数字底板的生成方法及装置与流程

1.本技术涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种数字底板的生成方法及装置。


背景技术：

2.随着煤炭行业现代化技术的发展，煤炭开采对信息化、智能化、自动化的需求也日益增多。在煤矿综采作业中，采煤机作为综采工作面的核心设备，使其自动化、智能化的规划割煤路径的研究对实现智能化开采具有重要的意义。
3.智能化要求采煤机可以在切割煤层时根据煤层条件和自身状态实现自动调整，即所谓的采煤机路径规划。要实现路径规划首先需要通过分析工作面刮板运输机上每个刮板的历史位姿信息变化，从而判断路径走向，给出后续正确的割煤路线。
4.图1是采煤工作面中的刮板设备，在采煤工作面中通常有150-200个左右的刮板拼接起来形成采煤机的移动轨道，该轨道被称之为刮板运输机。而数字底板是作为刮板的数字化表示，即采煤过程中由于采煤机自身重量和振动对刮板造成的位姿影响的记录，是实现路径规划的重要的环节。
5.图2是采煤机和刮板运输机之间的位置关系示意图，如图2所示，采煤机在工作面割煤时，由于工作面地表的平整度、液压支架成组推移时的误差等原因，在刮板向前被推移时，刮板的位姿会被改变，而且改变后的结果更是难于被直接、精确的测量。采煤机是坐落在刮板运输机上，由采煤机的左、右滑靴进行支撑，所以刮板运输机的整体位姿将决定采煤机在工作面上的位姿，也将决定采煤机在割煤时的移动路线以及割煤角度。因此采煤机司机需要根据工作面的实际情况，来调整采煤机前后摇臂的高度改变割煤方向和割煤角度，保证采煤机可以在工作面高效、平稳的向前推进。
6.现有技术中存在一种刮板运输机姿态智能感知装置，包括主惯性导航、中部槽三维姿态传感器、数据转换器和姿态分析主机。主惯性导航用于感知刮板运输机机头的位姿，倾角传感器用于感知中部刮板运输机的位姿，数据转换器用于收集这些姿态，并传送到姿态分析主机，分析主机将所得结果向综采工作面的其他设备提供每块刮板的姿态数据。
7.上述技术中采用倾角传感器的缺点在于采煤机在途经某处刮板时由振动产生一组连续不断变化的姿态数据，这组姿态数据可能产生过大的异常倾角姿态，且由于倾角传感器需要经常校准的缺陷，会导致在采煤工作面推进一段距离以后数据缺失精准度的可能，再由于工作面的复杂工况，校准会变得比较困难。
8.现有技术中还存在一种通过将倾角传感器安装在采煤机内部，并使用红外定位系统对采煤机进行定位，由于工作时采煤机骑跨于刮板运输机上部，对采煤机进行姿态测量即可得到刮板运输机对应溜板的姿态。这种技术的缺点在于采煤机割煤时所产生的大量粉尘会影响红外定位系统的正常运作，最终影响获得的采煤机位置信息的精准度，再通过采煤机位置信息获得左、右滑靴对应哪两块刮板时会得到不准确的结果。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的问题，本技术实施例提供一种数字底板的生成方法及装置，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
10.一方面，本技术提出一种数字底板的生成方法，包括：
11.利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据，其中，所述采煤机为所述惯性导航系统传感器的载体机，所述采煤机的姿态数据包括采煤机前滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据以及采煤机后滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据；
12.对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；
13.根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；
14.根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；
15.根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。
16.在一些实施例中，在所述采煤机从工作面由左向右移动时，所述采煤机的右滑靴为前滑靴、左滑靴为后滑靴；
17.在所述采煤机从工作面由右向左移动时，所述采煤机的左滑靴为前滑靴，右滑靴为后滑靴。
18.在一些实施例中，所述对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重包括：
19.对于每个所述刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角，n为正整数；
20.计算所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差；
21.根据所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重。
22.在一些实施例中，所述获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角包括：
23.对于所述n个刮板中的每个刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％处时所述采煤机的姿态角；
