井下定位和紧急避险技术是实现井下安全生产和监督管理的关键保障。目前国内外如井下RFID定位技术、ZigBee定位技术及无线网络定位技术已经应用成熟[1-3]，这类监督管理井下定位系统，主要依赖电源网络，一旦井下突发险情或网络中断，遇险和救援人员的定位和避险导航就会受到限制。地磁定位技术源于1960年，一直应用于武器的导航定位、战场电磁信息对抗等军事方面。近几年，民用的地磁定位技术正在起步，国内外一些学者开展了相关的基础研究[4-9]。余秋星利用内置磁力仪进行了某大厦内部定位实验[5]；谢宏伟进行了地磁技术室内定位的实验分析[6]；张文杰开展了基于RFID和地磁场联合的室内定位技术研究[7]；郭鹏杰进行了智能小车地磁定位控制和规划的仿真实验[8]；汪金花等构建了基于地磁导航定位的井下避险系统[9]。这些基础研究为井下地磁定位应用提供了借鉴和参考。关于地磁匹配定位的成熟的研究主要在水下定位和卫星定位等方面[10-15]，如刘亚云进行了地磁匹配导航算法及地磁场模拟系统研究[11]；胡晓等开展了水下定位中CC与HD算法的稳定性和抗干扰能力实验[12]；贾磊等提出了鲁棒算法与粗精匹配相结合的平均绝对差的匹配算法[13]。然而，关于井下地磁匹配定位的相关报道很少。笔者利用地磁定位自主、无源的优势，从井下自主避险或机器人救援导航的角度，设计了一种地磁与RFID 射频结合的井下定位方法GRPM，并根据井下巷道地磁场特点，进行了区域巷道的地磁定位适配性分析和匹配算法对比试验，为井下地磁定位技术的基础研究应用提供参考。

1 GRPM的工作原理

GRPM井下定位技术是井下应急避险与智能导航的基础技术，主要利用射频识别与地磁匹配来完成井下定位。当井下发生突发状况时，在无电或网络中断情况下，可以利用GRPM完成人员定位和路线导航，其工作原理如图1所示。

  

图1 GRPM井下定位技术工作原理示意图

井下人员P001随身携带定位装置，定位装置中装有射频读写卡、电子指南针等传感器。P001行走在巷道中，定位装置辐射场可激活P001周边的射频卡，获取巷道关键拐点位置近似坐标；同时地磁传感器可以连续接收井下地磁场数据，自动生成行走路线地磁实时向量。通过射频信息和地磁数据的综合处理，可以获得P001在井下行走的实时空间位置，直接显示在定位装置的显示屏上。当井下通讯网络正常时，GRPM定位装置与井下通讯基站进行实时信息传输，将井下人员位置信息和运动轨迹发送给监控中心。在发生突发状况或灾害，井下通讯网络发生供电中止或信号中断(不稳定)情况时，P001可以利用定位装置实现自主单独定位。还可以通过定位装置的信息平台了解所处环境和避险设施，分析逃生的最优路径。

GRPM井下定位技术包含井下地磁基准图的构建、载体的地磁探测、地磁定位匹配等技术。其中井下地磁匹配的适配性分析、匹配算法优化是实现地磁定位的关键。为提高匹配效率，需要在实测地磁图上分析各个区域地磁特征的适配性，通过计算均值、方差、熵等地磁分布数字特征，选择出地磁定位匹配适配区，提高地磁导航计算的时效性和精准性。井下的地磁匹配定位属于线匹配模式，在地磁适配区域内，根据井下人员行走测量的地磁序列，按照优化匹配算法完成地磁基准图点位搜索、平移和匹配的计算工作，得出井下人员的实际位置。GRPM井下定位方法的优化包括井下地磁分布特征的适配性评价与地磁匹配算法优化等。

2 井下地磁图适配性分析

2.1 井下地磁图的特征

井下地磁场同样有“月变”“日变”的周期波动，但对应空间点的地磁基础数据是一个相对固定的基数。巷道内实际测量的磁场数据是各类磁场源的叠加，包括正常地磁场、环境磁场和载体干扰场等。地磁场强计算公式如下：

