第一篇：技術(shù)報(bào)告書

1.選址意見書復(fù)印件一份

2.電子圖刻錄一份

3.審批藍(lán)線圖原件一份

4.經(jīng)辦人身份復(fù)印件證一份

第二篇：技術(shù)報(bào)告書

技術(shù)報(bào)告書

編寫人：日期：

GPS實(shí)習(xí)技術(shù)總結(jié)

一、測(cè)區(qū)概況與任務(wù)概述

陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院位于西安市未央?yún)^(qū)文景北路19號(hào)。測(cè)區(qū)平均高程為海拔米，

第三篇：端幫采煤技術(shù)報(bào)告書

報(bào)告正文

（一）端幫采煤機(jī)在中國的發(fā)展前景 1 端幫采煤技術(shù)與端幫采煤機(jī)

1.1 概念介紹

1）端幫采煤技術(shù)

端幫采煤技術(shù)就是利用露天煤礦采場(chǎng)端幫出露煤層布置采煤設(shè)備進(jìn)行原煤開采的技術(shù)，不需要單獨(dú)進(jìn)行剝離或基建，能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量、最大化回收礦山資源并降低生產(chǎn)成本。整個(gè)系統(tǒng)的操作、維護(hù)全部在礦山外部地面完成,無需任何人員進(jìn)入巷道作業(yè)。伴隨著采煤設(shè)備的不斷更新，端幫采煤技術(shù)的工藝形式也在不斷變化，其主要的生產(chǎn)工藝為:端幫井巷工程采煤工藝、端幫螺旋鉆采煤工藝、端幫采煤機(jī)采煤工藝。

端幫采煤技術(shù)伴隨著露天開采的發(fā)展得到不斷發(fā)展，最早的端幫采煤技術(shù)受到技術(shù)裝備落后的限制，主要的形式即在露天煤礦端幫煤層布置巷道，在巷道之間留設(shè)保安煤柱。這種方式技術(shù)簡(jiǎn)單，相當(dāng)于露井聯(lián)采的生產(chǎn)工藝。螺旋鉆端幫采煤工藝在國外出現(xiàn)的較早，國內(nèi)在上世紀(jì)70~80年代開始在一些礦山應(yīng)用，由于受技術(shù)裝備的限制，該工藝生產(chǎn)能力小，生產(chǎn)效率低，在露天煤礦的應(yīng)用效果不太理想，但是由這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展而來的螺旋鉆采煤技術(shù)在國內(nèi)井工礦薄煤層開采中得到了廣泛的應(yīng)用。端幫采煤機(jī)采煤工藝是近幾年才出現(xiàn)的新型端幫采煤技術(shù)，端幫采煤機(jī)的切割部類似于井工礦的房柱式采煤機(jī)。端幫采煤技術(shù)隨著技術(shù)裝備水平的提高適應(yīng)能力不斷增強(qiáng)，在露天煤礦端幫煤開采、薄煤層開采方面有廣泛的應(yīng)用前景。端幫采煤主要技術(shù)特點(diǎn):a、提高了資源回收率，避免邊角及境界煤的丟失；b、煤層厚度適應(yīng)范圍廣，從0.7~ 6m；c、無塌陷開采，滿足保護(hù)區(qū)、環(huán)保區(qū)等特殊條件下的開采要求；d、生產(chǎn)能力大，生產(chǎn)效率不斷提高，端幫采煤機(jī)最大采深可達(dá)300m以上；e、可適應(yīng)破碎頂板、松軟底板、波浪形底板煤層開采；f、設(shè)備先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)無人工作面生產(chǎn)，自動(dòng)化控制；g、端幫采煤，不利于端幫邊坡穩(wěn)定；h、延遲內(nèi)排土場(chǎng)推進(jìn)，相對(duì)增大運(yùn)距。

2）端幫采煤機(jī)

端幫采煤機(jī)是一種露井聯(lián)合的新型采掘設(shè)備，是一種能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量，最大化回收礦山資源及降低生產(chǎn)成本的端幫開采技術(shù)。它適用于多煤層、薄煤層、地形復(fù)雜、剝采比大的不適宜全部剝離的礦山。尤其對(duì)內(nèi)排前的露天礦邊幫壓煤，可以有效地回采，提高整個(gè)礦山資源回采率。另外，在礦山露頭煤層的開采過程中，此系統(tǒng)可以在因露天礦剝離覆蓋層而形成的狹窄臺(tái)階上進(jìn)行開采，也可以根據(jù)煤層的分布，在露頭煤層周圍進(jìn)行端幫開采，還可以沿著煤層的走勢(shì)進(jìn)行溝壑開采以及在螺旋鉆開采過的煤層繼續(xù)開采。端幫采煤機(jī)對(duì)厚度在0.76～5.5m的煤層，有60～70%高回采率，對(duì)開采價(jià)值高的薄煤層有使用價(jià)值，是一種安全高效的端幫采煤設(shè)備。端幫聯(lián)合采煤機(jī)通常布置在待開采的煤層端幫前方的空地或臺(tái)階，即可對(duì)水平或傾斜等較復(fù)雜條件的煤層進(jìn)行開采，系統(tǒng)控制的截割頭由液壓缸通過推進(jìn)臂推入煤層進(jìn)行截割，被截割下的煤炭通過推進(jìn)臂系統(tǒng)運(yùn)出巷道，轉(zhuǎn)至外部的旁側(cè)地面堆放，最終在開采端幫形成一系列矩形斷面的平行巷道。

1.2 發(fā)展優(yōu)勢(shì)

1）安全：端幫采煤技術(shù)以安全生產(chǎn)為前提，端幫采煤系統(tǒng)操作控制可以在井口外部地面完成，無需人員進(jìn)入巷道，全礦生產(chǎn)人員以完成整套設(shè)備開采作業(yè)及維護(hù)的所有工作；

2）高效：用人少，產(chǎn)量高，適用面廣，可用于回收高價(jià)值的超薄煤層，可廣泛應(yīng)用于薄、中、厚煤層的回收；在美國自燃保護(hù)區(qū)，端幫采煤機(jī)成為開采較淺煤層的首選。對(duì)于0.7~6.4范圍的煤層端幫采煤機(jī)工藝的回采率能夠達(dá)到60%~75%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)中小型煤礦的回采率；

3）先進(jìn)：端幫采煤機(jī)配備人機(jī)智能操作系統(tǒng)，通過慣導(dǎo)系統(tǒng)可以全方位控制整個(gè)設(shè)備循環(huán)工作，監(jiān)視設(shè)備工況并進(jìn)行故障診斷；端幫采煤機(jī)將慣導(dǎo)系統(tǒng)定位與測(cè)姿技能很好的結(jié)合在一起，以保證在整個(gè)作業(yè)過程中，明確端幫采煤機(jī)推進(jìn)臂的方位及姿態(tài)，進(jìn)而很好的保證開采工作安全進(jìn)行，避免出現(xiàn)推進(jìn)臂刮幫等問題；

4）經(jīng)濟(jì)：有利于煤炭資源的回收，無需支護(hù)及大量建礦任務(wù)等工作，總成本低；

5）環(huán)保：端幫采煤機(jī)開采過程中對(duì)地表植被破壞程度低，符合國家資源、環(huán)境政策；

6）其它：端幫采煤機(jī)設(shè)備操作容易、維護(hù)簡(jiǎn)單。1.3 市場(chǎng)需求

由于露天煤礦的端幫、邊幫受邊界到界、邊坡穩(wěn)定等開采限制，出現(xiàn)了部分煤炭?jī)?chǔ)量不得不被放棄或剝采比大、優(yōu)質(zhì)煤出露慢的情況，致使露采成本變大，經(jīng)濟(jì)效益差。為此，煤炭產(chǎn)業(yè)部調(diào)整發(fā)展思路，堅(jiān)持效益優(yōu)先和價(jià)值導(dǎo)向，根據(jù)各露天煤礦實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營狀況，積極開展露天煤礦露井聯(lián)采、端幫采煤等新技術(shù)、新工藝、新裝備研究。

隨著煤炭行業(yè)降耗增效發(fā)展模式的需求，端幫采煤機(jī)的市場(chǎng)也越來越大。而且目前國內(nèi)使用的相關(guān)設(shè)備--聯(lián)合采煤機(jī)有80多套，全都是國外進(jìn)口的，更不用說真正意義上的端幫采煤機(jī)。我校正在研發(fā)制造無人智能重達(dá)230噸，是中國第一臺(tái)國產(chǎn)的端幫采煤機(jī)。