24.计算所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％时所述采煤机的姿态角的平均值，将该平均值作为所述前滑靴经过该刮板时的采煤机的姿态角。
25.在一些实施例中，所述根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据包括：
26.计算所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角与所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角之间的差值；
27.将所述差值与所述角度权重相乘后与所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角相加，得到该刮板的姿态角；
28.根据该刮板的姿态角，得到该刮板的姿态数据。
29.在一些实施例中，所述根据刮板运输机每个刮板的尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据包括：
30.根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据；
31.继续以该第二刮板的尺寸、姿态数据、位置数据以及与该第二刮板相邻的第三刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第三刮板的位置数据；
32.以此类推，直至得到所述刮板运输机的每个刮板的位置数据。
33.在一些实施例中，所述根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据包括：
34.根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据和位置数据，计算第一刮板和与该第一刮板相邻的第二刮板之间的连接点的位置数据；
35.根据所述第一刮板和第二刮板之间的连接点的位置数据以及所述第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据。
36.另一方面，本技术提供一种数字底板的生成装置，包括：
37.获取模块，用于利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据，其中，所述采煤机为所述惯性导航系统传感器的载体机，所述采煤机的姿态数据包括采煤机前滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据以及采煤机后滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据；
38.权重确定模块，用于对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；
39.姿态确定模块，用于根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；
40.位置确定模块，用于根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；
41.数字底板生成模块，用于根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。
42.在一些实施例中，在所述采煤机从工作面由左向右移动时，所述采煤机的右滑靴为前滑靴、左滑靴为后滑靴；
43.在所述采煤机从工作面由右向左移动时，所述采煤机的左滑靴为前滑靴，右滑靴为后滑靴。
44.在一些实施例中，所述权重确定模块具体用于：
45.对于每个所述刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角，n为正整数；
46.计算所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差；
47.根据所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重。
48.在一些实施例中，所述权重确定模块获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角包括：
49.对于所述n个刮板中的每个刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％处时所述采煤机的姿态角；
50.计算所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％时所述采煤机的姿态角的平均值，将该平均值作为所述前滑靴经过该刮板时的采煤机的姿态角。
51.在一些实施例中，所述姿态确定模块具体用于：
52.计算所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角与所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角之间的差值；
53.将所述差值与所述角度权重相乘后与所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角相加，得到该刮板的姿态角；
54.根据该刮板的姿态角，得到该刮板的姿态数据。
