选煤厂主厂房、筛分破碎车间等建筑内的大型设备立体空间结构复杂、遮挡严重，变频电气设备存在大量谐波及电磁干扰。现有定位技术在选煤厂内部应用存在多种问题，定位精度低、蓝牙技术覆盖范围小、基站部署和施工复杂，因此，选煤厂人员定位系统一直未能规模化应用。

基于地磁技术的人员精确定位技术，利用地磁场空间分布的差异性实现人员位置跟踪。研发出空间固有磁场特征的多源融合室内外一体化智能精确定位系统（简称“磁耘”智能精确定位系统）。“磁耘”智能精确定位系统结合选煤厂特点，融合惯导、蓝牙、地图匹配、北斗等定位技术，可实现室内室外一体化无缝衔接，通过定位卡定位，以及通过对讲、执法终端、智能手机等定位，满足选煤厂亚米级定位精度的需求。

（1）专用地磁信息采集装置

研发出1套专用地磁信息采集装置，实现数据高质量采集，并优化数据采集策略，为地磁高精度定位提供数据支持，提高选煤行业上应用的稳定性、可靠性和适应性。

（2）基于智能手持终端的定位软件

研发出1套基于智能手持终端的定位软件，可实时采集智能手持终端内的磁传感器、加速度计和陀螺仪等传感器信息，扫描环境中蓝牙广播信息，完成传感器和蓝牙信息组合，通过4G/5G网络实时高可靠上传至定位服务器，通过定位引擎软件完成位置计算。

（3）多源融合智能精确定位方法

构建1套以地磁定位为核心的多源融合定位方法（地磁定位+惯导定位+蓝牙定位+北斗定位等），根据不同应用场景、不同定位需求，采用粒子滤波算法，融合地磁定位与蓝牙定位、北斗定位等技术，根据不同需求，配置不同定位算法模块，并随环境和状态改变自动切换，满足选煤厂在不同区域不同定位精度的需求，实现全厂定位过程的智能化、人性化管理。

（4）基于3D可视化模型的定位系统

依托国能包头能源有限责任公司煤炭洗选分公司李家壕选煤厂（简称李家壕选煤厂）的实际环境，完成高精度地磁数据测绘，测绘现场磁场数据进行降噪优化、提取特征等处理过程，得到高精度的地磁图。研制出1套基于智手持能终端的定位系统，将地磁图坐标与三维可视化平台模型坐标进行对准，完成与三维可视化平台的接口调试，实现三维平台上的可视化展示，并可与智能照明、视频监控等系统联动。

（1）研发了标准化、易操作的磁场采集工具和磁图构建技术，保证了磁场采集的效率和质量，实现了磁场地图坐标与3D平台模型坐标的快速准确校准，为在3D模型上可视化展示提供技术支持。

（2）通过轨迹连续推算，输出位置稳定可靠，无“盲区”，实现了楼层准确切换，楼层间不漂移，不受遮挡和干扰，适应性强，首次实现了选煤厂人员管理全区域、全员、全程追踪的能力。

（3）结合洗煤厂的工艺特点，提出将地磁定位技术、蓝牙定位技术、PDR技术、卫星定位技术等多种定位技术融合的智能定位方案，为选煤厂提供了多样化、个性化的定位跟踪服务，实现了定位系统的全流程、全方位覆盖。

（4）设计了多源融合定位算法的融合策略，根据各传感器数据，自动选择配置不同的定位算法模块，满足厂房内外、存在式定位场景、精确定位场景、输煤栈桥等多样化的定位场景需求，实现了在选煤厂的首次应用。

为高精度标准化高效采集选煤厂地磁图，研制出基于激光雷达的专业地磁信息测量采集装置如图1所示。地磁信息测量采集装置由无磁小车、激光雷达、磁传感器、工控板等组成。无磁小车是磁图测量装置的载体，所有设备都安装在无磁小车上，由人推小车在测量场地内行走，实现位置和磁场数据的同步采集。以车作为载体，避免将人为操作习惯差异导致测量误差引入到采集过程中；激光雷达，通过SLAM技术实现室内地图及位置信息的测量，定位精度优于0.1m；磁传感器用于测量磁场信息，磁场数据、激光雷达数据在工控板内进行同步和存储。

激光雷达记录的采集路线如图2所示，底图为激光雷达生成的平面点云图。通过采图装置可获得采集路线上的地磁场数据，通过双线性插值方法，将原始磁场数据均匀网格化，得到路线上均匀分布的磁场数据，均匀网格化后的地磁场等值线分布如图3所示，网格化磁场三维剖面如图4所示。

