煤矿井下智能化辅助运输系统设计.pdf
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1、收稿日期:基金项目:井下车联网和无人驾驶技术研究();煤矿智能辅助运输管控一体化关键技术及装备研究(作者简介:陈科(),男,陕西三原人,硕士,高级工程师,现从事智能矿井、智慧矿山建设工作。煤矿井下智能化辅助运输系统设计陈科,唐永岗,周李兵,(陕西陕煤榆北煤业有限公司榆林信息化运维分公司,陕西 榆林 ;天地(常州)自动化股份有限公司,江苏 常州 ;中煤科工集团常州研究院有限公司,江苏 常州 )摘要:煤矿井下驾驶环境复杂,车辆运输频率高,驾驶人员易出现疲劳等不安全因素,极大影响了井下辅助运输工作的安全。针对这一难题,提出一套井下智能化辅助运输系统设计方案,包括冗余组合定位、井下环境感知、高精度地图
2、、路径规划、车辆控制和远程启停,解决煤矿井下人员和物料运输过程中的无人化问题。通过减少矿井运输司机和操作人员的数量以及提高运输车辆智能化,推动煤矿开采的智能化发展,实现安全高效的无人化运输,起到煤矿无人化运输应用的示范作用。关键词:煤矿辅助运输;无人驾驶;多传感器融合;无人化运输中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;(),;,):,:;引言矿井下辅助运输作为煤矿开采的重要组成部分,是煤矿有序运行的关键环节,主要作用包括井下生产需用物料和人员的运输;井下辅助运输系统的优劣是制约煤炭开采量及生产效率的瓶颈,对煤矿开采效率和安全生产影响重大 。如何实现井下辅助运输系统无人驾驶,对于减少煤矿开
3、采过程中的经济损失和人员伤亡,降低运输成本,提高采矿工作效率,具有重大的推动作用 。对于煤矿开采而言,实现井下辅助运输系统无人驾驶技术能极大地增加煤矿开采效益,有效地推动煤矿开采过程中整体降低能耗、提高安全生产水平,加快智慧矿山的建设步伐 。当前井下辅助运输多由人工驾驶,但由于煤矿井下恶劣的驾驶环境,极大的增加了驾驶难度。此外,司机工作强度大,长期不良的工作环境会导致司机的身体机能下降、反应迟钝,矿井中粉尘等导致井下能见度低,这些因素给井下辅助运输系陈科唐永岗周李兵煤矿井下智能化辅助运输系统设计 年 )统埋下严重的安全隐患。因此,探索自动驾驶技术与井下辅助运输装备相结合,对提升系统运输效率,降
4、低运输成本,实现安全高效运输具有重要的实际意义。井下智能辅助运输系统的功能包括无人车辆启停、车道保持、换道、避障等 。通过无人驾驶技术,提高运输车辆自动化、智能化程度,为保障煤矿安全作业和辅助运输安全运行发挥重要作用。井下智能辅助运输系统概述设计的井下车载无人驾驶系统包括环境信息处理和车辆运行决策 部分。第 部分包含冗余组合定位 、井下环境感知 、路径规划 和高精地图 ,;第 部分包含车辆控制 和远程启停 等功能模块。冗余组合定位采用 ()、惯性、轮速里程计和激光进行多传感器融合,获取连续稳定的高精度定位数据 。环境感知采用激光和视觉等传感器,采用多源异构感知融合技术,实现对井下环境的实时准确
5、感知。采用三维激光雷达构建井下矿三维高精地图,为路径规划提供支持,并为车辆定位、感知提供辅助。车辆动态控制模块根据路径规划结果,生成相应的车辆控制指令,实现操作人员和井下车辆之间的协同作业体 ,描述无人车自动驾驶硬件的详细布局。井下运输车传感器布局如图 所示。?图 井下运输车传感器布局示意 环境信息处理设计 冗余组合定位无人车定位方法主要有相对定位和绝对定位 种。相对定位主要是利用轮速里程计、()、视觉等外部传感器,推测无人车在预测环境中的位姿。绝对定位最常用的手段是 ()定位,该方式可直接获取机器人在环境中的绝对位置,但由于井下没有 信号而无法使用;对于井下环境,其他可用的绝对定位手段包括
6、和激光。最后,为获得更加精确稳定的导航定位数据,需要对无人车相对定位和绝对定位数据进行融合,主要融合手段包括 ()和 ()。通过引入 定位手段,辅助确定车辆在井下的绝对位置,定位原理如图 所示。为了在井下矿中实现车辆的定位,解决长巷道、暗灯光、潮湿等环境下的定位问题。基于 、激光雷达等多种传感器,实现井下特殊场景下的多传感器融合定位。采用 定位精度 、激光雷达传感器和 传感器实现精准定位,借助 ()方法进行融合以获得车体的位姿。该方案的定位系统完整性好,适用性强,车体位姿是大地坐标系下的绝对位置,易与地面感知系统结合。?图 定位示意 井下环境感知在传感器的安装过程中,需要保证无人驾驶车辆 的感
7、知范围以适应井下复杂的工况。对于井下环境,采用视觉、激光雷达的多源融合感知技术,利用不同的传感器的物理特性,得出准确可靠的精准感知结果。通过不间断的传感器感知实现动态障碍物检测跟踪、道路特征信息提取(如路面区域,道路红绿灯、限速彩虹灯、道路坡度信息等)以及无人料车空重载分析等丰富传感信息。车辆环境感知流程如图 所示。感知子系统主要任务包括可行驶区域检测、路沿检测、目标检测、传感器融合和目标跟踪等任务。每个模块完成不同的功能。可行驶区域检测模块检测车辆前方可行驶区域;路沿检测模块检测当前道路环境中路沿信息;目标检测模块运用激光雷达感知算法和毫米波雷达感知算法,检测当前环境中的目标信息;多传感器融
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