55.在一些实施例中，所述位置确定模块具体用于：
56.根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据；
57.继续以该第二刮板的尺寸、姿态数据、位置数据以及与该第二刮板相邻的第三刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第三刮板的位置数据；
58.以此类推，直至得到所述刮板运输机的每个刮板的位置数据。
59.在一些实施例中，所述位置确定模块根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据包括：
60.根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据和位置数据，计算第一刮板和与该第一刮板相邻的第二刮板之间的连接点的位置数据；
61.根据所述第一刮板和第二刮板之间的连接点的位置数据以及所述第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据。
62.本技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例所述的数字底板的生成方法的步骤。
63.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的数字底板的生成方法的步骤。
64.本技术实施例提供的数字底板的生成方法及装置，采用算法的方式把采煤机的惯导数据拟合成刮板运输机姿态，可以节省大量的设备购买、安装和维护成本。同时由于不依赖于多余的硬件设备，可以仅通过算法迭代在现有基础上进行升级和改良。并且在设计算法的同时已经考虑到不同尺寸的采煤机、刮板运输机对计算所带来的影响，所以该方案可以针对不同工况条件设置对应的参数来匹配整个算法流程，并且得益于数字孪生的模拟数据，算法在适应性、可靠性、正确性上都可以达到预期。
附图说明
65.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
66.图1是采煤工作面中的刮板设备的结构示意图。
67.图2是采煤机和刮板运输机之间的位置关系示意图。
68.图3是本技术一实施例利用数字孪生技术构建的综采工作面的结构示意图。
69.图4是采煤机在刮板运输机上的移动过程示意图。
70.图5是刮板运输机姿态角与左、右滑靴姿态角变化示意图。
71.图6是刮板之间的位置关系示意图。
72.图7是刮板运输机5
°
倾角工作面底板起伏拟合结果示意图。
73.图8是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的流程示意图。
74.图9是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的部分流程示意图。
75.图10是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的部分流程示意图。
76.图11是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的部分流程示意图。
77.图12是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的部分流程示意图。
78.图13是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的部分流程示意图。
79.图14是本技术一实施例提供的数字底板的生成装置的结构示意图。
80.图15是本技术一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
81.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本技术实施例做进一步详细说明。在此，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意排序。
82.关于本文中所使用的“第一”、“第二”、
……
等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本技术，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
83.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
84.关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部排序。
85.为更好的理解本技术，以下先对本技术的研究背景进行详细介绍。
86.本技术的目的是提供一种基于惯性导航数据拟合数字底板的方法。惯性导航系统由采煤机作为传感器的载体机，经过一系列计算可以确定载体机的航向角、俯仰角和横滚角。该方法不依靠在每块刮板上安装传感器的传统方式，而使用惯性导航数据计算生成数字底板，即表示刮板运输机在采煤作业中姿态改变后的数字模型。该模型不仅可以记录煤矿生产时底板变化的各项信息，同时也是实现采煤机智能路径规划的重要技术。
