本發(fā)明涉及一種礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)及其方法，屬于煤礦機械設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著我國煤礦工業(yè)的發(fā)展和礦井下自動化水平的提高，對煤礦輔助運輸設(shè)備的相關(guān)要求越來越高。礦用防爆單軌吊機車作為煤礦輔助運輸重要設(shè)備被廣泛應(yīng)用于運輸物料、人員、設(shè)備，其動力一般由防爆柴油機或防爆電池提供，機車具有連續(xù)運輸、防跑車、不受底板限制、爬破能力強、模塊化驅(qū)動等優(yōu)點。

2、目前煤礦防爆單軌吊運行方式有以下幾種：一是機車司機坐在前后駕駛室通過操作手柄操作車輛運行，同時配備一名跟車工和操作工進行機車的起吊作業(yè)和運行跟蹤；二是防爆單軌吊機車配備近距遙控器駕駛操作，機車司機站在單軌吊下使用遙控器開車；三是有部分煤礦響應(yīng)智能化的要求，提出了通過在地面調(diào)度室進行遠程控制開車。

3、目前煤礦防爆單軌吊存在如下幾種主要問題：其一，由于機車軌道懸掛于巷道頂，在有些巷道工況條件不好的煤礦，機車在運行中軌道可能會脫落，導致單軌吊掉道，造成乘坐在駕駛室的人員事故時有發(fā)生；其二，遙控操控開車，需要跟車司機跟隨單軌吊行走，煤礦井下道路坡度較大，對體力消耗非常大，進而影響整個煤礦井下單軌吊機車的運輸效率；其三，地面調(diào)度室遠程開車對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r傳輸要求非常高，由于煤礦井下環(huán)境惡劣，井下環(huán)網(wǎng)到地面均存在一定的延遲，造成控制不夠及時精準，影響車輛運行。同時為保證安全，井下機車運行還需要在配置安全員進行跟車，進一步增加了運輸成本。隨著煤礦工業(yè)的發(fā)展，對煤礦井下運輸設(shè)備運輸智能化和安全性的要求越來越高，如何實現(xiàn)車輛自主運行、自主避障感應(yīng)、遠程監(jiān)測是目前防爆單軌吊機車急需解決的一項重要問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)及其方法，以實現(xiàn)車輛自主運行、自主避障感應(yīng)、遠程監(jiān)測。

2、為實現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取如下的技術(shù)方案：

3、一種礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)，包括煤礦巷道區(qū)域操控系統(tǒng)、wifi6網(wǎng)絡(luò)通信及定位系統(tǒng)、車載感知系統(tǒng)以及車載控制系統(tǒng)，其中：

4、煤礦巷道區(qū)域操控系統(tǒng)包括操控及顯示一體式終端和防爆電源裝置；操控及顯示一體式終端安裝在單軌吊機車運行的巷道端，并與防爆電源裝置電性連接；

5、wifi6網(wǎng)絡(luò)通信及定位系統(tǒng)通過若干無線多功能基站級聯(lián)組成；操控及顯示一體式終端通過以太網(wǎng)線就近接入無線多功能基站，并與wifi6網(wǎng)絡(luò)通信及定位系統(tǒng)處于同一局域網(wǎng)內(nèi)；

6、車載感知系統(tǒng)用于感知單軌吊機車運行的路徑環(huán)境及路況信息，并將所感知到的路徑環(huán)境及路況信息通過wifi6網(wǎng)絡(luò)通信及定位系統(tǒng)傳輸至車載控制系統(tǒng)；

7、車載控制系統(tǒng)根據(jù)車載控制器傳輸過來的融合處理結(jié)果，控制單軌吊機車的運行。

8、優(yōu)選地，車載感知系統(tǒng)包括ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀、車載控制器、激光雷達以及毫米波雷達；

9、激光雷達用于采集單軌吊機車運行過程中巷道輪廓的點云數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⑺杉降南锏垒喞狞c云數(shù)據(jù)傳輸至車載控制器；

10、ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀用于識別單軌吊機車運行過程中的不規(guī)則障礙物圖像信息，并能夠?qū)⑺R別到的不規(guī)則障礙物圖像信息傳輸至車載控制器；

11、毫米波雷達用于捕捉移動目標信息，并能夠?qū)⑺蹲降降囊苿幽繕诵畔鬏斨淋囕d控制器；

12、車載控制器根據(jù)所接收到的巷道輪廓的點云數(shù)據(jù)構(gòu)建高精度巷道輪廓地圖，并與ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀所識別的不規(guī)則障礙物圖像信息、毫米波雷達捕捉到的移動目標信息進行融合處理，即可獲得單軌吊機車運行的路徑環(huán)境及路況信息，實現(xiàn)單軌吊機車運行工況探測、運行軌道探測以及機車周邊人員探測。

13、優(yōu)選地，還包括車載自主運行越位保護系統(tǒng)；

14、車載自主運行越位保護系統(tǒng)包括rfid射頻卡；rfid射頻卡包括兩組，對應(yīng)為第一、第二rfid射頻卡；第一、第二rfid射頻卡分別對應(yīng)地安裝在運行軌道的a、b兩點位置，a點位置設(shè)置為機車前端防越位，b點位置設(shè)置為機車后端防越位；

15、當單軌吊機車沿著運行軌道行進并觸發(fā)第一rfid射頻卡時，第一rfid射頻卡向車載控制系統(tǒng)發(fā)送標簽信息；車載控制系統(tǒng)根據(jù)所接收到的第一rfid射頻卡發(fā)出的標簽信息，控制單軌吊機車停在a點位置；

