无轨胶轮车智能车载系统、井下车辆调度系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了无轨胶轮车智能车载系统、井下车辆调度系统和控制方法。无轨胶轮车智能车载系统是在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，分为主腔体、电源腔和接线腔，主腔体内设有电源管理模块、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块；在隔爆控制柜的外部设有本安感知模块、隔爆型感知模块和底层控制器。井下车辆调度系统包括设置在巷道不同位置的无线传感器网络锚节点、井下行人携带的定位装置、井下监视摄像机和调度系统服务器。基于无轨胶轮车智能车载系统和井下车辆调度系统构建无轨胶轮车的运行控制方法。本发明专利技术实现了无轨胶轮车的自主驾驶与智能化调度，提高了辅助运输的安全性和高效性。

Intelligent vehicle mounted system for trackless rubber tyred vehicle, downhole vehicle dispatching system and control method

The invention discloses a trackless rubber tyred vehicle intelligent vehicle mounted system, a downhole vehicle dispatching system and a control method. The intelligent vehicle system of the trackless rubber wheel is set up a flameproof control cabinet on the trackless rubber wheel, which is divided into the main cavity, the power supply cavity and the connection cavity. The main cavity has the power management module, the information exchange module, the isolation module, the inertial navigation module, the data acquisition and preprocessing module, the location and environment modeling module and the planning control module. The outer part of the flameproof control cabinet is equipped with intrinsically safe sensing module, flameproof perception module and bottom controller. The downhole vehicle scheduling system includes the wireless sensor network anchor nodes in different laneways, the location device carried by the downhole pedestrians, the downhole surveillance camera and the dispatching system server. Based on Trackless Rubber tyred vehicle intelligent vehicle mounted system and underground vehicle dispatching system, the operation control method of trackless rubber tyred vehicle is built. The invention realizes self driving and intelligent dispatching of trackless rubber tyred vehicles, and improves the safety and efficiency of auxiliary transportation.

【技术实现步骤摘要】
无轨胶轮车智能车载系统、井下车辆调度系统和控制方法
本专利技术属于煤矿辅助运输设备领域，特别涉及了无轨胶轮车智能车载系统、井下车辆调度系统和控制方法。
技术介绍
