煤矿井下机车无人驾驶系统关键技术

韩江洪^1,2，卫星^1,2，陆阳^1,2，魏臻^1,3，程运安^1,3，程磊^1,3

1. 合肥工业大学计算机与信息学院2. 安全关键工业测控技术教育部工程研究中心3. 合肥工大高科信息科技股份有限公司

摘 要：煤矿井下机车无人驾驶系统的研发和运行,有助于降低因调度、操作失误而发生运输事故的概率并且能够减少井下作业人员的数量。与技术日趋成熟的地面汽车无人驾驶、铁路无人驾驶不同,在井下环境实施机车无人驾驶存在诸多新的挑战:例如运输大巷人车共用、巷道狭窄、光照条件不均匀,无法利用卫星定位系统,缺乏有效的通信手段等。从实现井下无人驾驶机车系统的关键问题分析入手,综述了其技术研究进展。①提出了基于信息网络与控制网络无缝结合的井下无人驾驶机车系统架构,以确保列车调度智能化、机车操控与状态采集自动化、运输监控中心与调度中心一体化,并且兼容远程遥控、自主运行等无人驾驶模式;②给出智能调度的概念,即无人驾驶系统应当在运输调度智能化的基础上实现,有效促进两个系统间的资源共享、功能协同;③详细比较分析了井下封闭环境定位技术,指出超宽带(UWB)能够有效应对亚米级的机车高精度无线定位且鲁棒性和稳定性方面性能优良,能够满足井下机车无人驾驶对定位精度的要求;④阐述了适用于井下无人驾驶的数据通信网络覆盖,重点根据实际的工程经验给出接入WLAN网络需要满足的性能指标,分析了5G新型通信网络即将带来的井下无人驾驶应用突破;⑤在机器视觉用于路况分析方面,探讨了基于轨道模型和基于图像特征的轨道线检测算法、基于深度学习神经网络的目标检测算法、基于双目测量和单目测量的目标距离估计算法、深度学习网络的轻量化技术。最后,展望了该领域的技术发展与应用前景。

关键词：煤矿智能化;无人驾驶机车;超宽带定位;智能调度;机器视觉;深度学习;