87.本技术提出了利用数字孪生的方式进行综采工作面的建模，并在此基础上通过建模得到的惯性导航数据拟合数字底板的方法。目前绝大多数技术对刮板数据的获取还是采用传感器等硬件的方式，但是通过真实的工作面获取数据无法短时间内收集大量的数据样本，并且在采煤环境复杂的工况条件下，无法对其最终的计算结果进行验证。而采取真实煤矿生产经验和数据制作出的数字孪生场景，可以很方便的模拟出不同复杂度的工作面模型，且模拟出的数据也是可信的，同时也可以用于算法的验证。
88.本技术提出了在不依赖于传感器监测刮板姿态的情况下，如何仅通过算法来拟合底板数据的方法，并找到采煤机惯导数据和刮板数据的对应关系。通过记录每一组数字底板数据，最终可以形成工作面的几何关系。并且得益于数字孪生的模拟数据，最终算法在适应性、可靠性、正确性上都可以达到预期。
89.要实现上述目的，需要设计一种把采煤机运行时记录的惯性导航数据拟合成数字底板数据的算法，同时还需要对算法的适应性、可靠性、正确性进行验证。本方案主要分为三大模块，一是模拟综采工作面，二是把惯性导航数据进行标准化，三是采用标准化后的惯性导航数据生成数字底板。接下来分别对这三大模块进行详细说明。
90.(一)模拟综采工作面
91.为了避免出现算法实现后无法进行正确性验证的情况，需要模拟出一个综采工作面模型进行算法的验证。本模块采用数字孪生的技术生成综采工作面模型，并模拟采煤机的作业情况，用于生成模拟数据。模拟数据包括采煤机惯性导航数据以及刮板运输机的位姿数据。由于模拟出的综采工作面中每块刮板的位姿是已知的，可以对已知的刮板姿态数据和模拟的惯性导航数据进行分析和反推，找出对应关系，进行算法的设计。接下来算法采用模拟出的惯性导航数据进行数字底板的生成，最后可将算法生成的数字底板数据和已知的刮板姿态数据进行比对，倘若数字底板的各项数据如果和已知的刮板数据匹配，则为算法正确。具体的：
92.步骤一：采用unreal engine制作出一个大约长度为300m的综采工作面模型，如图3所述，该模型需要具备采煤作业的所有核心内容：采煤机、刮板运输机、液压支架，刮板数量约为170块。并且为了验证算法的适应性，采煤机和刮板运输机将建立不同型号不同尺寸的数字模型。
93.步骤二：通过算法模拟生成多组刮板运输机的位姿排列模型，模拟真实情况下刮板被改变原始姿态后的情况。模拟生成的刮板运输机排列方式需要遵循以下原则：
94.1.由于整个刮板运输机的每块刮板之间都是采用连接销实现纵向连接，具有机械限位的特征，故生成的相邻刮板模型之间的相对角度差不得大于2
°
。
95.2.由于采煤机自重通常接近上百吨，所以工作面应当不具备较大的坡度，否则由于采煤机自重影响会无法进行爬坡。生成的刮板模型水平角度应不超过30
°
。
96.通过以上原则可以生成出大量不同起伏变化的刮板运输机排列方式。
97.步骤三：在数字孪生中模拟采煤机模型在刮板运输机模型上的行进方式，并不断记录其姿态数据，该数据作为模拟所得的采煤机惯性导航数据，采煤机在刮板运输机上的移动过程如图4所示。同时还需要记录刮板运输机的位姿数据，该数据最终会和生成的数字化底板数据进行比对，比对结果匹配，则说明算法正确。模拟过程如下:
98.刮板宽度为w，采煤机左滑靴与刮板1接触点对应左支点位置，采煤机右滑靴与刮板2接触点对应右支点位置。
99.刮板1位置p1＝(x1,y1)，与x轴负方向夹角α，采煤机左支点占比k1。
100.刮板2位置p2＝(x2,y2)，与x轴负方向夹角β，采煤机右支点占比k2。
101.占比k1，k2是朝向x轴正方向算起。
102.刮板1方向v1＝(cosα,sinα)；
103.刮板2方向v2＝(cosβ,sinβ)；
104.刮板1支点位置:p
m1
＝p1+(0.5-k1)w
×v1
；
105.刮板2支点位置:p
m2
＝p2+(0.5-k2)w
×v2
；
106.采煤机方向：v＝p
m1-p
m2
；
107.设v＝(a,b)，(a,b)是采煤机方向的向量表示；
108.单位化后：
109.求出煤机旋转弧度：θ＝arccos(v
×
(1,0))；
110.旋转矩阵：
[0111][0112]
三维绕y轴的旋转矩阵：
[0113][0114]
最终采煤机的姿态四元数：
[0115][0116]
通过不断对采煤机的姿态进行记录，模拟出惯性导航数据。
[0117]
(二)把惯性导航数据进行标准化
[0118]
惯性导航数据记录的是一组连续的采煤机位姿数据。然而在采煤机实际运行时，煤机左、右滑靴会先后经过同一块刮板，那么对于每一块刮板来说，经过它的采煤机位姿数据可以被分为两组，分别是左滑靴经过该刮板时对应的采煤机位姿数据与右滑靴经过该刮板时对应的采煤机位姿数据。如此一来，一组连续的采煤机位姿数据可以被分成两组数据(左、右滑靴各一组)。这一步的目的是把采煤机机身的连续数据转换成对应左右滑靴各自的姿态数据。与此同时在煤炭开采的复杂工况环境下，惯性导航数据可能产生异常值，所以还需要采用正态分布对异常值进行剔除，获得更加平滑的姿态变化。
[0119]
经过上述操作，可以获得大量左、右滑靴产生的姿态数据(惯性导航数据)和对应刮板运输机的姿态数据。最终把这些数据进行比对，生成图表，参见图5所示的刮板运输机姿态角与左、右滑靴姿态角变化图，从中分析其数据分布规律。
[0120]
(三)采用标准化后的惯性导航数据生成数字底板
[0121]
通过图5的数据分布可以看出，刮板运输机的姿态角在绝大部分情况下处于煤机左、右滑靴姿态角的中间区域，这也成为了本技术方法的核心思路。基于图5的数据分布规律所做分析结果如下:
[0122]
1.在采煤机姿态角变化平缓时，刮板实际的姿态角位于左右滑靴姿态角的中段位置.