高职院校除了在必修数学课程教学中注重数学文化素养培养外，还应开设选修课。以数学知识为载体、以提高学生应用能力为目标、以培养学生数学素养为宗旨，开设数学文化选修课，旨在通过数学文化推动高职数学教学革新。

井下地磁适配性评价是将待匹配区划分成适配区和非适配区，根据特征指标相对大小确定是否适合匹配。如图2所示，试验选取井下巷道A、B、C共3个研究区域，其中A、B为普通巷道，环境干扰场影响较小，磁总场三维曲面整体平滑，起伏自然，局部特征较明显；C是主巷道，内有金属设备，环境干扰场极大，地磁曲面拉动异常。分别计算A、B、C 3个区域磁总场的平均值、标准差、峰态系数、粗糙度4个特征指标，计算结果如表2所示。

3.5.4环境控制温度：出雏后2天33～35摄氏度，以后每周下降3摄氏度，到21摄氏度保持不变。湿度：1～2周保持60%～70%，以后保持在55%～60%。通风：根据当地气候注意加强通风，但要保证环境温度与湿度正常。光照：采用长时间光照制度，1～3天23小时光照、光照强度20勒克斯，以后每天18～20小时光照、光照强度5勒克斯。

(1)

在人工智能技术的支撑下我们可以轻易感知到客户的消费偏好、生活习惯以及服务需求，然后酒店在营销时实现精准推送，在服务时做到贴心呵护，提供“投其所好”的个性化服务，达成“酒店提供的刚好就是客户想要的”的美好愿景，增加客户的归属感，从而不断提高客户对酒店的忠诚度。

井下磁力仪载体干扰场mi主要来自于地磁测量人员，由于人员在巷道内行走速度较慢，平均在5 m/s以下，对地磁测量影响极小，可忽略不计。ei为环境磁场影响，井下地磁干扰场有很多，如巷道支护金属材料和通风设备等，安装在狭长巷道内不同区域，会直接影响巷道地磁测量结果。井下巷道内的地磁干扰场ei数值大小不一，且较复杂，实际测量结果所占比例不稳定，对地磁数值B扰动十分明显，所以巷道地磁图不是简单带状地磁等值图。

Dochy等人和Gijbels等人都就问题导向式学习(PBL)有效性的元分析得出了研究结果。这些结果也显示了PBL在技能上的影响是积极的，而它在知识上的影响则是负面的。综合结果表明了问题导向式学习整体上具有负面影响。Gijbels等人在衡量问题导向式学习效果时建议认真考虑评估方式。

开阔自己的视野，丰富自己的阅历，除了如上介绍的亲身实践之外，另一个角度就是读书，作为一名初中青年数学教师，可以先从下列几本书开始自己走上工作岗位后的阅读史：《在书房与教室间穿行的教研人生(裴光亚著)》、《感悟初中数学之道(苑建广著)》、《生长数学：卜以楼初中数学教学主张(卜以楼著)》，通过阅读以上三本著作可以感受“大家”的成长之路，甚至可以“穿越”回他们当年的“青椒岁月”，对自己的专业成长之路具有很好的指引作用；除此之外还可以阅读一些专业性更强的经典书籍，比如《古今数学思想》、《怎样解题》等，正所谓当你读完一本经典著作的时候，不仅仅是走进了数学的殿堂，而是将你指引向了更高的知识的山峰.

  

(a)巷道地磁连续变化

  

(b)巷道地磁断层现象

 

图2 巷道局部地磁变化图

2.2 井下地磁图适配性指标

在定位匹配区域中，地磁图不同空间坐标点的地磁值会出现相近或相同现象，空间坐标与地磁值不完全是一一对应的关系。地磁图适配性是地磁定位匹配的适应性，即地磁场特征在相关匹配中表征地理空间位置的能力。最终匹配定位是依据适配性指标大小，来确定该区域定位方法：地磁单独定位或射频与地磁结合定位。

从公开发表的文献可知，描述地磁图特征的适配性指标有地磁场平均值、标准差、粗糙度、地磁熵、峰态系数和累加梯度均值等多达10几种。笔者根据井下地磁场分布特征，选取地磁平均值、地磁标准差、峰态系数、地磁粗糙度4种特征指标，用于量化评价区域地磁特征的丰富程度。井下地磁图适配性评价指标及其含义如表1所示。

