重大進展特刊┃平頂山中選自控：“磁耘”智能精確定位系統在李家壕選煤廠的應用

2025年03月27日 16:25 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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重大進展特刊

為宣傳推廣煤礦智能化建設先進經驗和創新成果，發揮典型示范引領作用，《智能礦山》于2025年第2期策劃出版了《2024年煤礦智能化重大進展成果特刊》，刊登代表新時代煤礦人創造性實踐和智慧結晶的11項智能化建設成果，以饗讀者。

文章來源：《智能礦山》2025年第2期“2024年煤礦智能化重大進展成果特刊”

第一作者：武文，高級工程師，現任平頂山中選自控系統有限公司單位智能化部經理，主要從事選煤廠的自動化、智能化的工程實施工作。E-mail：22564358@qq.com

作者單位：平頂山中選自控系統有限公司

引用格式：武文，宋文軒，魏二強，等.“磁耘”智能精確定位系統在李家壕選煤廠的應用[J].智能礦山，2025，6(2)：34-39.

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選煤廠主廠房、篩分破碎車間等建筑內的大型設備立體空間結構復雜、遮擋嚴重，變頻電氣設備存在大量諧波及電磁干擾。現有定位技術在選煤廠內部應用存在多種問題，定位精度低、藍牙技術覆蓋范圍小、基站部署和施工復雜，因此，選煤廠人員定位系統一直未能規模化應用。

基于地磁技術的人員精確定位技術，利用地磁場空間分布的差異性實現人員位置跟蹤。研發出空間固有磁場特征的多源融合室內外一體化智能精確定位系統（簡稱“磁耘”智能精確定位系統）。“磁耘”智能精確定位系統結合選煤廠特點，融合慣導、藍牙、地圖匹配、北斗等定位技術，可實現室內室外一體化無縫銜接，通過定位卡定位，以及通過對講、執法終端、智能手機等定位，滿足選煤廠亞米級定位精度的需求。

“磁耘”智能精確定位系統主要研究內容

（1）專用地磁信息采集裝置

研發出1套專用地磁信息采集裝置，實現數據高質量采集，并優化數據采集策略，為地磁高精度定位提供數據支持，提高選煤行業上應用的穩定性、可靠性和適應性。

（2）基于智能手持終端的定位軟件

研發出1套基于智能手持終端的定位軟件，可實時采集智能手持終端內的磁傳感器、加速度計和陀螺儀等傳感器信息，掃描環境中藍牙廣播信息，完成傳感器和藍牙信息組合，通過4G/5G網絡實時高可靠上傳至定位服務器，通過定位引擎軟件完成位置計算。

（3）多源融合智能精確定位方法

構建1套以地磁定位為核心的多源融合定位方法（地磁定位+慣導定位+藍牙定位+北斗定位等），根據不同應用場景、不同定位需求，采用粒子濾波算法，融合地磁定位與藍牙定位、北斗定位等技術，根據不同需求，配置不同定位算法模塊，并隨環境和狀態改變自動切換，滿足選煤廠在不同區域不同定位精度的需求，實現全廠定位過程的智能化、人性化管理。

（4）基于3D可視化模型的定位系統

依托國能包頭能源有限責任公司煤炭洗選分公司李家壕選煤廠（簡稱李家壕選煤廠）的實際環境，完成高精度地磁數據測繪，測繪現場磁場數據進行降噪優化、提取特征等處理過程，得到高精度的地磁圖。研制出1套基于智手持能終端的定位系統，將地磁圖坐標與三維可視化平臺模型坐標進行對準，完成與三維可視化平臺的接口調試，實現三維平臺上的可視化展示，并可與智能照明、視頻監控等系統聯動。

“磁耘”智能精確定位系統技術創新

（1）研發了標準化、易操作的磁場采集工具和磁圖構建技術，保證了磁場采集的效率和質量，實現了磁場地圖坐標與3D平臺模型坐標的快速準確校準，為在3D模型上可視化展示提供技術支持。

（2）通過軌跡連續推算，輸出位置穩定可靠，無“盲區”，實現了樓層準確切換，樓層間不漂移，不受遮擋和干擾，適應性強，首次實現了選煤廠人員管理全區域、全員、全程追蹤的能力。

（3）結合洗煤廠的工藝特點，提出將地磁定位技術、藍牙定位技術、PDR技術、衛星定位技術等多種定位技術融合的智能定位方案，為選煤廠提供了多樣化、個性化的定位跟蹤服務，實現了定位系統的全流程、全方位覆蓋。

（4）設計了多源融合定位算法的融合策略，根據各傳感器數據，自動選擇配置不同的定位算法模塊，滿足廠房內外、存在式定位場景、精確定位場景、輸煤棧橋等多樣化的定位場景需求，實現了在選煤廠的首次應用。

“磁耘”智能精確定位系統技術難點

3.1 標準化磁場采集工具和磁圖構建

為高精度標準化高效采集選煤廠地磁圖，研制出基于激光雷達的專業地磁信息測量采集裝置如圖1所示。地磁信息測量采集裝置由無磁小車、激光雷達、磁傳感器、工控板等組成。無磁小車是磁圖測量裝置的載體，所有設備都安裝在無磁小車上，由人推小車在測量場地內行走，實現位置和磁場數據的同步采集。以車作為載體，避免將人為操作習慣差異導致測量誤差引入到采集過程中；激光雷達，通過SLAM技術實現室內地圖及位置信息的測量，定位精度優于0.1m；磁傳感器用于測量磁場信息，磁場數據、激光雷達數據在工控板內進行同步和存儲。

