CN108773381A - 一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统 - Google Patents

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陈启杉
李千杨
林剑斌
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Abstract

本发明公开了一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，包括运输调度指挥系统、行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、网络通讯系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统。该发明结构设计简单合理，操作方便，保证通信故障情况下机车运行的安全，杜绝追尾事故发生的可能，保证安全运行的前提下减少了每辆车运输的时间，提高运输效率，机车在放矿作业环节的机车无人驾驶和精确定位，较人工远程遥控停车定位，装矿作业效率高，适应多种环境下的前视障碍物监测系统，保证每个障碍物都被正确识别，避免碰撞事故发生，提高生产运输的安全性，适用范围广，有利于推广和普及。

Description

一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统
技术领域
本发明属于矿山信息化建设和安全生产技术领域，具体涉及一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统。
背景技术
目前矿山应用无人驾驶系统都只实现部分运输线路的自动无人驾驶，像放矿区域都是通过地面监控中心人员远程驾驶。运输线路是采用固定区间闭塞的方法实现安全机制，采用这种技术车与车之间的间隔变长，运输时间也相应变长，影响生产效率；系统机车没有采用或采用单一传感器的前视障碍物监测技术，监测效果不理想，存在安全隐患。系统放矿作业机车车厢定位是采用人工远程驾驶机车前进或后退进行定位，定位时间长，影响生产效率。整个系统的机车运行控制是以调度指挥系统软件为主，机车与调度指挥系统软件必须保持实时的通信，如果通信中断有追尾的安全隐患，不利于广泛的推广和普及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，以解决上述背景技术中提出系统机车没有采用或采用单一传感器的前视障碍物监测技术，监测效果不理想，存在安全隐患。系统放矿作业机车车厢定位是采用人工远程驾驶机车前进或后退进行定位，定位时间长，影响生产效率。整个系统的机车运行控制是以调度指挥系统软件为主，机车与调度指挥系统软件必须保持实时的通信，如果通信中断有追尾的安全隐患，的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，包括运输调度指挥系统、行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、网络通讯系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统，所述运输调度指挥系统通过网络通讯系统分别与行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统信号连接。
优选的，所述运输调度指挥系统包括远程驾驶操作台，且远程驾驶操作台通过核心交换机分别信号连接有运输调度指挥服务器和数据存储服务器，且核心交换机与网络通讯系统信号连接。
优选的，所述行车控制系统通过受电弓与机车供电线路监控系统电性连接，且行车控制系统的底端设有轨道，所述行车控制系统包括行车电脑，且行车电脑信号连接有车载基站，且行车电脑的输入端通过车载交换机分别连接有定位读卡器、地磁传感器、激光扫描仪和红外摄像机，所述定位读卡器内活动插接有定位识别卡，所述行车电脑通过车载交换机还电性连接有变频控制器、激光导引装置、雷达和超声波。
优选的，所述轨道道岔与信号控制系统包括道岔信号控制器，且道岔信号控制器通过数据线分别与岔位指示器、信号灯和转辙机电性连接。
优选的，所述网络通讯系统包括由光纤和运输调度指挥系统中核心交换机连接组成的光纤环网，且光纤环网信号连接有与行车控制系统中的车载基站信号连接的轨旁基站。
优选的，所述远程放矿系统包括放矿控制器和反光板，且放矿控制器的输入端信号连接有光栅传感器，所述放矿控制器的输出端电性连接有放矿机和信号灯。
优选的，所述卸矿坑位检测系统包括卸矿坑位检测装置和反光板，且卸矿坑位检测装置包括光栅传感器和信号灯。
