焦炉是冶金焦化中炼制焦炭的重要生产设备,由于操作过程复杂、环境污染严重,急需对焦炉设备和工艺技术进行智慧化改造,其中高精度定位是保障智慧焦炉自动化生产的关键技术。目前,智慧焦炉生产中所面临的精准定位问题主要有:第一类,非人员活动区域内的焦炉低维精准定位,包括电力线缆、煤气管道故障定位,焦炉地下室煤气泄漏位置检测、装煤车煤斗与煤塔漏嘴的对正、以及炉门横铁闭合等的单点精准定位问题,还有焦炉轨道上机车自动走行定位、焦炉四大车对炉口的位置识别等一维精准定位问题;第二类,焦炉人员活动区域内的二维和三维多目标精准定位,例如对焦炉炉顶、机侧和机侧平台、以及焦侧等区域的人员、临时放置设备、移动车辆的二维和三维精准定位问题。在这些定位问题中,第一类问题主要通过采用故障分析方法、电磁技术和机车地址检测技术得以很好地解决,第二类问题由于人员活动的随机性和广泛性,传统的解决单点定位和一维定位的方法,无法应对这类由人员活动所引起位置变化的精准定位问题。而在焦炉机车生产作业中,机车驾驶员和现场工作人员视线受阻,人员与设备在焦炉炉顶、机侧、焦侧的活动情况难以掌握,机车移动存在导致车人挤压、车车相撞的事故风险,因此,本研究提出了采用UWB定位技术,通过使人员、车辆、设备佩戴定位标签,对有标签目标进行精准定位,结合车载激光雷达技术,对无标签的随机设备等目标进行精准定位,解决智慧焦炉生产区域内的多目标二维和三维精准定位问题。本研究对焦炉内尚未解决的第二类精准定位问题进行了研究,以UWB定位技术和激光雷达技术作为精准定位的实现手段,重点围绕定位模型、非视距误差以及定位算法三个方面展开研究,研究内容主要包括:首先,针对智慧焦炉中现场操作工人、移动机车的精准定位问题,在总结分析基本定位模型的基础上,研究基于到达时间差TDOA测距和到达角度AOA测量的混合定位模型,提出了混合TDOA/AOA定位算法,实验结果表明该模型及算法可实现厘米级的定位精度。第二,对焦炉机车走行时,UWB信号的NLOS误差大,导致现场操作工人、移动机车定位精度低的问题进行了研究,分析了UWB信号的NLOS误差估计方法和NLOS误差约束方法,提出了一种基于距离相关概率NLOS定位方法和一种基于预定位距离误差约束定位方法(LS-SDP),并在WLS方法和SDP方法基础上进行改进与实现,定位精度达到厘米级。第三,针对焦炉智能化生产过程中,随机移动目标精准定位问题,提出了焦炉机车定位距离数学推理模型,实现了激光雷达扫描对随机移动目标的厘米·秒级精准定位。第四,基于上述精准定位方法,设计了UWB和激光雷达测距定位工程应用方案,并在宝钢四期焦炉进行试运行,验证了设计方案的工程应用定位精度,满足了设计要求。最后,本研究内容的总结,下一步待研究问题的展望。