一种基于煤矿井下巷道矢量中心线的定位显示方法与流程

本发明涉及井工巷道的定位显示，特别涉及一种基于煤矿井下巷道矢量中心线的定位显示方法。

背景技术：

1、一般性井工巷道定位属于一维定位，即直线定位，用以展示在定位基站左，右两个方向的定位距离。此定位方式基本能覆盖井工巷道直线定位的场景，通过定位标签与定位基站左右射频进行tof(time of fly)定位，可以测算出标签到基站的距离和方向，再借助地图辅助点信息，可以表达定位标签相对于巷道起点，或基站左右方向的距离，从而实现井工巷道的一般性定位。

2、井工巷道图纸的特殊性：面向井工巷道场景的图纸，随着巷道的开掘、回填，其图纸变化的频次是较高的。对于图纸的更新、维护需要一种简单、方便、灵活的维护工具来满足图纸管理的需求。

3、切片图在初期凭借着其制作简单、加载速度快一度成为矿山信息系统首选的地图底图，但随着矿山信息化、智能化建设的不断深入，行业标准及矿山各专业领域对地图展示的实时性、丰富度、灵活性及准确性提出了更高的要求。矢量地图，具备将地理要素数字化的能力，支持对地图数据进行在线编辑、网络分析、空间分析，能够满足现代矿山信息化、智能化建设对图纸的各项要求，可扩展实现地图实时更新、避灾路线规划、导航、分层显示等应用。

4、对于一般性井工巷道定位，当采集到定位标签到基站的距离和相对方向，就可以在地图上显示定位标签的坐标。由于井下巷道布局相对复杂，想要在一些特殊场景(如路口、弯道、跨图层、比例偏差)实现较好的定位效果，需要依赖地图本身的要素进行辅助定位。

5、目前对于一般性井工巷道的定位显示，通常使用切片图为底图进行加载显示。包括以下流程：如图1对原始图纸的简单处理；如图2基于arcgis对cad图纸进行切片；如图3基于arcgisapi for silverlight对切片图进行渲染显示；维护辅助定位地图信息，包括：1、基站坐标，根据基站实际安装的位置，维护在地图上的坐标。与基站做定位的标签需要借助这一辅助点，加上”到基站的距离“和”相对方向“来换算成标签定位坐标。2、直线场景下定位坐标及方向，借助上述基站坐标，结合地图信息，需要维护一个辅助坐标(实际业务上称巷道起点坐标)来形成一条直线，并定义“左”“右”方向，用来表达定位标签相对于辅助点(巷道起点)，或基站左右方向的距离。3、非直线场景下定位坐标及方向，当两个定位基站不在同一直线(弯道、路口等第三方向的场景)需要在地图标注一系列辅助点，用做辅助定位。

6、现有技术方案缺陷包括：

7、1、地图更新不灵活，周期长；由于地图切片的环节需要使用到arcgisdesktop等相对专业性的软件，需要专业的地图工程师进行切图操作。现有技术方案下，一般是客户提供原始地图cad，由地图工程师切片处理完成后，再回传替换文件，地图更新周期在一个月左右。此流程不能满足客户对于地图实时更新的需求，在应对节假日地图检查等突发情况下十分被动，无法满足现代智能化矿山建设的需求。

8、2、地图不能分层展示图形及定位信息；对于多平面开采的矿井(特别是非煤矿山)，井下开采平面多且分布重叠，俯视投影图错综交织。由切片图形成的地图底图，无法较为方便的查看地图和分层筛选定位基站及标签信息。

9、3、定位依赖的辅助点运维工作量较大且展示效果一般；井下巷道布局是比较复杂的，岔路口、弯道的场景比较多，当两个基站之间的巷道为非直线，则需要维护辅助点，运维工作量较大。如果辅助点维护得不当，其定位坐标展示出错的概率极高，定位会飘至巷道外，影响定位效果。