[0123]
2.在采煤机姿态角从较大变为平缓的过渡区间，刮板的实际姿态角趋近于后滑靴的角度。
[0124]
3.在采煤机姿态角从平缓变为较大的过渡区间，刮板的实际姿态角趋近于前滑靴的角度。
[0125]
基于以上推论，算法设计的目的是根据采煤机姿态角变化给前、后滑靴的姿态角数据分配不同的权重，根据权重来计算出刮板的角度。具体的：
[0126]
步骤一：记录在每个刮板上的数据分为左、右滑靴处于刮板上时采煤机的机身姿态，由于采煤机在经过某块刮板时姿态会不断变化，所以在这里给每只滑靴获取3条姿态角度，分别为滑靴经过刮板25％、50％、75％处采煤机的姿态角。根据当前煤机的移动方向，若采煤机从工作面由左向右移动，右滑靴被称为前滑靴，左滑靴称为后滑靴，反之左滑靴称为前滑靴，右滑靴称为后滑靴。每个刮板前滑靴记录的角度为(θ
f1
,θ
f2
,θ
f3
)，后滑靴记录的角度为(θ
b1
,θ
b2
,θ
b3
)，对每组数据取平均值获得θf,θb。
[0127]
首先根据前滑靴即将经过的前5块刮板的角度算出一个偏差值b，计算公式为：
[0128][0129][0130]
偏差值b可以反映上述3条规律中描述的采煤机姿态角的变化情况，在此基础上设计了前后滑靴之间角度的权重
[0131]
再把权重带入公式算出当前刮板的角度θ＝θf+α(θ
b-θf)；
[0132]
最后输入旋转矩阵得到最终刮板的姿态
[0133]
步骤二：
[0134]
上述过程对每块刮板计算完成后获得所有刮板的姿态角，由于刮板之间采用连接销连接在一起，所以每块刮板的姿态都会对相邻的刮板所在的位置造成影响。所以接下来需要通过姿态角计算出刮板的位置排列，即计算整个刮板运输机的高度起伏变化。已知刮板的宽度w，位于最前端第一块刮板的位置p1(x1,y1)，第一块刮板与水平x轴夹角θ1(也即第一块刮板的姿态角)，以及其它刮板与x轴夹角(θ2,θ3,θ4…
θn)，最终目的是推导出其它所有刮板的位置(这里假设相邻两块刮板位置之间不存在缝隙)。参见图6所示的刮板位置示意图，以推导第二块刮板p2的位置为例，计算过程如下：
[0135]
首先计算两块刮板连接处的点p
l
(x
l
,y
l
)：
[0136]
接着计算第二块刮板p2(x2,y2)：
[0137]
由上可得出第n块刮板pn(xn,yn)的推导公式为:
[0138]
[0139]
其中n＞1,x
n-1
,y
n-1
为第n-1块刮板的位置坐标，是根据前面计算所得的已知项，依次求出所有刮板位置。完成此步骤后求出的所有刮板的位置和姿态即为数字底板。
[0140]
接下来对算法进行验证，在数字孪生中分别生成刮板运输机倾角约为1
°
、3
°
、5
°
、10
°
、20
°
的工作面。并各自对计算结果进行验证。当工作面倾角越小时，算法精确性越高，参见图7所示的5
°
倾角工作面底板起伏拟合结果。其中倾角为1
°
的工作面刮板和数字底板的平均角度误差为1.27％，平均高度差为4.27cm。倾角为20
°
的工作面刮板和数字底板的平均角度误差为4.73％，平均高度差为12.35cm。由于在上述倾角的工作面中，机头和机尾(即第一块刮板和最后一块刮板)的高度差在500cm到10000cm之间，所以10cm左右的高度误差影响很小，此结果处于预期范围内，由此确定上述算法是有效的。
[0141]
图8是本技术一实施例提供的数字底板的生成方法的流程示意图，如图8所示，本技术实施例提供的数字底板的生成方法，包括：
[0142]
s101、利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据，其中，所述采煤机为所述惯性导航系统传感器的载体机，所述采煤机的姿态数据包括采煤机前滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据以及采煤机后滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据；
[0143]
s102、对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；
[0144]
s103、根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；
[0145]
s104、根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；
[0146]
s105、根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。
[0147]
具体来讲，通过采煤机在生产过程中的惯性导航数据拟合出数字底板用于记录刮板的变化，即对采煤机进行支撑的刮板的位姿，进而可以利用数字底板推导并预测出接下来采煤机在割煤时的移动路线以及割煤的角度，用于在复杂多变的综采工作面下实现高效化、智能化的煤矿开采技术。
[0148]
本技术实施例提供的数字底板的生成方法，采用算法的方式把采煤机的惯导数据拟合成刮板运输机姿态，可以节省大量的设备购买、安装和维护成本。同时由于不依赖于多余的硬件设备，可以仅通过算法迭代在现有基础上进行升级和改良。并且在设计算法的同时已经考虑到不同尺寸的采煤机、刮板运输机对计算所带来的影响，所以该方案可以针对不同工况条件设置对应的参数来匹配整个算法流程，并且得益于数字孪生的模拟数据，算法在适应性、可靠性、正确性上都可以达到预期。
[0149]
在上述实施例中，在所述采煤机从工作面由左向右移动时，所述采煤机的右滑靴为前滑靴、左滑靴为后滑靴；在所述采煤机从工作面由右向左移动时，所述采煤机的左滑靴为前滑靴，右滑靴为后滑靴。
[0150]
如图9所述，在一些实施例中，所述对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重包括：
[0151]
s1021、对于每个所述刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角，n为正整数；
[0152]
s1022、计算所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差；
[0153]
s1023、根据所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重。
[0154]
如图10所述，在一些实施例中，所述获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角包括：
[0155]
s10211、对于所述n个刮板中的每个刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％处时所述采煤机的姿态角；
[0156]
s10212、计算所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％时所述采煤机的姿态角的平均值，将该平均值作为所述前滑靴经过该刮板时的采煤机的姿态角。
[0157]
如图11所述，在一些实施例中，所述根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据包括：
[0158]
s1031、计算所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角与所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角之间的差值；
[0159]