生產(chǎn)端幫采煤機(jī)不僅增加適用范圍，而且能夠降低成本。我國生產(chǎn)的端幫采煤機(jī)不僅技術(shù)比進(jìn)口設(shè)備先進(jìn)，且端幫采煤機(jī)的生產(chǎn)彌補(bǔ)了國內(nèi)生產(chǎn)的空白，振興了民族產(chǎn)業(yè)。

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)煤炭需求大幅增加，高速高效工作面得到快速發(fā)展，大功率采煤機(jī)市場(chǎng)需求日益增加，但在此之前采煤機(jī)生產(chǎn)能力仍然有限，這樣不僅不能真正的實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效工作面，而且回收率較低。端幫采煤機(jī)本身具有防滑坡、防砸功能。因此，在未來市場(chǎng)上，端幫采煤機(jī)有著不容小覷的市場(chǎng)需求。

第一、端幫采煤機(jī)的興起，有利于更快的提高露天礦資源回收率，節(jié)約國家資源，對(duì)于我國倡導(dǎo)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。近些年來，我國煤炭開采量仍舊保持高速增長(zhǎng)，煤炭產(chǎn)量仍然位居世界第一位，2013年的煤炭生產(chǎn)量從2009年的30.5億t增長(zhǎng)為37億t，到2014年，煤炭生產(chǎn)量初步估計(jì)為40億t。而2013年世界煤炭產(chǎn)量為66.9億t，中國占世界煤炭產(chǎn)量從2009年45.6%到2013年65%，按照這樣的消耗速度來計(jì)算，我國的煤炭開采年限將在100a左右，而擁有煤炭資源最多的美國則可以開采250多年。俄羅斯大于500年，德國為317年，印度為235年。我國煤炭的儲(chǔ)采比不但比世界主要采煤國家低，而且低于世界204年的平均水平。

第二、隨著我國露天開采技術(shù)水平的提高，并逐漸達(dá)到世界先進(jìn)水平，縱觀各種采礦工藝，如單斗—卡車開采工藝、單斗—自移式破碎機(jī)或半固定破碎站—帶式輸送機(jī)開采工藝和吊斗鏟倒堆開采工藝已經(jīng)在礦山得到了良好的應(yīng)用，端幫運(yùn)輸系統(tǒng)和露天采礦機(jī)也逐步的得到了業(yè)界的認(rèn)可和推廣，露天開采技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)熱點(diǎn)將是進(jìn)一步提高露天礦端幫資源回收技術(shù)。

第三、目前對(duì)露天礦端幫資源的開采已經(jīng)取得一些進(jìn)步，特別是那些深凹的金屬露天礦山，對(duì)端幫煤礦采用“掛幫開采”，已經(jīng)有很多成功的案例。通常都是采用擴(kuò)幫開采技術(shù)、平硐—溜井聯(lián)合后退式開采及井工開采方式。對(duì)于水平或者緩傾斜礦床的露天礦，由于內(nèi)部排土的存在，需要及時(shí)的對(duì)端幫資源進(jìn)行回收才能獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，否則很可能會(huì)造成永久性資源浪費(fèi)。對(duì)于大部分水平或緩傾斜的露天煤礦，對(duì)端幫資源的回收進(jìn)行了大量的研究，同時(shí)也取得了相當(dāng)多的成果，但仍然存在著資源回收率低、未能解決好端幫邊坡穩(wěn)定及塌陷的問題，在實(shí)際中并沒有得到大量的推廣應(yīng)用。因此對(duì)端幫采煤機(jī)的研發(fā)，不但對(duì)節(jié)約煤炭資源及提高資源利用率具有意義，而且對(duì)進(jìn)一步提高我國露天開采綜合技術(shù)水平有促進(jìn)作用。

1.4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其對(duì)煤炭行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，端幫采煤技術(shù)能夠有效的提高煤炭的回收率，本節(jié)主要從國外、國內(nèi)來講述端幫采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.4.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外對(duì)端幫開采的研究起步較早，特別是以美國為首的發(fā)達(dá)國家，專門開發(fā)了用于端幫采煤的端幫采煤機(jī)，并得到了廣泛的應(yīng)用。以美國SHM公司為代表的企業(yè)，1994年正式推出了用于開采露天礦端幫及露頭煤的聯(lián)合采煤機(jī)。SHM 端幫聯(lián)合采煤機(jī)是基于連續(xù)采煤機(jī)開采方法的端幫開采技術(shù)的集大成者，具備了簡(jiǎn)潔、安全、自動(dòng)化、模塊化、機(jī)動(dòng)性等多種特點(diǎn)，生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率都達(dá)到了很高的水平，能最大化回收礦山資源及降低生產(chǎn)成本。它是第一個(gè)露天開采和井工開采相結(jié)合，發(fā)揮設(shè)備最大效益的端幫采煤設(shè)備，能在露天礦臺(tái)階上直接開采水平長(zhǎng)度300m以內(nèi)、厚度0.76～5.5m的端幫煤。該機(jī)適用于開采煤體支撐性好，頂板中等穩(wěn)定、煤層平坦、起伏不超過12°、厚度不小于0.7 m 的煤層。作業(yè)時(shí)無需任何操作人員進(jìn)入巷道工作，采煤過程全部自動(dòng)完成，所有控制行動(dòng)均在地面完成。日常操作上也只需3、4 人即可完成。由于無需支護(hù)及大量建礦任務(wù)，因此經(jīng)濟(jì)性非常好。2007年，SHM被特雷克斯收歸旗下，此后又隨特雷克斯其他礦業(yè)產(chǎn)品線并入比塞洛斯，如今又成為卡特彼勒的一道獨(dú)特風(fēng)景，卡特彼勒稱之為露井聯(lián)合端幫采煤系統(tǒng)。無論在哪家旗下，近20年來，端幫聯(lián)合采煤機(jī)已經(jīng)在美國、俄羅斯、印度等國的數(shù)十座煤礦投入使用，經(jīng)過不斷改進(jìn)，其單洞開采深度已由最初的30m提高到300m，日產(chǎn)煤量最高可達(dá)7000t，月產(chǎn)量約為11萬t。

端幫采煤機(jī)對(duì)開采價(jià)值高的薄煤層有極大的使用價(jià)值，是一種安全高效的端幫采煤設(shè)備?；谶@一基礎(chǔ)，我國近些年正在對(duì)端幫采煤機(jī)進(jìn)行研發(fā)。

1.4.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

端幫采煤機(jī)技術(shù)對(duì)于提高我國煤炭資源的回采率以及薄煤層露頭煤的開采，具有重大意義。我國北方省市，特別是內(nèi)蒙古，陜西以及山西地區(qū)，擁有數(shù)量眾多的小型露天煤礦（年產(chǎn)60萬t至年產(chǎn)300萬t),端幫資源及露頭煤資源由于目前開采技術(shù)條件的限制，傳統(tǒng)的井工和露天開采方式都不能有效的回收這些資源，這些煤層不得不被放棄，造成資源的大量浪費(fèi)。如果考慮使用端幫開采技術(shù)，不但可以提高回采率，回收端幫壓煤，而且會(huì)給企業(yè)和社會(huì)帶來更多的聯(lián)動(dòng)效益。

我國至今還沒有端幫采煤機(jī)的應(yīng)用，業(yè)界對(duì)端幫采煤機(jī)的實(shí)用性和可靠性缺乏試驗(yàn)和研究。我們應(yīng)該在未來幾年內(nèi)逐步引進(jìn)試用并加以研究推廣。

隨著煤炭資源整合的推進(jìn)，在內(nèi)蒙古、山西、陜西等一些適宜進(jìn)行露天開采的礦區(qū)，井工轉(zhuǎn)露天的情況不斷出現(xiàn)，露天礦的規(guī)模和數(shù)量都得到了不同程度的增加。尤其在準(zhǔn)格爾礦區(qū)、神東礦區(qū)、河保偏礦區(qū)等西北部地區(qū)及西南部地區(qū)的昭通礦區(qū)、小龍?zhí)兜V區(qū)的一些露天煤礦，雖然煤層層數(shù)多但煤層厚度相對(duì)較大，端幫煤炭資源在資源儲(chǔ)量中將占有一定的比例。采用端幫采煤技術(shù)回收端幫煤炭資源，將有利于企業(yè)的發(fā)展。端幫采煤技術(shù)在我國雖然有應(yīng)用，但形式簡(jiǎn)單，技術(shù)落后，生產(chǎn)效率低，SHM端幫采煤機(jī)具有操作容易，維護(hù)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，在我國正處于廣泛的研究中。端幫采煤機(jī)定位與測(cè)姿的迫切需要