10、4、定位业务相关信息无法与地图进行强关联；在井下定位业务实际开展中，基站位置、区域范围等业务数据随着工作面的开采、回填情况都在发生着变化，和地图的变化也是息息相关。但现有技术方案下，不能将地图与相关的业务数据进行绑定，在做关联数据的历史查询时，就有可能发生错误，不能满足客户对数据回放的准确性。

11、5、无法满足行业相关标准与智能化建设的要求；目前矿山安全类数据联网上传规范对于地图类源数据的格式提出了新的要求，如在《国家能源集团煤矿井下人员定位系统联网技术要求2021版》7.7地图信息类，明确提出了井下人员定位系统须提供arcgis ship格式的文件，包含了巷道中心线，巷道边线等线、面要素的数据。除此之外，矿山智能化建设在各场景、各专业下对地图也提出了更多的要求，如地图在线自动更新、避灾路线规划等。以上均是切片地图无法满足的要求。

12、6、企业运维成本的增加；每当地图有变化时，地图切片都需要地图工程师的参与，当面对多个项目的并发需求时，企业需要储备更多的工程师资源或者将任务进行外包处理。对于企业来说，是一项需要长期持续投入资源的运维工作。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于煤矿井下巷道矢量中心线的定位显示方法，以矢量边线和中心线作为底图进行地图展示，提高了地图信息的实时性，减少了辅助定位信息运维的工作量，提升了定位的展示效果。

2、本发明提供了一种基于煤矿井下巷道矢量中心线的定位显示方法，包括：

3、基于arcgis对煤矿井下巷道地图进行矢量转化并手动绘制中心线，得到矢量地图；

4、基于openlayers对所述矢量地图进行发布与web加载显示；

5、基于openlayers对中心线进行分组维护，确定巷道范围与巷道起点；

6、根据所述巷道范围与巷道起点并基于所述中心线计算定位卡坐标；

7、基于openlayers对中心线进行编辑；其中，所述编辑包括新增、删除和截断；

8、将基于中心线编辑形成的地图版本与定位数据进行关联；

9、根据所述定位卡坐标与基站的距离进行基于井下巷道地图投影比例换算，确定实际定位距离并进行显示。

10、进一步地，所述基于arcgis对煤矿井下巷道地图进行矢量转化并手动绘制中心线，得到矢量地图的步骤，包括：

11、获取井工巷道分布cad图纸，通过arcgis将cad中的dwg.ployline线数据导出到数据库，根据实际图纸情况将字段“mcmc”进行煤层名称的命名；

12、根据巷道边线手绘中心线，将所有中心线合并打断，在对巷道中心线设置拓扑规则，完成拓扑错误检查工作；其中，所述拓扑规则包括不能自相交，不能有悬挂。

13、打包形成hdbx.shp和hdzxx.sh两份数据。

14、进一步地，所述基于openlayers对所述矢量地图进行发布与web加载显示的步骤，包括：

15、完成地图首次制作后打包并上传压缩包，程序将hdbx.shp和hdzxx.shp数据分别写入表中；

16、通过读表将.shp数据转化为.geojson数据并封装为接口，前端基于openlayersapi对线数据、文字数据进行web加载显示。

17、进一步地，所述基于openlayers对中心线进行分组维护，确定巷道范围与巷道起点的步骤，包括：

18、基于openlayers api对碎片中心线段的点击吸附选中和框选选中，获取碎片线段id后，进行线段合并形成新id并将之前的id删除，由此得到新的线段；

19、将新的线段两个端点高亮显示，通过点选确认线段的起点，将此起点坐标进行存储，得到巷道范围与巷道起点。

20、进一步地，所述根据所述巷道范围与巷道起点并基于所述中心线计算定位卡坐标的步骤，包括：

21、获取巷道起点坐标(x1,y1)、基站坐标(x3,y3)、基站与巷道起点的距离d1、定位卡与基站的距离d2；

22、根据直线方程圆方程(x-x3)2-(y-y3)2＝d22，确定直线与圆的交点作为定位坐标(x2,y2)。

23、进一步地，所述基于openlayers对中心线进行编辑的步骤，包括：

24、新增：通过web页面操作，确定任一坐标进行载点吸附，将载点引申出来的连接线连接吸附至中心线，由此构成一条新的中心线端，后台程序拿到线段点数据后，在数据表中新增线段id进行存储；