煤矿辅助运输设备承担着除煤炭运输外的包括人员、材料、工具、设备、矸石等其他各种生产资料的运输任务，是煤矿生产企业重点使用且不可或缺的设备。无轨胶轮车工作于各盘区、大巷，进行人员与设备运输或材料和设备的铲运。随着我国煤矿开采条件的改善，在条件较好的矿井，该类设备可从地面直接沿斜井驶入各盘区大巷。无轨胶轮车以其高效性、机动性、安全性以及强运载能力，在设备和人员运输方面应用越来越广泛。目前，无轨胶轮车通常由专业人员人工驾驶。由于煤矿各盘区及矿道错综复杂，且运输距离长，工作时间不定，驾驶人员极易出现疲劳驾驶，给人员和设备运输造成巨大安全隐患；煤矿巷道光照条件不佳，环境恶劣，巷道空间有限，而且有矿工、生产设备、其他运输车辆等静止或运动物体存在，仅依靠人员驾驶也给矿工和设备安全造成安全威胁；目前的井下调度系统仅用于基本的总体任务规划、人员和设备基本信息监控，当车辆在狭窄巷道会车和有临时车加入到巷道路网中时，需要会车双方驾驶员利用鸣笛、灯光等方式进行示意，其中一辆退回到最近的避让空间进行避让，这势必降低辅助运输效率，也带来安全性问题。近年来无人驾驶技术逐渐成为国内外研究的热点，出现了在城市和野外环境下运行的无人驾驶汽车。将无人驾驶技术应用到辅助运输车辆，可以降低驾驶员的工作强度，提高驾驶安全性和自主性，可以方便的接入矿山智能化管理系统进行统一调度，对于矿井无人化具有重大意义。但是，目前的无人驾驶系统只能用于地上结构化环境，无法直接搭载到无轨胶轮车上应用，对于可能存在爆炸性气体的煤矿环境并不适用。无轨胶轮车的智能驾驶系统设计相较于地面车辆的难度主要表现在：(1)煤矿辅助运输车辆及搭载的各类电气设备，必须满足煤矿安全规程规定和GB3836爆炸性环境系列标准的指标，所有设备必须严格满足防爆安全要求。目前地面无人驾驶系统并没有可以满足此类要求的产品和设计，无法直接应用于井下环境；(2)井下环境照度低，而且工作场景中存在煤尘、粉尘、水汽等，对于视觉、激光、红外、超声等传感器的性能会造成较大影响，依赖单一类类型传感器进行感知和定位可靠性不足；(3)井下巷道错综复杂，无法利用地面无人驾驶车辆使用的GPS等设备进行定位，且用于通讯和感知的传感器发出的信号可能被屏蔽、吸收以及存在多路径效应，给辅助运输车辆的可靠定位和感知安全性带来巨大挑战，直接从调度室遥控车辆可能存在通讯中断造成安全事故的情况，需要车辆自身具备自主感知、局部运动规划和控制能力。(4)煤矿辅助运输车辆工作场景复杂，巷道宽度和可行驶区域、回转与避让范围有限，可能存在矿工、移动车辆、静止设备等障碍物，给车辆自主驾驶带来巨大的难度，仅依赖车辆自身进行感知和控制，当出现车辆会车、临时加车等情况时，其中一辆车需要退回到最近避让空间，降低了整体辅助运输效率，因此需要统一调度的智能化调度系统；(5)目前井下调度室的调度系统主要是对人员和设备状态的基本信息进行监控，对于无轨胶轮车及其他车辆的监控通常为摄像头定点监控，无法连续获得车辆准确位置，且目前的调度策略仅为简单的任务计划制定，无法为车辆的最优路径和任务规划做指导，无法从车辆本身的轨迹规划和控制层面进一步提高井下辅助运输效率。综上所述，无轨胶轮车智能驾驶系统与调度系统，一方面需要无轨胶轮车本身满足防爆安全要求，且必须具有可靠的感知、定位、运动规划和控制的能力，必须具有冗余的传感器系统以保障上述能力。另一方面必须具有高度自动化和智能化的调度系统进行井下无轨胶轮车辅助运输统一规划管理。而现阶段地面和其他类型车辆智能驾驶系统尚不具备上述能力，无法直接在此类环境下使用。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供无轨胶轮车智能车载系统、井下车辆调度系统和控制方法，实现无轨胶轮车的自主驾驶与智能化调度，提高辅助运输的安全性和高效性。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种无轨胶轮车智能驾驶系统，在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，该隔爆控制柜包括3个腔体：主腔体、电源腔和接线腔；所述主腔体内设有电源管理模块、电流传感器、继电器模组、电源转换模组、本安电源模组、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块；所述电源腔内设有电源模块；在隔爆控制柜的外部设有本安感知模块、隔爆型感知模块和底层控制器；所述本安感知模块包括无线传感器网络节点模块、多线激光雷达感知模块、二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、车载声呐感知模块和速度测量模块；所述隔爆型感知模块包括隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块和隔爆型TOF相机感知模块；所述电源管理模块采集电源模块的温度和电压信号判断电源工作状态，电流传感器采集各支路电流并反馈给电源