2.1 端幫采煤機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)

端幫采煤機(jī)一般由六個(gè)部分組成：截割部分、導(dǎo)向部分、推進(jìn)和運(yùn)輸系統(tǒng)、動(dòng)力卷盤系統(tǒng)、卸載系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。其中推進(jìn)和運(yùn)輸系統(tǒng)是整個(gè)端幫采煤機(jī)最具特色也是最重要的組成部分之一。重型液壓動(dòng)力站上的巨型液壓油缸負(fù)責(zé)將推進(jìn)臂組件和截割頭模塊推入或撤出煤層。推進(jìn)臂為密封矩形結(jié)構(gòu)，多節(jié)鉸接組成，其連接不涉及電氣及液壓連接件。除了承受推力和回撤力，推進(jìn)臂同時(shí)也是運(yùn)煤工具，推進(jìn)臂內(nèi)置了雙螺旋運(yùn)輸機(jī)，將截割下的煤炭運(yùn)輸?shù)酵獠康孛?，其密封結(jié)構(gòu)避免了污染。

端幫采煤機(jī)的截割部分由可更換、模塊化的電動(dòng)截割頭組成，根據(jù)煤層厚度不同，有不同規(guī)格的截割頭模塊可供選擇，但其截割頭寬度始終是有限的。開采過程中必須由控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制截割頭精確地沿煤層厚度進(jìn)行截割，避開巖石。端幫采煤機(jī)的地面部分有一個(gè)巨大的圓形卷盤，所有的動(dòng)力電纜、控制電纜、液壓管路、電機(jī)冷卻水管以及各種傳感器管路等，都鎧裝在高強(qiáng)度防砸的夾具內(nèi)，隨著采煤過程中推進(jìn)臂的推進(jìn)或回撤，沿著推進(jìn)臂側(cè)邊的凹槽向截割頭提供動(dòng)力，整個(gè)采煤過程中卷盤自動(dòng)完成管纜的收、放動(dòng)作。

2.2 端幫采煤機(jī)的測(cè)姿需求

由端幫采煤機(jī)的適用條件可知，端幫采煤技術(shù)在開采過程中沒有支護(hù)，端幫采煤機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)地多為地質(zhì)危險(xiǎn)地帶，尤其在破碎頂板、松軟頂板、節(jié)理發(fā)育頂板等地質(zhì)條件下作業(yè)時(shí)，有可能在開采過程中發(fā)生頂板冒落。在厚煤層的開采過程中，有可能出現(xiàn)數(shù)噸重的巖石從巷道頂部落下砸到推進(jìn)臂上。應(yīng)對(duì)這一情況，端幫采煤機(jī)對(duì)推進(jìn)臂的材質(zhì)與焊接技術(shù)都有較高的要求，SHM推進(jìn)臂由高強(qiáng)度耐磨高錳合金鋼制成，焊接由全自動(dòng)焊接機(jī)器人完成。當(dāng)石塊砸到推進(jìn)臂時(shí)，只需抽出推進(jìn)臂，用其他設(shè)備移開石塊，整個(gè)過程耗時(shí)不到幾分鐘。即使這樣，也會(huì)顯著降低工作效率，延緩采掘進(jìn)度。因此必須考慮在推進(jìn)臂沿采掘工作面向前推進(jìn)時(shí)應(yīng)避免碰到巷道頂板。

由端幫采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和作業(yè)特點(diǎn)可知，端幫采煤機(jī)在工作時(shí)要求推進(jìn)臂組件和截割頭模塊在采掘巷道內(nèi)必須沿直線推進(jìn)，誤差不能大于某一閾值，否則將會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)臂刮幫、割頂或臥底現(xiàn)象發(fā)生。但縱向可以沿煤層的走勢(shì)進(jìn)行起伏。

為實(shí)現(xiàn)截割頭的正確導(dǎo)向，保障推進(jìn)臂的推進(jìn)方向始終在一條直線上，端幫采煤機(jī)必須配備可靠的導(dǎo)向系統(tǒng)，即定位測(cè)姿系統(tǒng)。使得地面控制人員可以根據(jù)此系統(tǒng)返回的信息進(jìn)行導(dǎo)向，進(jìn)而用來調(diào)整截割頭模塊的轉(zhuǎn)向以及控制煤柱寬度，使得截割頭完全在煤層中進(jìn)行截割，避免割頂或臥底現(xiàn)象發(fā)生。

2.3 端幫采煤機(jī)定位測(cè)姿研究?jī)?nèi)容

端幫采煤機(jī)定位測(cè)姿研究?jī)?nèi)容是端幫采煤機(jī)推進(jìn)臂前端的姿態(tài)測(cè)量技術(shù)。推進(jìn)臂的姿態(tài)測(cè)量技術(shù)包括航向角、俯仰角和橫滾角的測(cè)量。根據(jù)端幫采煤機(jī)的工作原理可知，航向角是反映推進(jìn)臂推進(jìn)方向與工作面走向的角度，俯仰角是反映推進(jìn)臂與工作面的傾斜角度，橫滾角是反映推進(jìn)臂在與推進(jìn)方向垂直方向上相對(duì)工作面的傾斜角度。

以推進(jìn)臂前端的俯仰角、橫滾角和方位角為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在推進(jìn)臂沿采掘工作面向前推進(jìn)的基礎(chǔ)上可衍生出推進(jìn)臂的推進(jìn)軌跡，同時(shí)也為正確引導(dǎo)推進(jìn)臂沿直線推進(jìn)提供控制數(shù)據(jù)。端幫采煤機(jī)推進(jìn)臂的航向角、俯仰角和橫滾角的測(cè)量所采用的的坐標(biāo)系與傳統(tǒng)采煤機(jī)以采區(qū)地質(zhì)模型為參考坐標(biāo)系不同，它是以采掘工作平面為基準(zhǔn)的，所得到的數(shù)據(jù)均為相對(duì)定位數(shù)據(jù)。

端幫采煤機(jī)定位測(cè)姿過程中尤其要注意方位的精確性，如卡特彼勒的端幫聯(lián)合采煤機(jī)HW300就要求300m內(nèi)左右誤差不超過0.2°?，F(xiàn)有井下定位測(cè)姿技術(shù)

當(dāng)前GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)很廣泛地運(yùn)用于地面設(shè)備的定位之中，但由于地表的屏蔽，井下無法接收到GPS信號(hào)，因此井下設(shè)備的定位以及監(jiān)控亟需采用一種新的解決方法。3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位測(cè)姿技術(shù)

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位測(cè)姿技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于采礦工業(yè)的關(guān)鍵性技術(shù)之一。井下地形復(fù)雜，要有效地對(duì)環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，必須對(duì)移動(dòng)設(shè)備精確定位。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。

經(jīng)過各國研究者的共同努力，目前已經(jīng)有眾多節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制可用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其基本思路大致相同：在傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一定比例的特殊節(jié)點(diǎn)，這類節(jié)點(diǎn)或擁有較強(qiáng)的能量并可配備GPS系統(tǒng)，或可通過其他特定方式獲取自身坐標(biāo)，稱參考節(jié)點(diǎn)（reference point）、錨節(jié)點(diǎn)（anchor）或形象稱之為燈塔（beacon）。其他節(jié)點(diǎn)稱未知節(jié)點(diǎn)（unknown node），通過測(cè)量與參考節(jié)點(diǎn)的距離、角度，或依據(jù)相對(duì)位置關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)連通性進(jìn)行一定計(jì)算得出自身坐標(biāo)。通常分為距離測(cè)量、坐標(biāo)計(jì)算以及可選的循環(huán)求精三個(gè)階段。

上述基本過程中，通過測(cè)量與參考節(jié)點(diǎn)距離或角度進(jìn)行定位的方法屬于基于測(cè)距（range-based）的定位方法，而不通過測(cè)距距離、僅依據(jù)相對(duì)位置關(guān)系或網(wǎng)絡(luò)連通性來進(jìn)行定位的方法則稱之為無需測(cè)距（range-based）的定位方法。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位測(cè)姿技術(shù)應(yīng)用于端幫采煤機(jī)的缺點(diǎn)如下： 距離無關(guān)的定位算法是對(duì)節(jié)點(diǎn)位置的一種推測(cè)。絕大部分距離無關(guān)及其改進(jìn)算法依賴于節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)發(fā)和射頻通信半徑，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)自組織的多跳網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間的路由轉(zhuǎn)發(fā)本身就帶有一定的隨機(jī)性。射頻通信半徑受大氣傳播條件影響很大，和節(jié)點(diǎn)的硬件參數(shù)和電池電壓也有一定的關(guān)系。