25、删除：通过web页面操作，确定需要删除的线段进行吸附选中，后台程序拿到线段id后，在数据表中进行删除；

26、截断：通过web页面操作，在中心线上选择任一点位进行吸附，后台程序拿到坐标后，在数据表中插入线段id进行存储。

27、进一步地，所述将基于中心线编辑形成的地图版本与定位数据进行关联的步骤，包括：

28、记录每次对中心线的编辑，当有回放定位数据的需求时，获取回放时间结束的时间戳，还原此时间戳之前的中心线数据，形成对应时间的地图版本。

29、进一步地，所述根据所述定位卡坐标与基站的距离进行基于井下巷道地图投影比例换算，确定实际定位距离并进行显示的步骤，包括：

30、根据实际测量的基站与巷道起点的距离d4、通过计算的值d5，得到关系

31、根据上述比例换算定位标签与定位基站的测量距离，根据d2'＝k*d2实际定位距离并进行显示。

32、本发明的有益效果为：

33、1、面向客户的地图更新流程，提高了地图信息的实时性；本发明提出的基于巷道矢量中心线的定位显示及应用方法，是以矢量边线和中心线作为底图进行地图展示，只需要地图工程师在项目初始部署的时候进行地图制作，后续图纸更新可以由客户自行在系统上进行图形化的操作。大大提升了地图更新的灵活性和地图信息的实时性，十分有效地缩减了地图更新周期，减少了相关流程、人员的参与，提高了产品竞争力。

34、2、减少了辅助定位信息运维的工作量，提升了定位的展示效果；基于巷道矢量中心线的定位显示及应用方法，使得所有维护的基站坐标及定位标签的坐标都严格地落在矢量中心线上，即落在巷道边线的中央。这样基于中心线显示的定位效果，能够解决定位标签飘出巷道，轨迹回放穿墙的问题，为此用户只需要通过页面分组的方式维护中心线数据(基于openlayers对中心线进行分组维护)，不需要再结合直线和非直线场景设置一系列辅助定位坐标；另外矢量中心线的维护与定位逻辑强关联，如不维护则无法实现定位分析，在流程性上确保了中心线数据的完整性。避免了切片图定位，辅助点不维护、漏维护导致的定位飘离等不按实际行走的路线进行轨迹绘制的情况。

35、3、更能满足矿山定位领域下的实际业务需求；本发明基于巷道矢量中心线的定位显示及应用方法，能够实现中心线的在线编辑(基于openlayers对中心线进行编辑)，可以记录每一个编辑更新数据的时间。通过业务数据的产生时间与地图修改时间的匹配，能够将业务数据和地图版本进行关联，实现历史数据地准确查询。

36、4、更能适应现代矿山智能化建设的需要；现代智能化矿山建设的要求，一是对地图的实时性提出了更高的要求；二是对相关行业、企业标准对地图源数据格式提出了新的要求；三是矿山相关专业领域，如地理测绘、应急救援、辅助运输等专业对地图提出了巷道实时在线更新、应急逃生路线规划、路径偏移提醒、井下导航等场景化的应用。基于巷道矢量中心线的定位显示及应用方法都为上述要求提供基础的数据服务。

37、5、减少企业运维成本的投入；基于巷道矢量中心线的定位显示及应用方法通过实现面向客户的地图更新流程，能够减少企业对地图工程师的培养和储备，能够减少一定人力资源的投入。