 

表1 井下地磁图适配性评价指标

  

指标类别指标含义地磁平均值表示候选匹配区内地磁场的平均值地磁标准差反映区域内地磁场的离散程度和地磁场的总体起伏情况,数值越大,说明该区域的地磁特征越明显,适合匹配峰态系数反映数据的集中程度,该值越大,数据在均值附近的集中程度越高,匹配越难;反之分布相对均匀,匹配较容易地磁粗糙度反映区域地磁场的平均光滑程度和地磁场的局部起伏情况,其值越大,地磁信息越丰富,越有利于地磁匹配定位

2.3 适配性评价分析

Bi=g(xi,yi,t)+ei+mi

式中：Bi为磁力仪测得磁场强度；g(xi，yi，t)为点(xi，yi) 处t时刻的正常磁场；ei为环境磁场影响测量值；mi为磁力仪载体干扰场。

 

表2 井下研究区地磁图的适配性评价计算结果

  

候选区地磁平均值/nT地磁标准差/nT峰态系数地磁粗糙度/nTA区4012.10702.10-0.18691.6B区5291.35507.970.36250.8C区5013.495077.70-0.052264.2

从表2可以看出，A、B、C区域磁总场平均值相差不大，但是地磁标准差数值差异明显，B区标准差为507.97 nT，C区标准差为5 077.70 nT，两者相差近10倍；另外B区峰态系数0.36较大，说明该区地磁特征不明显，不容易匹配。对比A、B、C区域，可以得出：B区地磁数值特征不明显，属于不适配区，可以增加人工磁标，以增强其地磁特点，或增加射频辅助定位；C区地磁标准差偏大，地磁数据离散度太大，实际定位时会出现地磁数据异常，不易匹配，也需要加入射频定位进行纠偏改正。

3 地磁匹配定位研究

3.1 地磁定位匹配算法研究

当人员在井下巷道行走时,其随身携带的定位装置会实时测量经过线路的地磁信息,该地磁信息经处理后形成待匹配的地磁序列。待匹配的地磁序列需要通过匹配算法与基准图进行匹配后来确定具体的位置。不同的匹配算法约束法则不一样，其匹配结果的精度和效率也不一样。

自适应天线阵列亦称为智能天线[1]，它的工作过程为不断地调整权值，使其快速地收敛于当前的最优解。把用来调整权值的算法，称为自适应波束形成算法，它是此天线系统的核心，是决定系统性能的关键因素，也是进行智能天线阵列一系列研究的重点和关键。

建筑工程施工管理过程中，企业未能编制完善的制度内容规范施工行为，无法使用科学化与合理化的方式完成工程建设任务均会影响工程造价。一方面，进行施工管理时，工作人员缺乏管理经验与专业知识，导致在实际工作中不能针对工程项目进行合理的管控。另一方面，未针对造价与预算费用进行科学的处理，经常出现造价控制问题。且施工人员没有树立正确的造价管理观念，经常出现原材料或设备使用不当现象，引发严重的经济损失[1]。

1)试验一，选取4条不相关的地磁向量，进行MSD、NPROD和HD匹配试验，以单点定位残差、平均点位误差为评价指标，结果见表3。

 

表3 不同匹配准则匹配坐标误差的对比

  

线号末点坐标/mMSD定位残差/mNPROD定位残差/mHD定位残差/mxyΔxΔyΔxΔyΔxΔy117.234.870.170.030.170.130.170.13252.662.450.14-0.05-0.260.150.14-0.153106.564.040.24-0.140.24-0.040.14-0.14462.324.20-0.120.10-0.220.10-0.220.01平均点位中误差/m0.180.230.21