AOA方法在測(cè)距過程中誤差較大，TOA的方法幾乎很難實(shí)現(xiàn)，由于節(jié)點(diǎn)功耗和硬件性能的限制，很難做到精確的時(shí)間同步。如果采用射頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間作為距離計(jì)算依據(jù)，節(jié)點(diǎn)間要做到納秒級(jí)的時(shí)間同步才能保證定位精度。但是，由于晶體振蕩器的漂移，納秒級(jí)的時(shí)間同步在硬件上實(shí)現(xiàn)十分困難。目前，到達(dá)時(shí)間差定位技術(shù)（TDOA）算法一般采用射頻和超聲波信號(hào)作為測(cè)距的載體，但是超聲波信號(hào)在空氣中衰減大的特性成了TDOA算法發(fā)展的瓶頸，其在近距離測(cè)量中是可行的，是精確的。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有定位算法中，都沒有將以下兩者結(jié)合起來改進(jìn)：

a.測(cè)距（基于距離的定位算法）或者是距離估計(jì)（距離無關(guān)的定位算法）；

b.定位方法：包括三角測(cè)量法和極大似然估計(jì)法。

3.2 CSS定位測(cè)姿技術(shù)

CSS（Chirp Spread Spectrum，線性調(diào)頻擴(kuò)頻）技術(shù)是由Chirp信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻的。Chirp信號(hào)是一種擴(kuò)頻信號(hào)，在一個(gè)Chirp信號(hào)周期內(nèi)會(huì)表現(xiàn)出線性調(diào)頻的特性，即信號(hào)頻率隨時(shí)間變化而線性變化。Chirp信號(hào)的頻率在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)會(huì)“掃過”一定的帶寬，所以Chirp信號(hào)又被形象地稱為“掃頻信號(hào)”。Chirp信號(hào)的掃頻特性可以應(yīng)用在通信領(lǐng)域，用以表征數(shù)據(jù)符號(hào)，達(dá)到擴(kuò)頻的效果。

CSS技術(shù)是一種時(shí)分多址（Time Division Multiple Address，TDMA）的定制應(yīng)用，利用脈沖壓縮使得接收脈沖能量非常集中，極易被檢測(cè)出來，提高了抗干擾和多徑效應(yīng)能力，有很好的魯棒性。CSS技術(shù)可以直接捕獲脈沖壓縮，從而利用鎖相環(huán)電路進(jìn)行同步，且脈沖壓縮技術(shù)有很好的抗頻率偏移特性，能滿足高可靠性和低功耗要求。

CSS定位測(cè)姿技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程中，定位技術(shù)分為相對(duì)定位和絕對(duì)定位兩種，絕對(duì)定位使元素的位置與文檔流無關(guān)，因此不占據(jù)空間。這一點(diǎn)與相對(duì)定位不同，相對(duì)定位實(shí)際上被看作普通流定位模型的一部分，因?yàn)樵氐奈恢孟鄬?duì)于它在普通流中的位置。如圖3-1所示表示的是CSS絕對(duì)定位。

圖3-1 CSS絕對(duì)定位示意圖 Fig.3-1 CSS absolute positioning schematic 3.3 地磁傳感器定位測(cè)姿技術(shù)

隨著地磁探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和地磁場(chǎng)模型的不斷完善，對(duì)地磁信息的測(cè)量精度越來越高，使用地磁與微慣性器件進(jìn)行組合姿態(tài)測(cè)量，可以利用地磁場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定，地磁傳感器無累積誤差、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)克服慣性器件的累積誤差問題，實(shí)現(xiàn)小體積、低成本、抗高過載的高精度載體姿態(tài)測(cè)量方案。

目前，世界上被用于磁場(chǎng)探測(cè)的磁場(chǎng)傳感器有超導(dǎo)量子干涉儀、質(zhì)子磁力儀、光泵磁力儀、磁通門磁強(qiáng)計(jì)、磁阻傳感器、霍爾傳感器等，其主要特點(diǎn)如表3-1所示。

表3-1 常用磁傳感器種類及特點(diǎn)

Tab3-1 types and characteristics of common magnetic sensors

超導(dǎo)量子干涉儀 質(zhì)子磁力儀 光泵磁力儀 磁通門磁強(qiáng)計(jì) 普通磁阻磁強(qiáng)計(jì) 非晶絲磁強(qiáng)計(jì) 量程（T）10-14~10-6 10-10~10-2 10-10~10-2 10-10~10-2 10-6~10-1 10-9~10-4

靈敏度（nT）

10-5 10-2 10-3 10-2 10 10-1

測(cè)量類型 矢量 標(biāo)量 標(biāo)量 矢量 矢量 矢量

響應(yīng)頻率（Hz）功耗（mW）

1M 1~10 1~10

1~10 1M 1M

— 1000 1000 1000 10 10(1)超導(dǎo)量子干涉儀

超導(dǎo)量子干涉儀的工作原理:當(dāng)兩塊超導(dǎo)體被一薄的絕緣層分開后，這兩塊超導(dǎo)體會(huì)構(gòu)成一個(gè)Josephson隧道節(jié)。根據(jù)量子力學(xué)原理，會(huì)有電子穿過這一絕緣層形成超導(dǎo)電流，當(dāng)在這一超導(dǎo)環(huán)路中加上一定的偏置電流后，便會(huì)發(fā)生宏觀的量子干涉現(xiàn)象，也就說超導(dǎo)回路中的電流會(huì)隨回路中外加磁通量的變化發(fā)生變化，并存在數(shù)學(xué)關(guān)系。超導(dǎo)量子干涉儀對(duì)磁場(chǎng)有極高的靈敏度，在弱磁探測(cè)領(lǐng)域有很高的實(shí)用價(jià)值，比如生物磁場(chǎng)測(cè)量和無損探傷等。

(2)質(zhì)子磁力儀

質(zhì)子磁力儀的工作原理:通過將探頭中富含氫質(zhì)子的酒精、煤油、蒸餾水等液體外加人工磁場(chǎng)使其氫質(zhì)子按規(guī)律排列，然后消去人工磁場(chǎng)，根據(jù)分析質(zhì)子在當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)作用下的自旋信號(hào)來反推磁場(chǎng)大小。質(zhì)子磁力儀測(cè)量精度高，主要應(yīng)用在高精度的地磁場(chǎng)的探測(cè)中，其測(cè)量的是標(biāo)量值，即總磁場(chǎng)大小。

(3)光泵磁力儀

光泵磁力儀的工作原理:氦、銫、氮等元素在特定條件下會(huì)產(chǎn)生光泵吸收現(xiàn)象(磁共振吸收現(xiàn)象)，通過測(cè)量共振的頻率即可測(cè)量當(dāng)前的磁場(chǎng)強(qiáng)度。光泵磁力儀的磁場(chǎng)分辨率比質(zhì)子磁力儀高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可到達(dá)10-3 nT，測(cè)得的也是總磁場(chǎng)強(qiáng)度，主要應(yīng)用在地磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)、磁場(chǎng)梯度測(cè)量和礦藏探測(cè)等領(lǐng)域內(nèi)。

(4)磁通門磁強(qiáng)計(jì)

磁通門磁強(qiáng)計(jì)采用一組以軟磁材料為磁芯的高導(dǎo)磁鐵芯線圈作為探頭，在飽和的激勵(lì)磁場(chǎng)的交替作用下，在探頭兩端會(huì)產(chǎn)生形式己知的周期性電磁感應(yīng)電壓，通過加以遠(yuǎn)大于高導(dǎo)磁鐵芯線圈飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的激勵(lì)磁場(chǎng)，可以將探頭的磁芯激勵(lì)至深度飽和狀態(tài)，這樣便可以將當(dāng)?shù)剌^微弱的磁場(chǎng)信息轉(zhuǎn)變?yōu)樘筋^兩端的交變電壓信號(hào)，通過對(duì)這一電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量就可以得到當(dāng)?shù)氐拇艌?chǎng)值。

磁通門磁強(qiáng)計(jì)相比超導(dǎo)量子干涉儀、質(zhì)子磁力儀和光泵磁力儀體積較小，而且使用時(shí)不需要較多支持設(shè)備，對(duì)磁場(chǎng)有較高的靈敏度，可以應(yīng)用在地磁場(chǎng)探測(cè)、導(dǎo)磁率測(cè)量等領(lǐng)域，盡管磁通門磁強(qiáng)計(jì)相比前面介紹的高精度磁力儀造價(jià)有所降低，但也高達(dá)數(shù)千元。