圖1 磁圖測量裝置

激光雷達記錄的采集路線如圖2所示，底圖為激光雷達生成的平面點云圖。通過采圖裝置可獲得采集路線上的地磁場數據，通過雙線性插值方法，將原始磁場數據均勻網格化，得到路線上均勻分布的磁場數據，均勻網格化后的地磁場等值線分布如圖3所示，網格化磁場三維剖面如圖4所示。

圖2 激光雷達記錄的采集路線

圖3 均勻網格化后的地磁場等值線分布

圖4 網格化磁場三維剖面

3.2 一體化精確定位手持智能終端

室內外一體化定位主要由室內定位、室外定位以及室內外判別3部分組成。基于手持智能終端的室內外一體化高精度多源融合定位架構和室內外判別方法，現場人員無需攜帶專用定位卡，通過手持智能終端實現室內外一體化定位，提高了人員定位系統在選煤廠應用的靈活性，室內外定位判別方法如圖5所示，室內外一體化多源融合定位系統架構如圖6所示。

圖5 室內外定位判別方法

圖6 室內外一體化多源融合定位系統架構

李家壕選煤廠地磁定位精度測試

選擇李家壕選煤廠主廠房1~6層為測試地點，以1層、3層為具體事例，測試路線如圖7所示，按照以下4個步驟測試地磁定位精度。

（1）測試路線選擇用于定位測試的關鍵點位，1~6層共82個測試點位，其中1層和3層關鍵點位標識如圖8所示，記錄所有測試點位的實際位置坐標。

（2）測試人員佩戴好定位終端，按照如圖7所示軌跡行走。

圖7 地磁定位精度測試路線

（3）完成后提取定位軌跡，得到測試人員經過測試點位附近時候的位置坐標，并和測試點位實際坐標對比，計算定位誤差。地磁定位精度測試點位如圖8所示。

圖8 地磁定位精度測試點位

（4）地磁定位精度測試點位定位軌跡路線如圖9所示，依據測試結果計算出定位結果和實際行走路線吻合，以44號位置參考點為例，實景和三維對比如圖10所示。

圖9 地磁定位精度測試點位定位軌跡路線

圖10 44號位置參考點實景和三維對比

分析測試數據，地磁定位精度統計方式采用定位誤差均值、1σ指標（66.7%概率落點范圍）2種方式，82個測試點位的定位誤差如圖11所示，累積誤差概率分布如圖12所示，定位誤差統計見表1，90%以上的點位誤差小于1m。

圖11 地磁定位精度誤差

圖12 地磁定位累積誤差概率分布

表1 地磁定位精度統計結果

“磁耘”智能精確定位系統功能

基于地磁定位技術的選煤廠人員定位系統設備組成如圖13所示，主要包括智能終端（硬件設備）、定位引擎（軟件算法）和三維可視化平臺，具體包括7個方面的功能。

圖13 “磁耘”智能精確定位系統組成

（1）實時查看生產區域內人員分布

通過地磁人員定位系統在3D模型實時查看工作區域內人員數量統計、位置顯示、人員跟蹤；查看各區域人員出入工作區域時刻、出入重點區域時刻等信息，并生成報表；查看系統報警事件及處理情況；關聯監控大屏幕，全面展示關鍵數據，實現選煤廠的智能化安全管理，人員分布實時監控界面如圖14所示。

圖14 人員分布實時監控界面

（2）異常報警

當工作人員出現異常情況，可通過定位終端向系統發出報警求救信號，平臺監控界面立即顯示出報警提示，第一時間掌握警報發出人和所在地點，提升應急響應效率；增加了墜落等人員異常行為識別和報警，進一步完善SOS報警和響應機制；實現了基于人員定位系統的聚集風險監測預警功能，有效識別和跟蹤進入生產區以及特定區域的人員位置，對人員聚集和人員離崗、串崗、越界、靜止、缺員、消失等違規行為進行監控報警，并輔助特殊作業全過程管控。

（3）路線管理

可視化展現人員行走軌跡、歷史軌跡，隨時調看人員出入工作區域的記錄，直觀展示企業生產和運行情況，歷史軌跡界面如圖15所示。

圖15 歷史軌跡界面

（4）電子圍欄

電子圍欄系統提供靈活的配置選項，允許用戶根據自身實際生產需求和情況，定制不同的報警方式。用戶可以在系統中定義限制區域，根據具體需求進行劃定。通過系統的電子地圖功能，用戶可快速設定電子柵欄，并設置其生效時間和作用區域。

（5）逃生路線推送

當作業現場出現緊急情況時，定位系統會自動為用戶進行報警，并實時推送逃生路線。

（6）人員定位系統與智能照明系統聯動

照明系統采用了智能控制技術，與人員定位系統聯動后，實現“人來燈亮，人走燈滅”的功能。智能控制功能提供了便利的照明體驗有助于節能和環境保護。

（7）人員定位系統和視頻監控報警聯動

人員定位系統提供了第三方開發接口，支持與現有視頻監控系統的集成和聯動。通過結合電子圍欄和實時定位數據，系統實時切換跟蹤人員的攝像頭畫面，實現視頻聯動功能。

結語

“磁耘”智能精確定位系統免基站安裝、維護簡單、不易受遮擋和金屬干擾，適合復雜多高度平臺的選煤廠人員定位管理和應用。經實際測試驗證，定位精度優于1m，滿足選煤廠人員精確定位需求。系統增加了人員意外跌落、昏迷等自動報警功能，為人員安全提供更多保障。“磁耘”智能精確定位系統也可在其他工業場景推廣應用，提供了復雜工業場景人員精確定位的穩定、高效且抗干擾的解決方案。

“煤礦智能化重大進展發布會”自 2021年開始，至今已舉辦4次，發布會吸引了眾多煤礦智能化建設領域的專家及科研、工程技術人員，成為展示煤礦智能化建設成果，交流煤礦智能化科技成果的盛會。

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