基于等值域匹配定位可以保证搜索区域相对较小。井下基于等值域约束的匹配算法[14-15]是建立在纯平移定位模型基础上的定位算法，主要利用等值域范围[B-nα,B+nα]进行搜索区域的限制，来提高平移搜索精度。其中B为匹配搜索的基准地磁值；α为测量误差估值；n为常数。nα为搜索等值域范围。等值域范围的确定不仅决定着匹配效率，也决定着匹配结果的准确性。为了研究等值域大小对定位精度与时间的影响，以NPROD为匹配准则，设置格网间距为0.3 m，分别取0.5α、1α、3α进行4条地磁测线对比试验，结果见表5。设定测量误差估值α=50 nT，分别对基于不同等值域匹配的定位点中误差和定位时间进行了对比。

2)试验二，选取定位匹配时间与检测点磁总场残差作为分析指标，对比MSD、HD和NPROD 3种匹配算法适配性，结果见表4。

 

表4 不同匹配准则匹配磁场误差与匹配时间对比

  

线号MSD匹配时间/s残差/nTNPROD匹配时间/s残差/nTHD匹配时间/s残差/nTL1192.63100.8153.37105.3182.13100.8L2183.43113.0145.75125.3184.10115.3L3192.5299.5152.1999.3177.7699.6L4191.49112.2155.07125.9185.89118.2平均时间/s190.02151.60182.47平均残差/nT106.4113.9108.5

由表4可见，4条特征线匹配结果的磁场平均残差数值相差不大，约为地磁日变量的2倍，最小为106.4 nT，最大为113.9 nT；在匹配计算过程中，NPROD的匹配效率更高，平均运算时间为151.60 s，明显优于MSD、HD算法。

通过对HD、NPROD和MSD匹配方法的3次试验结果的综合分析，可知： MSD、HD和NPROD 3种匹配算法在小区域地磁定位计算中，匹配结果的精度相差不明显，但是NPROD算法计算效率相对较高，较为理想。

3.2 基于NPROD等值域约束匹配

由表3可见，3种方法在小范围的地磁匹配精度达到分米级别，精度较高。其中单方向定位残差的最大值为0.26 m，最小值为0.01 m。平均点位误差数值相差不大，均为0.20 m左右。

 

表5 不同等值域的匹配坐标的误差对比

  

线号0.5α匹配1α匹配3α匹配Δx/mΔy/m匹配时间/sΔx/mΔy/m匹配时间/sΔx/mΔy/m匹配时间/sL10.07-0.172.410.070.132.430.070.132.49L2-0.860.453.58-0.560.154.69-0.560.156.92L30.340.061.500.040.062.670.040.065.31L40.880.503.950.280.205.31-0.020.207.67平均点位中误差/m0.630.280.25平均匹配时间/s2.863.805.60

由表5数据可知：在等值域1α～3α区间内第1、2、3测线单点定位残差未发生明显变化，第4测线变化较大。总体上随着等值域参数由0.5α增加到3α匹配过程中，定位点中误差由0.63 m下降到0.25 m，对应的定位时间却由2.86 s增加到5.60 s。可见定位精度开始随着等值域增大而提高，到一定范围后，不再明显提高。定位时间受等值域变化影响较大，随着等值域增大一直递增。因此实际设定等值域参数，需要结合定位精度和定位时间两个因子综合考虑。此次试验定位精度在等值域范围1α后，随等值域变化不再明显增加，可以选1α为优化的等值域参数。

4 结论

[5] 余秋星. 一种基于地磁强度特征的室内定位方法[J]. 中国新通信, 2014，16(23):19-21.

2)井下磁场受局部环境影响明显，巷道内地磁分布呈连续变化或断层现象。通过对巷道A、B、C 3个区域地磁匹配适配性对比分析，表明地磁标准差和峰态系数对数字地磁变化识别较为明显，可作为适配性评价关键指标。

3)在巷道地磁匹配计算中，MSD、HD和NPROD匹配算法定位精度较高，都能够达到井下定位的需求，但是NPROD计算速度和匹配精度均高于其他算法。NPROD匹配试验中设置1～2倍等值域较为合理，匹配速度快，满足精确定位要求。

基于地磁与RFID 射频结合定位技术(GRPM)的研究还刚刚起步，需要进一步开展大量的井下地磁基准建模与匹配、GIS避险机理的基础试验研究。

参考文献：

[1] 韩东升, 杨维, 刘洋, 等. 煤矿井下基于RSSI的加权质心定位算法[J]. 煤炭学报, 2013, 38(3):522-528.