(5)磁阻傳感器

磁阻傳感器根據(jù)巨磁阻抗效應(yīng)(GMR)設(shè)計(jì)的一種磁場(chǎng)傳感器，巨磁阻抗效應(yīng)是指在納米級(jí)別的薄膜中，某些磁阻材料的磁電阻變化率較高的現(xiàn)象。因此磁阻傳感器一般是通過納米級(jí)別的超薄膜制備技術(shù)，在單晶硅等半導(dǎo)體平面制作磁阻式的惠斯通電橋來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)存在外部磁場(chǎng)時(shí)，磁阻發(fā)生變化，這樣通過測(cè)量電橋中的電壓信息便可得到外部磁場(chǎng)信息。

磁阻傳感器造價(jià)低廉、體積小，是一種全固態(tài)磁傳感器，被廣泛應(yīng)用在數(shù)字羅盤、姿態(tài)測(cè)量等領(lǐng)域內(nèi)。雖然磁阻傳感器的靈敏度稍低，大約在10nT左右，但這一靈敏度水平完全可以勝任對(duì)地磁場(chǎng)中低精度水平的測(cè)量。另外近幾年發(fā)展起來的基于非晶材料的巨磁阻抗效應(yīng)(GMI）的非晶材料磁傳感器己經(jīng)可以將靈敏度提升至0.1nT左右。

3.4 紅外測(cè)距技術(shù)

1）紅外測(cè)距儀

紅外測(cè)距儀主要由調(diào)制光發(fā)射單元、接收單元、測(cè)相單元、計(jì)數(shù)顯示單元、邏輯控制單元和電源變換器等部分組成,其光源通常為砷化鎵半導(dǎo)體發(fā)光二極管。當(dāng)有相當(dāng)大的電流正向通過砷化鎵二極管的P-N結(jié)時(shí)，P-N結(jié)里就會(huì)發(fā)射出波長(zhǎng)為0.72?m~0.96?m的近紅外光,這是由于在摻雜的GaAs半導(dǎo)體中電子-空穴復(fù)合時(shí)，過剩的能量以光子形式放出而產(chǎn)生的。而且所射出的光強(qiáng)會(huì)隨著注入電流的變化而變化。因此將它作為測(cè)距儀的光源,便可以通過改變饋電電流的大小對(duì)射出的光強(qiáng)直接進(jìn)行幅度調(diào)制,即這種半導(dǎo)體發(fā)光器件兼有“輻射”-“調(diào)制”雙重功能。

用于接收調(diào)制光的紅外光電探測(cè)轉(zhuǎn)換器件通常為硅光敏二極管或雪崩式光敏二極管,這些器件具有“光電壓效應(yīng)”。當(dāng)外來光照射到它的P-N結(jié)上時(shí),由于光電能量轉(zhuǎn)換的效應(yīng)能在P-N兩極產(chǎn)生一個(gè)電位差,其大小會(huì)隨入射光的強(qiáng)弱而變化,從而起到“退調(diào)制”的作用。

2）紅外測(cè)距原理

光電測(cè)距的原理是以電磁波(光波等)作為載波，通過測(cè)定光波在測(cè)線兩端點(diǎn)間的往返傳播時(shí)間△t，以及光波在大氣中的傳播速度c，則可求出兩點(diǎn)間的水平距離D＝C△t/2。光電測(cè)距儀可分為脈沖式和相位式兩種。

脈沖式光電測(cè)距儀是由測(cè)距儀發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，再由測(cè)距儀的接收系統(tǒng)接收，直接測(cè)定脈沖在待測(cè)距離上所用的時(shí)間t，即測(cè)量發(fā)射光脈沖與接收光脈沖的時(shí)間差，從而求得距離的儀器。脈沖式光電測(cè)距儀具有功率大、測(cè)程遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)距的絕對(duì)精度較低，一般只能達(dá)到米級(jí)，不能滿足地籍測(cè)量和工程測(cè)量所需的精度要求。目前具有高精度測(cè)距的是相位式光電測(cè)距儀。

相位式光電測(cè)距儀是將測(cè)量時(shí)間變成測(cè)量光在測(cè)線中傳播的載波相位差，通過測(cè)定相位差來測(cè)定距離的儀器。光源燈的發(fā)射光管發(fā)出的光會(huì)隨輸入電流的大小發(fā)生相應(yīng)的變化，這種光稱為調(diào)制光。隨輸入電流變化的調(diào)制光射向測(cè)線另一端的反射鏡，經(jīng)反射鏡反射后被接收系統(tǒng)接收，然后由相位計(jì)將反射信號(hào)(又稱參考信號(hào))與接收信號(hào)(又稱測(cè)距信號(hào))進(jìn)行相位比較，并由顯示器顯示出調(diào)制光在被測(cè)距離上往返傳播所引起的相位移。調(diào)制光往返程的總位移中為：

??N2?????2?(N???)2?對(duì)應(yīng)的距離值為：

D??2(N??N)

式中：N—調(diào)制光往返程總位移的整周期個(gè)數(shù)，其值可為0或正整數(shù)；?為調(diào)制光的波長(zhǎng)，?N???/2?，而??為不足一個(gè)整周期的相位移尾數(shù)。

相位式光電測(cè)距儀中的相位計(jì)只能測(cè)定全程相位移尾數(shù)??，而無法測(cè)定整周期數(shù)N。因此，在相位式光電測(cè)距儀中，可采取發(fā)射兩個(gè)或兩個(gè)以上不同頻率的調(diào)制光波，然后將不同頻率的調(diào)制光波所測(cè)得的距離正確銜接起來就可得到被測(cè)距離。其中較低的測(cè)尺頻率所對(duì)應(yīng)的測(cè)尺稱為粗測(cè)尺，較高的測(cè)尺頻率所對(duì)應(yīng)的測(cè)尺稱為精測(cè)尺。將兩個(gè)測(cè)尺的讀數(shù)聯(lián)合起來，即可求得單一的距離確定值。相位式光電測(cè)距儀與脈沖式光電測(cè)距儀相比，具有測(cè)距精度高的優(yōu)勢(shì)，目前精度高的光電測(cè)距儀能達(dá)到毫米級(jí)，但也具有測(cè)程較短的缺點(diǎn)。

紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波，因此，它不僅具有可見光直線傳播、反射、折射等特性，還具有微波的某些特性，如較強(qiáng)的穿透能力和能貫穿某些不透明物質(zhì)等。紅外傳感器包括紅外發(fā)射器件和紅外接收器件。自然界的所有物體只要溫度高于絕對(duì)零度都會(huì)輻射紅外線，因而，紅外傳感器須具有更強(qiáng)的發(fā)射和接收能力。

紅外測(cè)距儀屬于相位式光電測(cè)距儀，測(cè)距基本原理為紅外發(fā)射電路的紅外發(fā)光管發(fā)出紅外光，經(jīng)障礙物反射后，由紅外接收電路的光敏接收管接收前方物體反射光，利用高頻調(diào)制的紅外線在待測(cè)距離上往返產(chǎn)生的相位移推算出光束往返的時(shí)間△t，從而根據(jù)D＝C△t/2得到距離D。3）測(cè)距精度

光電測(cè)距的誤差來源可分為兩部分：一部分是由測(cè)定相位的誤差和儀器加常數(shù)的誤差所引起的測(cè)距中誤差。它與被測(cè)距離的長(zhǎng)短無關(guān)，對(duì)某一儀器，在某一外界條件下施測(cè)，其中誤差固定不變，故稱為固定誤差(或稱為常誤差)；另一部分是由真空中的光速值誤差、調(diào)制頻率誤差和大氣折射率誤差所引起的測(cè)距中誤差，它與被測(cè)距離的長(zhǎng)短成正比，故稱為比例誤差。

因此，光電測(cè)距儀的標(biāo)稱精度通常表示為?(A?BppmD)mm。其中A為固定誤差，B為比例誤差，ppm的意思是百萬分之一（10的-6次方），這個(gè)誤差與所測(cè)的邊長(zhǎng)有關(guān)，1ppm表示每公里潛在的誤差為1mm。光電測(cè)距儀按測(cè)量精度可劃分為I級(jí)|mD|?3?2?Dppm，II級(jí)3?2?Dppm?|mD|?5?5?Dppm，III級(jí)5?5?Dppm?|mD|?10?10?Dppm。

