基于高精度定位導航終端的井下礦機車無人駕駛系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于井下礦山信息化建設和安全生產領域，主要利用無線電定位技術、無線通信技術、自動控制及計算機技術實現井下礦山生產運輸環節電力機車的無人駕駛。
【背景技術】
[0002]近幾年來，礦山安全生產監控系統得到迅速發展，井下人員考勤定位遠程管理及安全生產管理信息化系統、礦井數字化瓦斯遠程監控系統等初步實現安全、生產遠程監測。井下人員定位系統在國內的應用已十分普遍，但是礦井移動設備的定位技術和裝備還待開發。目前的井下人員與設備定位精度不高，多為區域性定位，而井下礦山人員及設備的安全，一直是礦山安全生產中最為關心的問題。
[0003]隨著國家對智能大型裝備制造的政策支持，結合井下礦山未來生產場景無人化的需求，因此，在開發高精度定位技術和裝備基礎上實現井下礦山設備無人駕駛，以保證井下礦安全生產和保障國家對井下礦產資源大量需求的供應，具有現實和戰略意義。
【發明內容】
[0004]針對我國目前井下礦山地下巷道運輸系統多采用電機車運輸方式，且完全人工駕駛的現實，本發明提出一種實現井下電機車無人駕駛的方法。該方法基于井下高精度定位導航終端，結合礦用泛在物聯網絡和生產作業調度構建機車無人駕駛系統。該系統主要由三種模式和六大系統構成，三種模式分別為遙控駕駛、無人駕駛和人工駕駛模式，六大系統包括監控中心調度指揮系統、高精度車載終端電控系統、軌道信息檢測控制系統、無線寬帶物聯網系統、安全行駛判別系統和裝/卸載控制系統，結合六大系統的控制水平和監測狀態進行三種模式的切換可以保證井下運輸作業的不間斷。在實現井下機車遙控駕駛的基礎上，選擇無人駕駛模式，則機車車載定位導航終端根據生產作業指令自行在其區段內運行，當個別井下生產中段的通信或設備出現故障時，可臨時改為人工模式，保證生產的不間斷。
[0005]有益效果:
本發明可實現井下運輸電機車的無人駕駛，促進井下生產無人化和大型裝備智能化進程，降低人員傷亡率和實現減員增效，促進礦井生產能力的提高，將會給礦山企業帶來可觀的安全和經濟效益。
【附圖說明】
[0006]圖1為系統結構圖
圖中:1為井下運輸巷道，2為無線定位通信基站，3為雙光纖環網，4為光纖環網交換機，5為上位機，6為電機車，7為高精度定位導航終端，8為變頻控制系統，9為RFID讀卡器，10為障礙物檢測單元，11為占軌檢測器，12為紅綠燈及道岔控制器，13為軌道，14為供電
接觸器。【具體實施方式】
[0007]在井下運輸巷道(I)布置無線定位通信基站(2 )和雙光纖環網(3 )，構建井下泛在物聯網，光纖環網(3)直連井上監控中心的光纖環網交換機(4)，光纖環網交換機(4)與運行調度指揮系統的上位機(5)相連，無線定位通信基站(2)包含CSS定位通信基站和WIFI
通信基站單元。
[0008]車載電控系統安裝在電機車(6)上，由車載高精度定位導航終端(7)、變頻控制系統(8 )、RFID讀卡器(9 )及障礙物檢測單元(10 )組成，車載高精度定位導航終端(7 )由車載處理器、CSS定位通信單元、無線WIFI單元及總線接口單元構成，其通過總線接口單元與變頻控制系統(8)、RFID讀卡器(9)及障礙物檢測單元(10)相連。
[0009]安全行駛判別系統運行在車載高精度定位導航終端(7)和上位機(5)中，車載高精度定位導航終端(7)通過CSS通信定位單元結合無線定位通信基站(2)的實際物理位置可實現3米以內的高精度定位，初步滿足無人駕駛的位置需求，再通過裝卸點及道岔等關鍵部位RFID卡片的識別，可精確得到電機車(6)的位置。該位置信息通過無線定位通信基站(2)和雙光纖環網(3)上傳到上位機(5)的調度指揮系統，調度指揮系統根據電機車(6)的位置信息將作業指令再通過無線定位通信基站(2)和雙光纖環網(3)下發到車載高精度定位導航終端(7)中，車載高精度定位導航終端(7)中安全行駛判別系統根據作業指令，結合自身位置信息、解算出的速度信息及障礙物檢測單元(10)的信息通過變頻控制系統(8)控制電機車(6)的供電接觸器(14)升降、加速、勻速、減速、制動等動作實現無人駕駛。
