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龙图腾网获悉中国矿业大学申请的专利基于惯性测量技术的单轨吊轨道变形监测方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120445151B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-09发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510961993.7，技术领域涉及：G01B21/32；该发明授权基于惯性测量技术的单轨吊轨道变形监测方法是由江帆;倪云;朱真才;周公博;周坪;李悦;彭玉兴;闫晓东;宋泓炎;汤帅;黄谭;孙丰中设计研发完成，并于2025-07-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于惯性测量技术的单轨吊轨道变形监测方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种基于惯性测量技术的单轨吊轨道变形监测方法，属于煤矿井下轨道监测技术领域。其技术方案包括如下步骤:S1，沿单轨吊轨道延伸方向等距部署多个IMU模块；S2，采集各IMU模块的初始IMU数据及单轨吊运行速度信号；S3，解算轨道初始空间位置数据，生成未变形的单轨吊轨道参考值；S4，在煤矿运输过程中，定期实时采集各IMU模块的当前IMU数据及里程计速度信号；S5，解算轨道当前空间位置数据；S6，计算各测点的位移差值及姿态角偏差；S7，判定该区域为单轨吊轨道变形点。有益效果为:通过高频率数据采集与多传感器融合，实现高分辨率实时监测，抗外界干扰能力强，无需中断作业即可精准定位变形区域。

本发明授权基于惯性测量技术的单轨吊轨道变形监测方法在权利要求书中公布了：1.一种基于惯性测量技术的单轨吊轨道变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤： S1：沿单轨吊轨道延伸方向以8～15米间距等距部署多个IMU模块，各IMU模块通过刚性卡扣固定于轨道表面，且各IMU模块均包含三轴加速度计、陀螺仪和磁力计； S2：通过里程计获取单轨吊运行速度信号，并同步采集各IMU模块的初始IMU数据，初始IMU数据包括初始三轴加速度、初始角速度及初始磁场数据； S3：基于扩展卡尔曼滤波算法融合初始IMU数据与里程计速度信号，解算轨道初始空间位置数据，生成未变形的轨道参考值； S4：在运输过程中定期采集各IMU模块的当前IMU数据和里程计速度信号，当前IMU数据包括当前加速度、当前角速度、当前磁场数据； S5：基于扩展卡尔曼滤波算法，根据当前IMU数据及里程计速度信号，解算轨道当前空间位置数据； S6：将轨道当前空间位置数据与所述轨道参考值逐点对比，计算各测点的位移差值及姿态角偏差； S7：当位移差值超过设定阈值或连续3个测点姿态角偏差超过0.5°时，判定为轨道变形点； 所述步骤S2的具体方法为：在单轨吊轨道刚安装好或刚维护好之后，此时轨道处于未变形状态，通过里程计按照如下公式计算单轨吊运行速度： 其中，N为脉冲数，D为轮径，T为采样周期； 各IMU模块基于同一时间基准t0以固定采样频率fs记录初始三轴加速度ax、ay、az，初始角速度ωx、ωy、ωz及初始磁场强度Bx、By、Bz，并设置参考时间戳tk标记数据帧，tk＝t0+k·Δt，其中t0为起始时间，fs≥100Hz，k为测点编号； 在步骤S3中，根据初始IMU数据及里程计速度信号，解算轨道初始空间位置数据，具体方法如下： 定义状态向量X＝[x，y，z，vx，vy，vz，θ，γ，ψ]T来描述单轨吊的运动状态，其中x，y，z为三维坐标，vx，vy，vz为三个方向的速度，θ为俯仰角，γ为横滚角，ψ为航向角； 利用IMU模块得到的初始角速度ω和初始加速度a数据，建立扩展卡尔曼滤波状态方程以作为预测模型，其方程为： 式中，Xk为状态向量，fXk＝[f1Xkf2Xk...fnXk]T为非线性向量函数，Γk-1为系统噪声分配矩阵，Wk-1为系统噪声； 利用里程计速度v的观测值构建观测方程并计算卡尔曼增益和修正状态估计，扩展卡尔曼滤波观测方程为： 式中，Zk是系统量测向量，Hk为量测矩阵，Vk是量测噪声； 卡尔曼增益公式为： 状态更新公式为： 协方差更新公式为： 式中，为预测协方差矩阵，为量测矩阵Hk的转置矩阵，Rk为量测噪声协方差矩阵，为先验状态估计，为观测方程的预测值，I为单位矩阵； 通过迭代扩展卡尔曼滤波算法，解算各测点的状态向量Xk，输出各测点的初始三维坐标x0，y0，z0及初始姿态角θ0，γ0，ψ0，其中θ0为初始俯仰角，γ0为初始横滚角，ψ0为初始航向角； 在步骤S3中，生成未变形的单轨吊轨道参考值，具体方法如下： 对全轨道测点重复采集初始IMU数据3次，对每个测点k的多次测量结果进行加权平均，生成未变形的轨道参考值，轨道参考值包括三维坐标参考值和姿态角参考值生成规则如下： 设第k个测点第i次测量的三维坐标为标准差为σi，权重ωi反比于测量方差，即则加权平均坐标为： 其中，k为测点编号，即沿轨道等距部署的第k个IMU模块对应测点，i＝1，2，3； 对每个坐标分量的三次测量值分别排序，然后取中位数作为最终三维坐标参考值，即： 设第k个测点第i次测量的姿态角为基于姿态旋转矩阵元素Rij，其中i，j为坐标系轴向标识，对三次测量的姿态角分别排序后取中位数，得到最终姿态角参考值，即：

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