管理模块，电源管理模块根据电源和支路电流信息控制控制器模组，控制器模组包括多个继电器模块，分别控制各非安电路和本安电路的通断；非安电路通过电源转换模组将电源模块的输出转换为不同电压，分别为隔爆控制柜内部的信息交换模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块、规划控制模块以及隔爆控制柜外部的隔爆型感知模块供电；本安电路通过本安电源模组将电源模块的输出转换为不同的本安电压，分别为隔爆控制柜内部的隔离模块和隔爆控制柜外部的本安感知模块供电；所述接线腔内安装接线端子，通过接线端子实现隔爆控制柜内部电路与外部电路的连接，本安感知模块通过接线端子与隔离模块的输入端相连，隔离模块的输出端与信息交换模块的输入端相连，隔爆型感知模块通过接线端子与信息交换模块的输入端相连，信息交换模块的输出端依次连接数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块。进一步地，多线激光雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体上部；二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体前部下方；车载声呐感知模块安装于车身侧方和后方；隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块、无线传感器网络节点模块安装于车体上方；速度测量模块安装于四个车轮处；隔爆型TOF相机感知模块安装于车后方两侧。无轨胶轮车的形式包括但不限于井下人员运输车和设备铲运车；无轨胶轮车为无方向盘的完全自主驾驶形式，或保留方向盘能够进行人工接管的形式。基于上述无轨胶轮车智能车载系统的井下车辆调度系统，包括设置在煤矿巷道两侧不同位置的无线传感器网络锚节点、各井下行人携带的定位装置、设置在煤矿巷道不同位置的井下监视摄像机和设置在煤矿调度室的调度系统服务器，各无线传感器网络锚节点的绝对位置已知；无轨胶轮车在行驶过程中，无线传感器网络节点模块检测巷道中无线传感器网络锚节点发出的信号强度，自动组网通信，并基于无线传感器网络进行车辆定位，无线传感器网络锚节点将无轨胶轮车智能车载系统的上传信息和车辆定位信息通过有线网络传输至调度系统服务器，井下行人携带的定位装置通过无线传感器网络将行人当前位置信息传输至调度系统服务器，井下监视摄像机监视井下车辆和行人的位置信息，并通过有线网络将监视信息传输至调度系统服务器，调度系统服务器综合处理无轨胶轮车智能车载系统的上传信息、车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无轨胶轮车智能车载系统，其特征在于：在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，该隔爆控制柜包括3个腔体：主腔体、电源腔和接线腔；所述主腔体内设有电源管理模块、电流传感器、继电器模组、电源转换模组、本安电源模组、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块；所述电源腔内设有电源模块；在隔爆控制柜的外部设有本安感知模块、隔爆型感知模块和底层控制器；所述本安感知模块包括无线传感器网络节点模块、多线激光雷达感知模块、二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、车载声呐感知模块和速度测量模块；所述隔爆型感知模块包括隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块和隔爆型TOF相机感知模块；所述电源管理模块采集电源模块的温度和电压信号判断电源工作状态，电流传感器采集各支路电流并反馈给电源管理模块，电源管理模块根据电源和支路电流信息控制控制器模组，控制器模组包括多个继电器模块，分别控制各非安电路和本安电路的通断；非安电路通过电源转换模组将电源模块的输出转换为不同电压，分别为隔爆控制柜内部的信息交换模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块、规划控制模块以及隔爆控制柜外部的隔爆型感知模块供电；本安电路通过本安电源模组将电源模块的输出转换为不同的本安电压，分别为隔爆控制柜内部的隔离模块和隔爆控制柜外部的本安感知模块供电；所述接线腔内安装接线端子，通过接线端子实现隔爆控制柜内部电路与外部电路的连接，本安感知模块通过接线端子与隔离模块的输入端相连，隔离模块的输出端与信息交换模块的输入端相连，隔爆型感知模块通过接线端子与信息交换模块的输入端相连，信息交换模块的输出端依次连接数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块。...