[0010]軌道信息檢測控制系統由占軌檢測器(11)和紅綠燈及道岔控制器(12)構成，占軌檢測器(11)通過軌道(13)之間的電氣聯通性判斷電機車(6)軌道占用情況，并通過物聯網反饋給上位機(5 )和車載高精度定位導航終端(7 )，上位機(5 )根據軌道占用情況結合生產作業指令通過物聯網通知紅綠燈及道岔控制器(12)控制紅綠燈及道岔置到相應狀態，車載高精度定位導航終端(7 )根據占道情況控制機車的速度和制動，保證安全運行。
[0011 ] 礦山企業在實施井下物聯網系統和安裝車載電控系統后，可在上位機(5 )遙控電機車(6)的運行，在鑒定了物聯網健壯性和機車可控性的基礎上，減掉大部分人員投入適應無人駕駛系統，當部分生產中段網絡故障或終端故障情況出現，可臨時采用人工駕駛方式保證生產不間斷運行。
【主權項】
1.基于高精度定位導航終端的井下礦機車無人駕駛系統，其特征在于:由遙控駕駛、無人駕駛和人工駕駛三種模式、監控中心調度指揮系統、高精度車載終端電控系統、軌道信息檢測控制系統、無線寬帶物聯網系統、安全行駛判別系統和裝/卸載控制系統構成，調度指揮系統通過無線寬帶物聯網下發指令到車載終端電控系統和軌道信息檢測控制系統，車載終端電控系統的車載高精度導航終端(7)結合軌道狀況通過變頻控制系統(8)控制電機車(6)的運行；當個別井下生產中段的通信或設備出現故障時，可臨時改為人工模式，保證生產的不間斷。2.根據權利要求1所述的高精度車載終端電控系統，其特征在于:由車載高精度定位導航終端(7)、變頻控制系統(8)、RFID讀卡器(9)及障礙物檢測單元(10)構成，車載高精度定位導航終端(7)采用CSS高精度定位，利用CSS單元和WIFI通信。3.根據權利要求1所述的無人駕駛系統，其特征在于:安全行駛判別系統運行在車載高精度定位導航終端(7)中，車載高精度定位導航終端(7)通過CSS通信定位單元結合無線定位通信基站(2)的實際物理位置、再通過RFID讀卡器(9)對裝卸點及道岔等關鍵部位RFID卡片的識別，可精確得到電機車(6)的實時位置；調度指揮系統根據電機車位置信息將作業指令再通過無線定位通信基站(2)和雙光纖環網(3)下發到車載高精度定位導航終端(7)中，車載高精度定位導航終端(7)中的安全行駛辨別系統根據作業指令，結合自身位置信息、解算出的速度信息及障礙物檢測單元(10)的信息通過變頻控制系統(8)控制電機車(6)的供電接觸器(14)升降、加速、勻速、減速、制動等動作實現無人駕駛。
【專利摘要】本發明屬于井下礦山信息化建設和安全生產領域，文中提出的無人駕駛系統由遙控駕駛、無人駕駛和人工駕駛三種模式、監控中心調度指揮系統、高精度車載終端電控系統、軌道信息檢測控制系統、無線寬帶物聯網系統、安全行駛判別系統和裝/卸載控制系統構成，調度指揮系統通過無線寬帶物聯網下發指令到車載終端電控系統和軌道信息檢測控制系統，車載終端電控系統的車載高精度導航終端結合軌道狀況通過變頻控制系統控制電機車的運行。當個別井下生產中段的通信或設備出現故障時，可臨時改為人工模式，保證生產的不間斷。本發明可促進井下生產無人化和大型裝備智能化進程，提高礦井生產能力，為礦山企業帶來可觀的安全和經濟效益。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN105629967
【申請號】CN201410591958
【發明人】石國峰, 何文超, 李振環, 楊興海, 蘇新明, 呂濤, 高德旭, 樵永鋒, 趙洪濤
【申請人】丹東東方測控技術股份有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月30日