16、當單軌吊機車沿著運行軌道行進并觸發(fā)第二rfid射頻卡時，第二rfid射頻卡向車載控制系統(tǒng)發(fā)送標簽信息；車載控制系統(tǒng)根據(jù)所接收到的第二rfid射頻卡發(fā)出的標簽信息，控制單軌吊機車停在b點位置。

17、優(yōu)選地，車載自主運行越位保護系統(tǒng)還包括機械式越位開關(guān)；機械式越位開關(guān)包括兩組，對應(yīng)為第一、第二機械式越位開關(guān)；第一、第二機械式越位開關(guān)分別對應(yīng)地安裝在運行軌道的a、b兩點位置；

18、當單軌吊機車沿著運行軌道行進并觸碰第一機械式越位開關(guān)時，第一機械式越位開關(guān)的開關(guān)信號接入到車載控制系統(tǒng)的車輛停車回路，實現(xiàn)單軌吊機車在a點位置的緊急停車；

19、當單軌吊機車沿著運行軌道行進并觸碰第二機械式越位開關(guān)時，第二機械式越位開關(guān)的開關(guān)信號接入到車載控制系統(tǒng)的車輛停車回路，實現(xiàn)單軌吊機車在b點位置的緊急停車。

20、優(yōu)選地，車載自主運行越位保護系統(tǒng)具備機車位置計算模塊；機車位置計算模塊通過將機車位置值與預(yù)設(shè)的機車運行終點位置實時比較，當機車位置值與預(yù)設(shè)的機車運行終點位置之間的距離大于安全范圍時，停止單軌吊機車運行。

21、優(yōu)選地，車載控制器內(nèi)部包括電源模組、通信及定位客戶端模組、感知運算模組、總線通訊模組；

22、通信及客戶端定位模組具備無線通訊功能，能夠?qū)崟r接收無線多功能基站的信號，同時具備發(fā)送車載數(shù)據(jù)信號到無線多功能基站；

23、感知運算模組接收ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀、激光雷達以及毫米波雷達所采集的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)運算處理后通過總線通訊模組傳輸給車載控制主機。

24、優(yōu)選地，車載控制系統(tǒng)包括車載驅(qū)動主機以及變頻一體機；

25、車載驅(qū)動主機內(nèi)部包括驅(qū)動模組、通信模組；通信模組負責接收車載感知系統(tǒng)內(nèi)部的車載控制器總線通訊模組數(shù)據(jù)后運算處理，通過驅(qū)動模組輸出到變頻一體機進行動作；同時通信模組接收變頻一體機及驅(qū)動模組的數(shù)據(jù)信息后傳輸給車載控制器的總線通訊模組。

26、優(yōu)選地，單軌吊機車為雙向行駛機車，包括兩個行車車頭；煤礦巷道區(qū)域操控系統(tǒng)、wifi6網(wǎng)絡(luò)通信及定位系統(tǒng)、車載感知系統(tǒng)均針對每一個行車車頭配備一組。

27、本發(fā)明的另一個技術(shù)目的是提供一種礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行方法，包括如下步驟：

28、獲取單軌吊機車運行的路徑環(huán)境及路況信息：采用車載感知系統(tǒng)感知單軌吊機車運行的路徑環(huán)境及路況信息，并將所感知到的路徑環(huán)境及路況信息傳輸至車載控制系統(tǒng)；

29、自動控制單軌吊機車運行狀態(tài)：車載控制系統(tǒng)根據(jù)所接收到的路徑環(huán)境及路況信息，自動控制單軌吊機車運行。

30、優(yōu)選地，車載感知系統(tǒng)包括ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀、車載控制器、激光雷達以及毫米波雷達；單軌吊機車運行的路徑環(huán)境及路況信息具體通過下述步驟獲得：

31、采用激光雷達采集單軌吊機車運行過程中巷道輪廓的點云數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⑺杉降南锏垒喞狞c云數(shù)據(jù)傳輸至車載控制器；

32、采用ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀識別單軌吊機車運行過程中的不規(guī)則障礙物圖像信息，并能夠?qū)⑺R別到的不規(guī)則障礙物圖像信息傳輸至車載控制器；

33、采用毫米波雷達捕捉移動目標信息，并能夠?qū)⑺蹲降降囊苿幽繕诵畔鬏斨淋囕d控制器；

34、車載控制器根據(jù)所接收到的巷道輪廓的點云數(shù)據(jù)構(gòu)建高精度巷道輪廓地圖，并與ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀所識別的不規(guī)則障礙物圖像信息、毫米波雷達捕捉到的移動目標信息進行融合處理，即可獲得單軌吊機車運行的路徑環(huán)境及路況信息。

35、基于上述的技術(shù)目的，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)勢：

36、1、礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)，能自動感知運行的路徑環(huán)境及路況信息，采用相應(yīng)的運行控制策略實現(xiàn)自主運行，不依賴地面后臺服務(wù)器，從而能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中依賴煤礦井下環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和地面服務(wù)器的無人駕駛煤礦單軌吊機車技術(shù)缺陷。運行更為安全可靠。

37、2、防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)采用集成化設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可快速在當前人工或遙控駕駛的單軌吊機車進行改裝，具有良好的性價比。

38、3、礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)，具備準確實時定位，安裝在單軌吊機車的激光雷達、毫米波雷達、ai網(wǎng)絡(luò)攝像儀通過接入車載控制器，實現(xiàn)機車運行工況探測、運行軌道探測，機車周邊人員探測，使得在煤礦井下巷道內(nèi)的復雜環(huán)境下，保證單軌吊機車安全、可靠運行。

39、4、礦用防爆單軌吊機車區(qū)間自動運行系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，更適用于煤礦井下單軌吊機車自主運行的實現(xiàn)，達到煤礦井下單軌吊機車運行減人增效的目標。