【技术特征摘要】
1.一种无轨胶轮车智能车载系统，其特征在于：在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，该隔爆控制柜包括3个腔体：主腔体、电源腔和接线腔；所述主腔体内设有电源管理模块、电流传感器、继电器模组、电源转换模组、本安电源模组、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块；所述电源腔内设有电源模块；在隔爆控制柜的外部设有本安感知模块、隔爆型感知模块和底层控制器；所述本安感知模块包括无线传感器网络节点模块、多线激光雷达感知模块、二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、车载声呐感知模块和速度测量模块；所述隔爆型感知模块包括隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块和隔爆型TOF相机感知模块；所述电源管理模块采集电源模块的温度和电压信号判断电源工作状态，电流传感器采集各支路电流并反馈给电源管理模块，电源管理模块根据电源和支路电流信息控制控制器模组，控制器模组包括多个继电器模块，分别控制各非安电路和本安电路的通断；非安电路通过电源转换模组将电源模块的输出转换为不同电压，分别为隔爆控制柜内部的信息交换模块、惯性导航模块、数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块、规划控制模块以及隔爆控制柜外部的隔爆型感知模块供电；本安电路通过本安电源模组将电源模块的输出转换为不同的本安电压，分别为隔爆控制柜内部的隔离模块和隔爆控制柜外部的本安感知模块供电；所述接线腔内安装接线端子，通过接线端子实现隔爆控制柜内部电路与外部电路的连接，本安感知模块通过接线端子与隔离模块的输入端相连，隔离模块的输出端与信息交换模块的输入端相连，隔爆型感知模块通过接线端子与信息交换模块的输入端相连，信息交换模块的输出端依次连接数据采集与预处理模块、定位与环境建模模块和规划控制模块。2.根据权利要求1所述无轨胶轮车智能车载系统，其特征在于：多线激光雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体上部；二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体前部下方；车载声呐感知模块安装于车身侧方和后方；隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块、无线传感器网络节点模块安装于车体上方；速度测量模块安装于四个车轮处；隔爆型TOF相机感知模块安装于车后方两侧；无轨胶轮车的形式包括但不限于井下人员运输车和设备铲运车；无轨胶轮车为无方向盘的完全自主驾驶形式，或保留方向盘能够进行人工接管的形式。3.基于权利要求1所述无轨胶轮车智能车载系统的井下车辆调度系统，其特征在于，包括设置在煤矿巷道两侧不同位置的无线传感器网络锚节点、各井下行人携带的定位装置、设置在煤矿巷道不同位置的井下监视摄像机和设置在煤矿调度室的调度系统服务器，各无线传感器网络锚节点的绝对位置已知；无轨胶轮车在行驶过程中，无线传感器网络节点模块检测巷道中无线传感器网络锚节点发出的信号强度，自动组网通信，并基于无线传感器网络进行车辆定位，无线传感器网络锚节点将无轨胶轮车智能车载系统的上传信息和车辆定位信息通过有线网络传输至调度系统服务器，井下行人携带的定位装置通过无线传感器网络将行人当前位置信息传输至调度系统服务器，井下监视摄像机监视井下车辆和行人的位置信息，并通过有线网络将监视信息传输至调度系统服务器，调度系统服务器综合处理无轨胶轮车智能车载系统的上传信息、车辆的定位信息、行人的位置信息和井下监视摄像机的监视信息，得到井下车辆的调度规划方案，控制各辆无轨胶轮车的运行。4.基于权利要求3所述井下车辆调度系统的无轨胶轮车运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)无轨胶轮车智能车载系统上的各隔爆型感知模块和本安感知模块分别采集各自信息，并传输到隔爆控制柜内的信息交换模块；(2)数据采集与预处理模块从信息交换模块中接收各类传感器数据，并对各类数据进行时间同步和预处理；(3)定位与环境建模模块利用预处理后的传感器数据以及井下地理信息系统，进行车辆自身定位与环境感知，并建立车辆周围环境模型；(4)将车辆定位信息和周围环境模型利用无线传感器网络传输到煤矿调度室的调度系统服务器，井下行人携带的定位装置通过无线传感器网络将行人当前位置信息传输至调度系统服务器，利用井下监视摄像机进一步确认车辆和行人的位置信息；调度系统服务器利用最优调度策略进行整体调度规划，输出各车辆的全局路径规划信息、车辆优先级和最高优先级干预控制信息，并通过无线传感器网络发送给各车辆；(5)规划控制模块综合利用环境感知信息、车辆性能信息、调度系统服务器发送的全局路径规划信息和车辆优先级信息，进行车辆局部实时运动规划，并将规划结果发送给底层控制器；(6)底层控制器解算实时运动规划结果，将控制信号发送给车辆的线控油门、刹车、转向控制器，实现车辆速度控制；同时直接接收调度系统服务器发送的最高优先级干预控制信息。5.根据权利要求4所述无轨胶轮车运行控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，无线传感器网络节点模块与巷道中的无线传感器网络锚节点进行通信，利用无线传感器网络传输各类信息和进行无线定位；多线激光雷达感知模块采集环境点云数据，利用点云数据进...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华，李猛钢，李雨潭，由韶泽，唐超权，胡而已，
申请(专利权)人：中国矿业大学，徐州神工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32