4）紅外測(cè)距儀應(yīng)用于端幫采煤機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

將紅外測(cè)距儀應(yīng)用于端幫采煤機(jī)時(shí)，可在推進(jìn)臂上沿垂直于推進(jìn)方向?qū)ΨQ安裝兩個(gè)紅外測(cè)距儀，實(shí)時(shí)測(cè)量推進(jìn)臂與巷道兩幫的距離并反饋給地面控制中心，控制中心再根據(jù)距離信息調(diào)整推進(jìn)臂的推進(jìn)方向使其沿直線推進(jìn)。紅外測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是便宜,易制,安全,其主要缺點(diǎn)包括以下兩個(gè)方面：

a、紅外測(cè)距儀測(cè)距需要向外發(fā)射紅外線并接受反射信號(hào)，因此紅外測(cè)距儀的紅外線發(fā)射器和接收器的安裝位置必然暴露在端幫采煤機(jī)推進(jìn)臂的兩側(cè)。但是井下環(huán)境極差，煤粉、塵土等容易將紅外測(cè)距儀的光發(fā)射器和接收器覆蓋住，導(dǎo)致紅外測(cè)距儀無法發(fā)射或無法接受測(cè)距信號(hào)。

b、光電測(cè)距的理想測(cè)距條件是反射表面光滑而產(chǎn)生鏡面反射，而井下巷道兩幫及不規(guī)則，容易產(chǎn)生漫反射，導(dǎo)致測(cè)距儀接收到的反射信號(hào)及其微弱，而且巷道空間狹小，易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，光反射路徑復(fù)雜，導(dǎo)致測(cè)距儀接收到的測(cè)距信號(hào)是經(jīng)過多次反射才到達(dá)測(cè)距儀的，而不是垂直于推進(jìn)臂方向的反射信號(hào)，測(cè)距精度難以保證。

3.5 慣性器件定位測(cè)姿技術(shù)

慣性導(dǎo)航理論基礎(chǔ)為牛頓力學(xué)基本定律，利用加速度計(jì)測(cè)量待定位物體相對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度，經(jīng)過兩次積分后得到移動(dòng)距離，從而確認(rèn)待定位物體的位置。

慣性技術(shù)是一門綜合了機(jī)電、光學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制以及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的技術(shù),用于對(duì)運(yùn)動(dòng)體的姿態(tài)和位置參數(shù)的確定。由于是根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行的測(cè)量,不需要與外界發(fā)生聯(lián)系,因此能夠在全球范圍內(nèi)和任何介質(zhì)環(huán)境里自主地、隱蔽地、連續(xù)的進(jìn)行三維定位和定向,廣泛應(yīng)用于航天、航空、航海、大地測(cè)量等領(lǐng)域,特別是慣性技術(shù)的高度自主性,使其在軍事上具有特殊的應(yīng)用價(jià)值。

慣性技術(shù)是在先進(jìn)科學(xué)理論和制造工藝支持條件下發(fā)展起來的。其基本理是利用加速度傳感器（加速度計(jì)）敏感載體的運(yùn)動(dòng)加速度,經(jīng)過積分獲得運(yùn)動(dòng)速度和位移;同時(shí)利用角速度傳感器（陀螺儀）敏感載體運(yùn)動(dòng)的角速度,經(jīng)積分后得到運(yùn)動(dòng)角度。慣性測(cè)量技術(shù)根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)地確定載體的位置、運(yùn)動(dòng)速度和姿態(tài)信息。但是由于敏感器件的誤差積累,難以在長(zhǎng)時(shí)間下獨(dú)立工作。慣性技術(shù)的研究重點(diǎn)在于增加慣性系統(tǒng)的可靠性和慣性器件的精度。

從結(jié)構(gòu)上講,慣性測(cè)量系統(tǒng)可以分為平臺(tái)式和捷聯(lián)式系統(tǒng)兩類。平臺(tái)式慣性系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)子陀螺的定軸性和進(jìn)動(dòng)性建立導(dǎo)航平臺(tái),加速度計(jì)安裝在平臺(tái)上,因此可以方便地讀取載體的姿態(tài)和速度信息,但實(shí)體平臺(tái)也增加了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度并降低了系統(tǒng)的可靠性。捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)的陀螺儀、加速度計(jì)和載體固連,利用慣性敏感器件輸出的載體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),通過計(jì)算機(jī)算法構(gòu)建載體運(yùn)動(dòng)的虛擬導(dǎo)航平臺(tái),得出載體的導(dǎo)航信息,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于維護(hù)。

隨著制造技術(shù)的進(jìn)步,不斷出現(xiàn)的慣性敏感器件也推動(dòng)著慣性技術(shù)的發(fā)展,用于平臺(tái)式慣導(dǎo)的動(dòng)力調(diào)諧陀螺漂移己達(dá)到0.01°/h,霍尼韋爾公司研制的靜電陀螺監(jiān)控器的漂移誤差小于10?4?/h。激光陀螺和光纖陀螺的出現(xiàn)掀起了慣性技術(shù)的一場(chǎng)革命,這種小體積、低功耗、高精度的慣性器件不斷完善,潛在優(yōu)勢(shì)逐漸顯露出來,取得越來越廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)了MEMS技術(shù)(微機(jī)械機(jī)電系統(tǒng)),MEMS慣性器件不僅具有體積小、重量輕、易于安裝、高可靠性、耐沖擊而廣泛應(yīng)用,而且易于大批量生產(chǎn),成本優(yōu)勢(shì)較大,隨著制造技術(shù)的進(jìn)步,MEMS器件的測(cè)量精度也越來越高,因此基于MEMS器件的慣性系統(tǒng)研究逐漸成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。

用于井下設(shè)備定位時(shí)，導(dǎo)航裝置安裝在端幫采煤機(jī)上，測(cè)量的是載體坐標(biāo)系上所受的比力情況，需要換算到導(dǎo)航坐標(biāo)系上再進(jìn)行處理，才能獲得有效導(dǎo)航數(shù)據(jù)。導(dǎo)航過程如圖3-2所示：首先，測(cè)得載體在坐標(biāo)系上所受比力的值fb，然后，根據(jù)載體的姿態(tài)獲得導(dǎo)航坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的變換矩陣Cn；接b（載體的姿態(tài)可根據(jù)陀螺儀推算）著計(jì)算出導(dǎo)航坐標(biāo)軸下的比力值fn，由于比力值包含自身所受重力加速度g，測(cè)量并減去當(dāng)?shù)刂亓铀俣群螳@得導(dǎo)航坐標(biāo)系下的移動(dòng)加速度an；最后通過積分運(yùn)算獲得速度和位置信息。

圖3-2 慣性導(dǎo)航原理圖

Fig 3-2 The Schematic of inertial navigation 端幫采煤機(jī)定位測(cè)姿技術(shù)發(fā)展前景

端幫采煤機(jī)在指定煤層向前掘進(jìn)時(shí)，通過推進(jìn)臂將截割頭推進(jìn)到采掘工作面，截割下的煤通過傳輸系統(tǒng)及時(shí)輸送到地面。一段采掘結(jié)束后推進(jìn)臂再向前推進(jìn)一段繼續(xù)采掘。為保證推進(jìn)臂始終沿工作面向前直線延伸，避免推進(jìn)過程中出現(xiàn)刮幫、割頂和臥底現(xiàn)象的發(fā)生，必須為推進(jìn)臂前端建立精確可靠的導(dǎo)向系統(tǒng)。

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下設(shè)備定位測(cè)姿系統(tǒng)需要在井下待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部署大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線通信方式形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。但是端幫采煤的掘進(jìn)巷道不采用支護(hù)，人員不進(jìn)入巷道，不能在巷道內(nèi)部署相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)。而且無線傳感器節(jié)點(diǎn)需要持續(xù)的能量供給，這一點(diǎn)在端幫采掘巷道也難以滿足。因此基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下設(shè)備定位測(cè)姿系統(tǒng)不能應(yīng)用為端幫采煤機(jī)。

基于CSS技術(shù)的井下定位測(cè)姿系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)顯示各個(gè)巷道和工作面人員及移動(dòng)設(shè)備的數(shù)量、分布狀況、活動(dòng)軌跡，查詢?nèi)我恢付ň氯藛T在當(dāng)前或指定時(shí)刻所處的區(qū)域、坐標(biāo)、活動(dòng)軌跡等信息。但其同樣需要在井下建立一定數(shù)量監(jiān)測(cè)分站和無線定位基站才能檢測(cè)出井下人員或設(shè)備等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精確位置和一些傳感控制信息。因此基于CSS技術(shù)的井下定位測(cè)姿系統(tǒng)也不能應(yīng)用為端幫采煤機(jī)的導(dǎo)向系統(tǒng)。