北京城市副中心建设定位“世界眼光、国际标准、国内一流、中国特色”，北京4套班子和委办局将全部入驻通州，届时通州将成为集城市办公和服务于一体的宜居生态的国际新城. 基于城市副中心的定位和功能，需要对城市副中心的交通管理机制体制建设进行研究.

[2] 田丰, 秦涛, 刘华艳, 等. 煤矿井下线型无线传感器网络节点定位算法[J]. 煤炭学报, 2010, 35(10):1760-1764.

[3] 张鹤丹. 基于WiFi技术的井下人员定位系统研究[D]. 西安:西安建筑科技大学, 2013.

完善基础建设，促进生态发展是落实智慧城市的重要工作，由于城乡规划工作涉及面积较广，人口和社会结构的复杂性导致部分区域的基础设备和公共设施缺失，智慧城市背景下，既要重视该区域的基础设备与公共设施的完善，还要注重绿色生态，提高目标区域的宜居性。做好该工作需从以下几点着手：

如图2所示，受到环境磁场不同程度的影响，巷道内地磁数据有连续与断层的现象。有些区域地磁值稳定，只在几百至几千纳特范围波动；有些区域受外界因素干扰太大易发生突变，两点相距几米，地磁测量值却增加到几万纳特，数据出现断崖式的变化。在附属设施较少的普通巷道中，区域内磁总场会呈现出连续性的变化趋势，磁总场曲面通常是连续的、平滑的(见图2(a))；当巷道内有发电设备、通风设备和运输装置时，这些含铁元素设备所产生的干扰场会明显拉动整个局部地磁异常值，表现为地磁总场突变，出现断层现象(见图2(b))。针对巷道内地磁数据变化各异的现象，需要进行区域地磁变化分析，量化分析区域地磁定位的适配性程度。

[4] 戴剑波.基于精确定位的井下电子栅栏设计[J]. 矿业安全与环保,2016,43(4):23-26.

1)地磁与RFID 射频结合的GRPM定位技术组合了射频与地磁定位两种技术，是现有井下定位系统的补充，在断网断电的情况下可满足井下自主定位和导航需要。

[6] 谢宏伟. 基于智能手机平台的地磁室内定位系统[D]. 南京：南京大学, 2015.

[7] 张文杰. 基于RFID和地磁场联合的室内定位技术研究[D]. 南京：南京邮电大学，2015.

[8] 郭鹏杰. 基于地磁导航的智能小车研制[D]. 上海：东华大学，2016.

2014年，将是福建亚通新材料科技股份有限公司成立20周年之际，新的起点，新的希望。亚通管道将持续以一流的产品，一流的服务，为中国水利、现代农业、电力、交通、通信、石油、化工、城市建设、环境保护和其他工业事业作出应有贡献，引导中国塑料管道行业向更高、更新水平迈进！

[9] 汪金花,李卫强,张亚静,等. 基于地磁导航定位的井下避险系统的构建[J]. 矿业安全与环保,2016,43(2):33-36.

[10] 刘伟. 地磁匹配导航新算法研究[D]. 长沙：国防科学技术大学，2011.

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[12] 胡晓，高伟，李希灿. 水下导航系统的地磁匹配算法研究[J]. 山东农业大学学报(自然科学版)，2014(1)：154-157.

[13] 贾磊，王跃钢，单斌，等. 基于增强型 MAD 单特征量地磁匹配导航算法[J]. 现代防御技术, 2012，40(1):90-94.

[14] 朱占龙. 惯性/地磁匹配组合导航相关技术研究[D]. 南京：东南大学，2015.

[15] 任治新，罗诗途，刘颖，等. 基于等值线约束的地磁匹配定位技术[J]. 火力与指挥控制，2009，34(11)：26-30.

充分利用和保护天敌。寄生性天敌，如赤眼蜂、弯尾姬蜂。捕食性天敌，如蟑螂，卵盛期还可见各种瓢虫以负泥虫卵为食。动物天敌，如蜘蛛、麻雀、鸡都可以取食负泥虫。