[发明专利]一种实现露天矿山钻机钻杆实时高精度定位的方法

摘要

本次公开一种实现露天矿山钻机钻杆实时高精度定位的方法，涉及电子技术、高精度GPS定位应用领域，利用安装在钻机上的两个高精度GPS装置和电子罗盘设备，结合车载终端在设备初始化后，运行三维空间坐标转换算法和二维空间坐标转换算法，实现露天矿山钻机作业时钻杆的实时高精度定位。该方法改变了传统人工凭经验对孔的生产模式，解决了已有方法的精度不能保证及设备使用寿命问题。钻机的打孔精确度得到大幅度的提升，由此提高了爆破效果，提升了采矿的自动化水平。

主权项

一种实现露天矿山钻机钻杆实时高精度定位的方法，其特征是：利用安装在钻机上的两个高精度GPS装置A点(1)、B点(2)和电子罗盘(4)设备，经过设备安装、初始化、三维空间坐标转换算法和二维空间坐标转换算法结合车载终端实现；其中设备安装是：在钻机上安装车载终端(7)，高精度GPS装置A点(1)和高精度GPS装置B点(2)可安装在钻机上除钻杆O点(3)外的任意位置上，但A点(1)、B点(2)不能重合；电子罗盘(4)的安装需与钻机平台(6)平行，且方向与钻机的体态方向一致，安装在钻机驾驶室(5)内；将A点(1)、B点(2) 和电子罗盘(4)通过电缆连接到智能车载终端(7)上；其中设备初始化是：首先将钻机至于稳定水平状态，记录A点(1)、B点(2)设备中取出的坐标值，再通过高精度测量设备测量得到钻杆O点(3)的坐标值，连接电子罗盘，在钻机稳定水平状态时将其俯仰角赋为初始值，默认为零，最后将O点(3)坐标平移为（0,0），从而得到钻机在水平状态下的初始化坐标系；其中三维空间坐标转换算法是：将移动后的倾斜三维钻机坐标系统转换为瞬时钻机水平坐标系统，即把移动后的倾斜的三维钻机坐标系统O‑XYZ，转换到瞬时钻机水平坐标系统O‑X”Y”Z”，由于电子罗盘(4)的安装与钻机平台(6)平行，且方向与钻机的体态方向一致，假设电子罗盘(4)读出的纵向倾角和横向倾角分别为α和β（即钻机的倾角），首先绕X轴顺时针旋转β角，得到坐标系O‑XY”Z’，该坐标系绕Y”轴逆时针旋转α角得到过三维钻机固定坐标系原点且位于水平面的坐标系统O‑X”Y”Z”，两个坐标系存在旋转关系，旋转角为从各个旋转轴的正向来看，逆时针旋转角为正，顺时针为负，由移动后倾斜的三维钻机坐标系统O‑XYZ转换到瞬时钻机水平坐标系统O‑X”Y”Z”的转换矩阵为：；其中二维空间坐标转换算法是：利用初始化钻机水平坐标系统（即钻机坐标系统O‑xy）和瞬时钻机水平坐标系统（即大地坐标系统O'‑x'y'），计算钻杆点的瞬时坐标，首先已知B点(2)的钻机坐标和大地坐标，两个坐标系之间的旋转角度，可以列出公式：，，可求出sint、cost；利用已知A点(1)的钻机坐标、大地坐标，和sint、cost，可以列出如下公式，可以求出O点(3)的大地坐标，即钻杆点的瞬时坐标，。