基于地磁傳感器的定位測(cè)姿系統(tǒng)是利用地磁場(chǎng)的變化來確定井下設(shè)備的位置姿態(tài)變化，它不需要事先在井下巷道中部署通信節(jié)點(diǎn)，而只需將地磁傳感器直接固定在需要定位測(cè)姿的設(shè)備上即可。但應(yīng)用地磁傳感器進(jìn)行定位測(cè)姿的最大就是精度問題，現(xiàn)有的用于探測(cè)磁場(chǎng)的磁傳感器的精度還不能滿足獨(dú)立定位測(cè)姿的精度要求。因此，基于地磁傳感器的定位測(cè)姿系統(tǒng)不能獨(dú)立應(yīng)用為端幫采煤機(jī)的導(dǎo)向系統(tǒng)。

基于紅外測(cè)距技術(shù)的定位測(cè)姿系統(tǒng)雖然具有精度高、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是紅外測(cè)距儀的精密測(cè)距依賴于發(fā)射和接受到正確的反射信號(hào)，在復(fù)雜的井下環(huán)境中很難保證測(cè)距儀接收到的反射信號(hào)不是經(jīng)過多次反射而獲得的信號(hào)，因而無法確保測(cè)距的可靠性。所以基于紅外測(cè)距技術(shù)的定位測(cè)姿系統(tǒng)也不能單獨(dú)應(yīng)用為端幫采煤機(jī)的導(dǎo)向系統(tǒng)?；趹T性技術(shù)的定位測(cè)姿系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：a.不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)，因而不受外界電磁干擾的影響；b.能提供連續(xù)實(shí)時(shí)的位置姿態(tài)信息，且地位測(cè)姿信息噪聲低；c.數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。同時(shí)基于慣性技術(shù)的定位測(cè)姿系統(tǒng)也有一些缺點(diǎn)，其最主要的缺點(diǎn)是由于位置姿態(tài)信息經(jīng)過積分而產(chǎn)生，定位測(cè)姿的誤差隨時(shí)間而增大，長(zhǎng)期精度差。但是將慣性技術(shù)應(yīng)用于端幫采煤機(jī)時(shí)，由于端幫采煤機(jī)作業(yè)的特點(diǎn)就是隨著采掘過程的進(jìn)展逐步向前延伸，因此可以通過零速更新算法及時(shí)的修正慣性器件隨時(shí)間增大的誤差，從而可以保證在整個(gè)采煤過程中的慣性系統(tǒng)定位測(cè)姿精度。所以將基于慣性技術(shù)的定位測(cè)姿系統(tǒng)應(yīng)用為端幫采煤機(jī)的導(dǎo)向系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景。

第四篇：西門康商用電磁爐技術(shù)報(bào)告書

西門康商用電磁爐技術(shù)報(bào)告書

1.所有爐具采用頂級(jí)304不銹鋼，面板1.2mm，側(cè)面1.0mm。

2.電磁矮湯爐線圈隔板選擇鐵錘敲不破的納米材料板，大大的改善由于微晶板易被撞（或壓）碎而導(dǎo)致漏水損壞線圈的問題（或納米板上加肖特微晶板）。

3.湯桶選用江門東方廚具產(chǎn)304不銹鋼耐厚底桶，桶身1.2mm厚，桶底3.0mm厚。

4.電磁小炒爐選擇德國肖特400mm直徑凹面微晶板，365mm直徑加熱線圈，加大加熱面積，使炒鍋不致過于集中鍋底加熱，設(shè)計(jì)一檔火力2.6KW，利于煮調(diào)味料不燒焦。采用2.0mm厚加厚雙耳手打熟鐵小炒鍋，利于控制炒鍋的舜間升溫過快和保溫，使炒菜效果更佳。

5.電磁扒爐采用耐高溫大線圈，保證扒板加熱面積大，耐高溫，加熱快且靈敏，經(jīng)“蒙自源”長(zhǎng)期使用證明可節(jié)省半個(gè)人工，效果極佳。

6.電磁煎爐用肖特微晶板加墊不碎納米材料板，既美觀又耐用。

7.全部產(chǎn)品爐芯主要配件IGBT、整流橋等采用西門康公司產(chǎn)品，技術(shù)指標(biāo)，超過正常需求的50%以上設(shè)計(jì)，達(dá)到保證優(yōu)秀的級(jí)別。

8.豐富優(yōu)異的防水經(jīng)驗(yàn)，落地爐具可以往任何角度直接沖水不損壞機(jī)芯，并設(shè)有冷凝水及油煙凝滴回流外泄系統(tǒng)、電路板防油、爐體防爬蟲進(jìn)入等設(shè)計(jì)。

9.炒爐、湯爐全部采用優(yōu)質(zhì)鋁合金把式齒輪傳動(dòng)檔位開關(guān)，可以滿足廚師用勺敲、用膝蓋頂?shù)拇肢E操作的要求，美觀耐用，更重要的是滿足廚師炒菜時(shí)大多數(shù)時(shí)間是無暇用手去調(diào)檔，只是用膝蓋頂，便利性更強(qiáng)。

10.拋鍋技術(shù)全球首創(chuàng)，獨(dú)到的鍋具距離檢測(cè)、電流變化保護(hù)、外面電網(wǎng)干擾保護(hù)、電路元件保護(hù)、功率輸出配合、濾波保護(hù)、欠過壓保護(hù)等IC編程設(shè)計(jì)。

其中2、4點(diǎn)為4、5星級(jí)酒店粵菜中廚行政總廚（廣東省星級(jí)酒店廚藝大賽兩項(xiàng)金獎(jiǎng)獲得者黃志勇先生）長(zhǎng)期使用提出的改良建議并實(shí)踐證明成功的方案。

目前我司是全國范圍內(nèi)唯一能將電磁小炒爐做進(jìn)4、5星級(jí)酒店粵菜中廚的商用電磁爐研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)。

德國西門康科技有限公司

第五篇：沉降觀測(cè)技術(shù)報(bào)告書

四期擴(kuò)建工程 沉降觀測(cè)技術(shù)報(bào)告書

中華人民共和國國家測(cè)繪局證書 證 書 等 級(jí) ：乙級(jí) 編號(hào) ：山東省工程測(cè)繪院 二零一一年十月

目錄

一、工程概況

二、執(zhí)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

三、水準(zhǔn)基點(diǎn)的設(shè)立及檢測(cè)

四、沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

五、沉降觀測(cè)周期

六、觀測(cè)精度及觀測(cè)值的平差計(jì)算

七、沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

八、監(jiān)控報(bào)警值、監(jiān)控預(yù)警值

九、結(jié)論

附錄

NO:1水準(zhǔn)基點(diǎn)位置示意圖

NO:2沉降觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)點(diǎn)間高差檢核成果表

NO:3沉降觀測(cè)點(diǎn)位置示意圖1NO:4沉降量統(tǒng)計(jì)表1NO:5沉降量、荷載、時(shí)間（S-P-T)關(guān)系曲線圖

張 張 張 １張１張

1一.工程概況

四期擴(kuò)建工程新建項(xiàng)目位于濟(jì)南市舜耕路院內(nèi)。建設(shè)用地地勢(shì)平坦。本工程為一新建筑物，建筑高度為180.00米?；A(chǔ)持力層為石灰?guī)r石層。

我院受建設(shè)方委托對(duì)該建筑物進(jìn)行了沉降觀測(cè)工作。

二.執(zhí)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

1.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ8-2007；

2.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《工程測(cè)量規(guī)范》GB/T50026－2007。

三.水準(zhǔn)基點(diǎn)的設(shè)立及檢測(cè)

水準(zhǔn)基點(diǎn)是整個(gè)觀測(cè)工作的基準(zhǔn)，為保證觀測(cè)值的可靠性，在施工區(qū)附近（變形區(qū)外）共布設(shè)了供沉降觀測(cè)使用的2個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)(YZ1～YZ2)，在施工現(xiàn)場(chǎng)南側(cè)穩(wěn)固的管架水泥墩上選擇一個(gè)固定點(diǎn)YZ1，在南側(cè)已穩(wěn)固的原有煙囪上選擇另一個(gè)固定點(diǎn)YZ2。其具體位置見附圖NO：1“水準(zhǔn)基點(diǎn)位置示意圖”。