图3 均匀网格化后的地磁场等值线分布

图4 网格化磁场三维剖面

室内外一体化定位主要由室内定位、室外定位以及室内外判别3部分组成。基于手持智能终端的室内外一体化高精度多源融合定位架构和室内外判别方法，现场人员无需携带专用定位卡，通过手持智能终端实现室内外一体化定位，提高了人员定位系统在选煤厂应用的灵活性，室内外定位判别方法如图5所示，室内外一体化多源融合定位系统架构如图6所示。

图5 室内外定位判别方法

图6 室内外一体化多源融合定位系统架构

选择李家壕选煤厂主厂房1~6层为测试地点，以1层、3层为具体事例，测试路线如图7所示，按照以下4个步骤测试地磁定位精度。

（1）测试路线选择用于定位测试的关键点位，1~6层共82个测试点位，其中1层和3层关键点位标识如图8所示，记录所有测试点位的实际位置坐标。

（2）测试人员佩戴好定位终端，按照如图7所示轨迹行走。

图7 地磁定位精度测试路线

（3）完成后提取定位轨迹，得到测试人员经过测试点位附近时候的位置坐标，并和测试点位实际坐标对比，计算定位误差。地磁定位精度测试点位如图8所示。

图8 地磁定位精度测试点位

（4）地磁定位精度测试点位定位轨迹路线如图9所示，依据测试结果计算出定位结果和实际行走路线吻合，以44号位置参考点为例，实景和三维对比如图10所示。

图9 地磁定位精度测试点位定位轨迹路线

图10 44号位置参考点实景和三维对比

分析测试数据，地磁定位精度统计方式采用定位误差均值、1σ指标（66.7%概率落点范围）2种方式，82个测试点位的定位误差如图11所示，累积误差概率分布如图12所示，定位误差统计见表1，90%以上的点位误差小于1m。

图11 地磁定位精度误差

图12 地磁定位累积误差概率分布

表1 地磁定位精度统计结果

基于地磁定位技术的选煤厂人员定位系统设备组成如图13所示，主要包括智能终端（硬件设备）、定位引擎（软件算法）和三维可视化平台，具体包括7个方面的功能。

图13 “磁耘”智能精确定位系统组成

（1）实时查看生产区域内人员分布

通过地磁人员定位系统在3D模型实时查看工作区域内人员数量统计、位置显示、人员跟踪；查看各区域人员出入工作区域时刻、出入重点区域时刻等信息，并生成报表；查看系统报警事件及处理情况；关联监控大屏幕，全面展示关键数据，实现选煤厂的智能化安全管理，人员分布实时监控界面如图14所示。

图14 人员分布实时监控界面

（2）异常报警

当工作人员出现异常情况，可通过定位终端向系统发出报警求救信号，平台监控界面立即显示出报警提示，第一时间掌握警报发出人和所在地点，提升应急响应效率；增加了坠落等人员异常行为识别和报警，进一步完善SOS报警和响应机制；实现了基于人员定位系统的聚集风险监测预警功能，有效识别和跟踪进入生产区以及特定区域的人员位置，对人员聚集和人员离岗、串岗、越界、静止、缺员、消失等违规行为进行监控报警，并辅助特殊作业全过程管控。

（3）路线管理

可视化展现人员行走轨迹、历史轨迹，随时调看人员出入工作区域的记录，直观展示企业生产和运行情况，历史轨迹界面如图15所示。

图15 历史轨迹界面

（4）电子围栏

电子围栏系统提供灵活的配置选项，允许用户根据自身实际生产需求和情况，定制不同的报警方式。用户可以在系统中定义限制区域，根据具体需求进行划定。通过系统的电子地图功能，用户可快速设定电子栅栏，并设置其生效时间和作用区域。

（5）逃生路线推送

当作业现场出现紧急情况时，定位系统会自动为用户进行报警，并实时推送逃生路线。

（6）人员定位系统与智能照明系统联动

照明系统采用了智能控制技术，与人员定位系统联动后，实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能。智能控制功能提供了便利的照明体验有助于节能和环境保护。

（7）人员定位系统和视频监控报警联动

人员定位系统提供了第三方开发接口，支持与现有视频监控系统的集成和联动。通过结合电子围栏和实时定位数据，系统实时切换跟踪人员的摄像头画面，实现视频联动功能。

“磁耘”智能精确定位系统免基站安装、维护简单、不易受遮挡和金属干扰，适合复杂多高度平台的选煤厂人员定位管理和应用。经实际测试验证，定位精度优于1m，满足选煤厂人员精确定位需求。系统增加了人员意外跌落、昏迷等自动报警功能，为人员安全提供更多保障。“磁耘”智能精确定位系统也可在其他工业场景推广应用，提供了复杂工业场景人员精确定位的稳定、高效且抗干扰的解决方案。