s1032、将所述差值与所述角度权重相乘后与所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角相加，得到该刮板的姿态角；
[0160]
s1033、根据该刮板的姿态角，得到该刮板的姿态数据。
[0161]
如图12所述，在一些实施例中，所述根据刮板运输机每个刮板的尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据包括：
[0162]
s1041、根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据；
[0163]
s1042、继续以该第二刮板的尺寸、姿态数据、位置数据以及与该第二刮板相邻的第三刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第三刮板的位置数据；
[0164]
s1043、以此类推，直至得到所述刮板运输机的每个刮板的位置数据。
[0165]
如图13所述，在一些实施例中，所述根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据包括：
[0166]
s10411、根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据和位置数据，计算第一刮板和与该第一刮板相邻的第二刮板之间的连接点的位置数据；
[0167]
s10412、根据所述第一刮板和第二刮板之间的连接点的位置数据以及所述第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据。
[0168]
图14是本技术一实施例提供的数字底板的生成装置的结构示意图，如图14所示，本技术实施例提供的数字底板的生成装置，包括：
[0169]
获取模块21，用于利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据，其中，所述采煤机为所述惯性导航系统传感器的载体机，所述采煤机的姿态数据包括采煤机前滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据以及采煤机后滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据；
[0170]
权重确定模块22，用于对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的
其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；
[0171]
姿态确定模块23，用于根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；
[0172]
位置确定模块24，用于根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；
[0173]
数字底板生成模块25，用于根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。
[0174]
本技术实施例提供的数字底板的生成装置，采用算法的方式把采煤机的惯导数据拟合成刮板运输机姿态，可以节省大量的设备购买、安装和维护成本。同时由于不依赖于多余的硬件设备，可以仅通过算法迭代在现有基础上进行升级和改良。并且在设计算法的同时已经考虑到不同尺寸的采煤机、刮板运输机对计算所带来的影响，所以该方案可以针对不同工况条件设置对应的参数来匹配整个算法流程，并且得益于数字孪生的模拟数据，算法在适应性、可靠性、正确性上都可以达到预期。
[0175]
在一些实施例中，在所述采煤机从工作面由左向右移动时，所述采煤机的右滑靴为前滑靴、左滑靴为后滑靴；
[0176]
在所述采煤机从工作面由右向左移动时，所述采煤机的左滑靴为前滑靴，右滑靴为后滑靴。
[0177]
在一些实施例中，所述权重确定模块具体用于：
[0178]
对于每个所述刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角，n为正整数；
[0179]
计算所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差；
[0180]
根据所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重。
[0181]
在一些实施例中，所述权重确定模块获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角包括：
[0182]
对于所述n个刮板中的每个刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％处时所述采煤机的姿态角；
[0183]
计算所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％时所述采煤机的姿态角的平均值，将该平均值作为所述前滑靴经过该刮板时的采煤机的姿态角。
[0184]
在一些实施例中，所述姿态确定模块具体用于：
[0185]
计算所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角与所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角之间的差值；
[0186]
将所述差值与所述角度权重相乘后与所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角相加，得到该刮板的姿态角；
[0187]
根据该刮板的姿态角，得到该刮板的姿态数据。
[0188]
在一些实施例中，所述位置确定模块具体用于：
[0189]
根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据；
[0190]
继续以该第二刮板的尺寸、姿态数据、位置数据以及与该第二刮板相邻的第三刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第三刮板的位置数据；
[0191]
以此类推，直至得到所述刮板运输机的每个刮板的位置数据。
[0192]
在一些实施例中，所述位置确定模块根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据包括：
[0193]
根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据和位置数据，计算第一刮板和与该第一刮板相邻的第二刮板之间的连接点的位置数据；
[0194]
根据所述第一刮板和第二刮板之间的连接点的位置数据以及所述第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据。
[0195]
本技术实施例提供的装置的实施例具体可以用于执行上述应用于各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
[0196]
需要说明的是，本技术实施例提供的数字底板的生成方法及装置可用于金融领域，也可用于除金融领域之外的任意技术领域，本技术实施例对数字底板的生成方法及装置的应用领域不做限定。
[0197]
图15为本技术一实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图15所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(communications interface)302、存储器(memory)303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行上述任一实施例所述的方法。