高程系統(tǒng)為獨(dú)立高程系，分別由以上水準(zhǔn)基點(diǎn)構(gòu)成水準(zhǔn)閉合環(huán)，于

2010年9月16日進(jìn)行了初始值觀測(cè)，其后分別于2010年5月17日、2010年7月5日、2010年11月8日、2011年2月24日、2011年6月15日對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行了5次檢測(cè)工作，其檢測(cè)及穩(wěn)定分析結(jié)果見附表NO：2“沉降觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)點(diǎn)間高差檢核成果表”，從檢測(cè)成果分析來看，所有水準(zhǔn)基點(diǎn)在觀測(cè)期間均穩(wěn)定可靠，未發(fā)生任何失穩(wěn)現(xiàn)象,為觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供了可靠依據(jù)。

檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)：對(duì)各檢測(cè)周期的平差資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，水準(zhǔn)基點(diǎn)水準(zhǔn)線

路測(cè)量最大測(cè)站高差中誤差為0.1012mm(2010年9月13日觀測(cè)數(shù)據(jù))，統(tǒng)

計(jì)數(shù)據(jù)表明檢測(cè)精度完全滿足二級(jí)沉降觀測(cè)變形測(cè)量精度要求。

四.沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

我院根據(jù)該建筑物的結(jié)構(gòu)、地基及荷載特點(diǎn)并結(jié)合有關(guān)規(guī)范要求,對(duì)

本建筑物共布設(shè)了16個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)具體位置見NO:3“沉降觀測(cè)點(diǎn)位置示意圖”。

五.沉降觀測(cè)周期

我院根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，于2010年9月9日對(duì)本建筑物進(jìn)行了初始

值觀測(cè)工作，施工中建筑物每增加15米觀測(cè)了一次，于2011年9月9日進(jìn)行了最后一次觀測(cè)，本建筑物在主體施工期間進(jìn)行了15次觀測(cè)工作，封頂后進(jìn)行了7次觀測(cè)工作，目前共計(jì)進(jìn)行了22次觀測(cè)，共歷時(shí)356天。

六.觀測(cè)精度及觀測(cè)值的平差計(jì)算

1.根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ8-2007第3.0.4條表3.0.4規(guī)定：沉降觀測(cè)變形測(cè)量精度等級(jí)定為二級(jí)，觀測(cè)精度按二級(jí)沉降觀測(cè)變形測(cè)量精度即觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差≤±0.5mm。

2.水準(zhǔn)線路的觀測(cè)限差:

(1)水準(zhǔn)線路閉合差定為:f△h≤±1.0

(2)各測(cè)站視線長(zhǎng)度≤50m；

(3)測(cè)站前后視距差≤2米；

(4)前后視距差累積≤3.0m；

(5)視線高度≥0.6m。

3.觀測(cè)儀器：采用瑞士產(chǎn)徠卡數(shù)字式自動(dòng)安平精密水準(zhǔn)儀－DNA03，配合條碼式銦瓦水準(zhǔn)鋼尺施測(cè)，儀器標(biāo)稱精度：每公里往返測(cè)高差中誤差nmm(n為測(cè)站數(shù))；

±0.3mm/km，外業(yè)視距限差均由數(shù)字式水準(zhǔn)儀機(jī)載軟件進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)限差超限的數(shù)據(jù)已由儀器對(duì)該站超限數(shù)據(jù)刪除，當(dāng)場(chǎng)對(duì)該站數(shù)據(jù)進(jìn)行了返工重測(cè)。

4.觀測(cè)值的平差計(jì)算

每次外業(yè)觀測(cè)工作結(jié)束后將儀器內(nèi)存中的外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)下載進(jìn)計(jì)算

機(jī)后,用南京河海大學(xué)開發(fā)的專業(yè)控制網(wǎng)平差軟件 “建筑沉降分析系統(tǒng)ST4.3”軟件進(jìn)行平差計(jì)算各點(diǎn)的高程和精度。對(duì)平差后水準(zhǔn)線路測(cè)站高差中誤差不滿足二級(jí)沉降觀測(cè)變形測(cè)量精度（±0.5mm）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，立即返工重測(cè)，直至滿足精度要求為止，其后將各觀測(cè)點(diǎn)平差后的高程填寫在已定的統(tǒng)計(jì)表格中,計(jì)算累計(jì)沉降量及本次沉降量,并填明日期和施工情況等資料，最終形成沉降量統(tǒng)計(jì)表（附表NO：4）。

5.觀測(cè)精度統(tǒng)計(jì)：對(duì)各觀測(cè)周期的平差資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，觀測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)線路測(cè)量最大測(cè)站高差中誤差為0.1012mm(2010年9月13的觀測(cè)數(shù)據(jù))，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明觀測(cè)精度完全滿足二級(jí)沉降觀測(cè)變形測(cè)量精度要求。

七.沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.截止2011年6月15日最后一次觀測(cè)止，最大累計(jì)沉降量為

9.2mm(1-14＃觀測(cè)點(diǎn))，最小累計(jì)沉降量為4.2mm(1-7＃觀測(cè)點(diǎn))，最大沉降差為5.0mm(1-14＃觀測(cè)點(diǎn)～1-7＃觀測(cè)點(diǎn))，平均累計(jì)沉降量為5.8mm。

2.在最近2個(gè)觀測(cè)周期之間，可計(jì)算出最近時(shí)間段內(nèi)建筑物的平均沉降速率，經(jīng)計(jì)算在2011年2月23日～2011年6月15日，時(shí)間間隔為112天，其平均沉降量為1.0mm，平均沉降速率為0.009mm/天。

3.經(jīng)計(jì)算至最后一次觀測(cè)(2011年6月15日)止，相鄰柱基的最大沉

降差為4.7mm（1-14＃觀測(cè)點(diǎn)～1-15＃觀測(cè)點(diǎn)，該兩點(diǎn)相鄰柱基的中心距為7510mm）。

4.沉降量、荷載、時(shí)間（S-P-T)關(guān)系曲線圖分析

從沉降曲線的分布情況來看，1-14＃觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線與其余觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線相比存在一定離散現(xiàn)象，表明該觀測(cè)點(diǎn)區(qū)域地基土壓縮模量小于其余觀測(cè)點(diǎn)區(qū)域地基土壓縮模量。

從沉降曲線的沉降趨勢(shì)來看，觀測(cè)點(diǎn)沉降曲線在2011年4月中旬以后開始逐漸趨緩，表明建筑物基礎(chǔ)在2011年4月中旬以后開始逐步進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段。

八.監(jiān)控報(bào)警值、監(jiān)控預(yù)警值

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007－2002第5.3.4條規(guī)定：對(duì)砌體承重結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑物相鄰柱基的沉降差，變形允許值≤0.002L，取規(guī)范變形允許值為監(jiān)控報(bào)警值。取監(jiān)控報(bào)警值的70%作為監(jiān)控預(yù)警值，即建筑物相鄰柱基的沉降差監(jiān)控預(yù)警值≤0.0014L（0.002L*70%=0.0014L）［L為相鄰柱基的中心距離（mm）］。

九.結(jié)論

1.由沉降分析可以看出:在觀測(cè)期間該建筑物的相鄰柱基的最大沉降差為4.7mm（1-14＃觀測(cè)點(diǎn)～1-15＃觀測(cè)點(diǎn)，該兩點(diǎn)相鄰柱基的中心距為7510mm），建筑物相鄰柱基的沉降差監(jiān)控預(yù)警值為：0.0014×7510mm＝10.51mm；監(jiān)控報(bào)警值為：0.002×7510mm＝15.02mm，最大沉降差約為監(jiān)控預(yù)警值的44.7%(即4.7mm÷10.51mm≈44.7%)；約為監(jiān)控報(bào)警值的31.29%(即4.7mm÷15.02mm≈31.29%)，由此表明本棟建筑物在整個(gè)觀測(cè)

期間，建筑物地基變形值小于監(jiān)控預(yù)警值及監(jiān)控報(bào)警值。

2． 根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ8-2007規(guī)范要求：“當(dāng)最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/天，可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定階段，具體取值根據(jù)各地區(qū)地基土的壓縮性能確定”，根據(jù)本工程基礎(chǔ)情況，取最后100天的沉降速率小于0.02mm/天作為進(jìn)入穩(wěn)定階段的標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)最后100天的沉降速率小于0.02mm／天時(shí)才能停止觀測(cè)工作。最后一次觀測(cè)時(shí)(2011年6月15日)，建筑物裝修結(jié)束已有112天，即靜荷載加載完畢112天,且在最近兩個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)(即2011年2月23日～2011年6月15日,時(shí)間間隔為112天),本棟建筑物的平均沉降速率為0.009mm/天，小于0.02mm/天的停測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，表明本棟建筑物已完全進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段,根據(jù)規(guī)范要求可以停止本棟建筑物的沉降觀測(cè)工作。