的計劃布局。例如，計算機系統(tǒng)700可顯示前進按鈕708和停止按鈕708。當操作人員啟動前進按鈕708時，計算機系統(tǒng)700生成針對連續(xù)采煤機200的控制信號，使得連續(xù)采煤機200在采礦計劃706所確定的方向上并且通過在圖3a至圖3c中的各階段進行自動循環(huán)，前進至煤層120。當連續(xù)采煤機200到達終點時，操作人員按下停止按鈕708，使連續(xù)采煤機200停止。

為了實現礦100的正確垂直布局，計算機系統(tǒng)700已經存儲煤層120的垂直尺寸并且生成用于控制擋柵218移動的信號。例如，如果煤層120向上傾斜，則調節(jié)擋柵218的移動極限，使得將截割滾筒216的最大和最小高度向上調節(jié)。由于連續(xù)采煤機200的位置得以校正并因此比其他現有系統(tǒng)更精確，因此對于采礦計劃706而言，圖標704的位置更精確。結果，可更精確地遵循采礦計劃706，從而導致更有效且安全地進行采礦操作，最終造成收益增加。

要理解，在整個本公開中，除非另外聲明，否則節(jié)點、邊緣、圖形、解、變量、撤離計劃等是指物理存儲在數據存儲器506上或者由處理器502處理的數據結構。另外，出于簡要的緣故，當引用特定變量名稱(諸如，“位置”或“信號”)時，要理解是指作為物理數據存儲在INS系統(tǒng)208中的變量的值。

實驗

滑動轉向遠程控制車輛適于提供合適現實縮放的移動測試平臺?；瑒愚D向根據運動輪廓、輪滑動和振動特性來采集CM動態(tài)中的大部分。該車輛還裝配有高精度RTK GPS，RTK GPS提供絕對地面實況位置參考。RTK GPS每秒更新20次并且具有好于2cm RMS的絕對位置精度。使用這個高精度絕對位置信息作為所有驗證實驗期間車輛的基線參考。該車輛還使用定制控制模塊，定值控制模塊允許車輛在閉環(huán)控制下自動導航至任務計劃。為了盡可能確?，F實的CM類似物，已經將發(fā)電機剛性聯接到底盤，以向平臺提供現實振動源。車輛的設計意味著，可提供更現實條件的天然的(即，未鋪面的)和粗糙的地帶和松散的礫石或煤表面上進行導航實驗以評估導航和速度傳感器。

在停采的煤礦進行CM導航系統(tǒng)的測試和驗證。在之前用于煤炭儲備并且具有殘煤的相當均勻表面層的區(qū)域中，部署所有驗證活動。在這個場所創(chuàng)建實驗，以結合來自定制開發(fā)的多普勒雷達傳感器的速率輔助信號來評估慣性導航系統(tǒng)的完全導航性能。實驗已經被設計成仿效CM通過切通來切割雙巷道驅動的動作。這個模式實際上看起來像是階梯，其中，長直驅動的巷道審慎地關聯針對長壁盤區(qū)的采礦計劃。

對于這個實驗，車輛設置在設計好的起始點并且允許INS完成全陀螺儀-羅盤對準。然后，使用東行航程、北行航程和所期望的最大車速的列表，將航圖基準點輸入控制系統(tǒng)中。在開始測試之前，將這些航圖基準點作為目標物理地標記在地面上。車輛只使用慣性導航解作為位置感測，自發(fā)地執(zhí)行任務。所行進的距離是900米并且需要1個小時來完成。在各角落自動地進行零速修正(ZUPT)，另外以各向前行進腿部上的20米間隔進行零速修正。記錄地面實況的RTK GSP數據。在同一天進行兩個完整、獨立的試驗，在沒有振動的情況下進行一個試驗，在用機載生成器提供振動源的情況下進行另一個試驗。還將導航數據連同機載相機供給的視頻一起進行實時流放。這可用于在Google Earth中查看覆蓋的區(qū)域的高分辨率照片，從而提供有效的場外可視供給。在虛擬采礦中心(Virtual Mining Centre)中實時地遠程顯示這個信息。通過將導航系統(tǒng)的輸出與記錄的RTK GPS輸出進行比較來估計得到輔助的慣性導航系統(tǒng)的完全導航性能?？擅靼?，數據集的吻合性高并且兩個蹤跡之間的差異幾乎是不能區(qū)分開的。

圖8示出對包括沿軌道誤差801和橫穿軌道誤差802的誤差的更深入分析的誤差圖線。x軸代表沿軌道距離并且y軸代表誤差。在這種情況下，假設GPS位置誤差不明顯，使得所有誤差都歸因于慣性導航系統(tǒng)。

本領域的技術人員應該理解，在不脫離權利要求書中限定的范圍的情況下，可對具體實施方式進行許多變形和/或修改。

應該理解，可使用各種技術來實現本公開的技術。例如，可通過安置在合適的計算機可讀介質上的一系列計算機可執(zhí)行指令來實現本文中描述的方法。合適的計算機可讀介質可包括易失性(例如，RAM)和/或非易失性(例如，ROM、盤)存儲器、載波和傳輸介質。示例性的載波可采取電、電磁或光學信號的形式，將數字數據流沿著局域網或公眾可訪問的網絡(諸如，互聯網)傳送。

還應該理解，除非如以下討論清楚地另外具體聲明，要理解，在整個說明書中，利用諸如“估計”或“處理”或“計算”或“運算”、“優(yōu)化”或“確定”或“顯示”或“最大化”等的術語是指計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置的動作和處理，該動作和處理用于處理并且將計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器內的被表達為物理(電子)量的數據變換成被類似地表達為計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他這種信息存儲、傳輸或顯示裝置內的物理量的其他數據。

本實施方式因此將被視為在所有方面都是例證性而非限制性的。