[0198]
此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0199]
本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法。
[0200]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法。
[0201]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0202]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程
图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0203]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0204]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0205]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0206]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种数字底板的生成方法，其特征在于，包括：利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据，其中，所述采煤机为所述惯性导航系统传感器的载体机，所述采煤机的姿态数据包括采煤机前滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据以及采煤机后滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据；对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采煤机从工作面由左向右移动时，所述采煤机的右滑靴为前滑靴、左滑靴为后滑靴；在所述采煤机从工作面由右向左移动时，所述采煤机的左滑靴为前滑靴，右滑靴为后滑靴。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重包括：对于每个所述刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角，n为正整数；计算所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差；根据所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角的平均绝对偏差，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述前滑靴在经过该刮板之后的n个刮板时所述采煤机的姿态角包括：对于所述n个刮板中的每个刮板，获取所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％处时所述采煤机的姿态角；计算所述前滑靴在经过该刮板25％、50％以及75％时所述采煤机的姿态角的平均值，将该平均值作为所述前滑靴经过该刮板时的采煤机的姿态角。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据包括：计算所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角与所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角之间的差值；将所述差值与所述角度权重相乘后与所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态角相加，得到该刮板的姿态角；根据该刮板的姿态角，得到该刮板的姿态数据。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据刮板运输机每个刮板
的尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据包括：根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据；继续以该第二刮板的尺寸、姿态数据、位置数据以及与该第二刮板相邻的第三刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第三刮板的位置数据；以此类推，直至得到所述刮板运输机的每个刮板的位置数据。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据、该第一刮板的位置数据以及与该第一刮板相邻的第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据包括：根据所述刮板运输机的第一刮板的尺寸、姿态数据和位置数据，计算第一刮板和与该第一刮板相邻的第二刮板之间的连接点的位置数据；根据所述第一刮板和第二刮板之间的连接点的位置数据以及所述第二刮板的尺寸和姿态数据，计算所述第二刮板的位置数据。8.一种数字底板的生成装置，其特征在于，包括：获取模块，用于利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据，其中，所述采煤机为所述惯性导航系统传感器的载体机，所述采煤机的姿态数据包括采煤机前滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据以及采煤机后滑靴经过刮板运输机每个刮板时采煤机的姿态数据；权重确定模块，用于对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；姿态确定模块，用于根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；位置确定模块，用于根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；数字底板生成模块，用于根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请提供一种数字底板的生成方法及装置，可用于煤炭开采技术领域。所述方法包括：利用惯性导航系统获取采煤机的姿态数据；对于每个所述刮板，根据所述前滑靴在经过该刮板之后的其他刮板时所述采煤机的姿态数据，确定所述前滑靴和所述后滑靴之间的角度权重；根据所述前滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据、所述后滑靴经过该刮板时采煤机的姿态数据以及所述角度权重，计算该刮板的姿态数据；根据刮板运输机每个刮板尺寸、姿态数据以及至少一所述刮板的位置数据，得到每个所述刮板的位置数据；根据每个刮板的姿态数据以及位置数据，生成数字底板。本申请实施例提供的数字底板的生成方法及装置，能够提高数字底板构建的准确性。能够提高数字底板构建的准确性。能够提高数字底板构建的准确性。


技术研发人员：朱超
受保护的技术使用者：西安华创马科智能控制系统有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/5