优选的，所述机车供电线路监控系统包括供电线路监控装置和电力监测传感器。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，与现有技术相比，本发明实现了以机车本身为主，调度指挥系统为辅，保证通信故障情况下机车运行的安全，杜绝追尾事故发生的可能。实现了机车之间的移动闭塞，机车之间运行间距保持在刹车距离范围内，保证安全运行的前提下减少了每辆车运输的时间，提高运输效率。实现机车在放矿作业环节的机车无人驾驶和精确定位，较人工远程遥控停车定位，缩短2/3时间，装矿作业效率高。具有适应多种环境下的前视障碍物监测系统，保证每个障碍物都被正确识别，避免碰撞事故发生，提高生产运输的安全性。本发明达到了建设智慧矿山，为矿山减员、增效、保障安全的效果。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图中：1运输调度指挥服务器、2数据存储服务器、3核心交换机、4远程驾驶操作台、5行车电脑、6变频控制器、7定位读卡器、8激光导引装置、 9车载基站、10车载交换机、11地磁传感器、12定位识别卡、13激光扫描仪、 14红外摄像机、15雷达、16超声波、17道岔信号控制器、18岔位指示器、 19信号灯、20转辙机、21光纤环网、22轨旁基站、23放矿控制器、24放矿机、25光栅传感器、26反光板、27卸矿坑位检测装置、28供电线路监控装置、29电力监测传感器、30受电弓、31轨道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，包括运输调度指挥系统、行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、网络通讯系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统，所述运输调度指挥系统通过网络通讯系统分别与行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统信号连接。
较佳地，所述运输调度指挥系统包括远程驾驶操作台4，且远程驾驶操作台4通过核心交换机3分别信号连接有运输调度指挥服务器1和数据存储服务器2，且核心交换机3与网络通讯系统信号连接。
较佳地，所述行车控制系统通过受电弓30与机车供电线路监控系统电性连接，且行车控制系统的底端设有轨道31，所述行车控制系统包括行车电脑 5，且行车电脑5信号连接有车载基站9，且行车电脑5的输入端通过车载交换机10分别连接有定位读卡器7、地磁传感器11、激光扫描仪13和红外摄像机14，所述定位读卡器7内活动插接有定位识别卡12，所述行车电脑5通过车载交换机10还电性连接有变频控制器6、激光导引装置8、雷达15和超声波16。
较佳地，所述轨道道岔与信号控制系统包括道岔信号控制器17，且道岔信号控制器17通过数据线分别与岔位指示器18、信号灯19和转辙机20电性连接。
较佳地，所述网络通讯系统包括由光纤和运输调度指挥系统中核心交换机3连接组成的光纤环网21，且光纤环网21信号连接有与行车控制系统中的车载基站9信号连接的轨旁基站22。
较佳地，所述远程放矿系统包括放矿控制器23和反光板26，且放矿控制器23的输入端信号连接有光栅传感器25，所述放矿控制器23的输出端电性连接有放矿机24和信号灯19。
较佳地，所述卸矿坑位检测系统包括卸矿坑位检测装置27和反光板26，且卸矿坑位检测装置27包括光栅传感器25和信号灯19。
较佳地，所述机车供电线路监控系统包括供电线路监控装置28和电力监测传感器29。
工作原理：机车运行平时处于机车自主自动驾驶模式，突发情况可人工干预，备有地面远程驾驶和车上人工驾驶模式，运输调度指挥系统根据当天生产矿料配矿情况自动计算机车运输线路，通过网络通讯系统下发运输线路位置数据串给行车控制系统并储存，行车控制系统通过准确的位置信息以及安全的前方轨道路况实现自动安全驾驶；当行车控制系统判断前方有人员、机车等障碍时，自动驻车保证安全距离，实现系统的移动闭塞功能；机车在运输过程遇到道岔路口，行车控制系统向运输调度指挥系统上发道岔控制指令，运输调度指挥系统立即下发道岔控制指令与信号变换指令给轨道道岔与信号控制系统，由轨道道岔与信号控制系统来搬动道岔，变换道岔信号指示，保证机车安全通过道岔口；机车进入放矿区域，由远程放矿系统和机车自动驾驶完成放矿作业，机车驶离放矿区域，保持自动驾驶模式；机车行至卸矿区域，由卸矿坑位检测系统来判断机车受电弓的升降，完成卸矿作业；机车在行驶过程中需实时监测机车架空供电线路的状态，遇到紧急情况可以远程控制断电，保证运输过程的安全；运输调度指挥服务器1上运行的系统软件，具有机车运输调度和道岔信号指挥作用，能根据机车的实时位置与道岔信号控制器17联锁控制，能实时显示井下各运输机车位置、车号、道岔方向、通行信号、线路状态和卸矿信号状态，同时还能采集溜井仓位状态，根据每天录入的矿石品位数据，自动生成机车运输任务计划，授权管理机车自动运输线路，该运输线路数据下发保存至行车电脑5，数据存储服务器2负责保存无人驾驶系统的所有相关数据，机车需要调度软件授权切换成遥控驾驶后，才能从自动驾驶状态变为远程遥控驾驶，由远程驾驶操作台4完成远程遥控驾驶，远程驾驶操作台4由远程驾驶和远程放矿合并而成，远程驾驶操作台4 可根据机车行车电脑5的身份码切换控制哪列机车，行车电脑5通定位读卡器7来定位机车在巷道内的位置，通过前视障碍物监测系统的红外摄像机14 来对比判别实际物理位置，行车电脑5通过地磁传感器11检测轨道磁场环境判断轨道的形变和沉降，行车电脑5通过激光导引装置8实现厘米级别的精准停车定位，行车电脑5通过变频控制器6来控制机车运行，行车电脑5通过车载交换机10、车载基站9、轨旁基站22以及光纤环网21实现与地面运输调度指挥系统的实时通讯；激光扫描仪13保证白天地面、夜晚井下、雨水环境下有效识别200米内的障碍物，红外摄像机14保证白天地面、夜晚井下、雨水环境下有效识别150米内的障碍物，雷达15保证烟雾和粉尘环境下有效识别200米内的障碍物，超声波16保证以上所有环境下有效识别5米内的障碍物；通过融合的传感网络机车可在白天、夜晚、雨水、烟雾、粉尘环境下有效识别长距离和短距离的障碍物，通过复杂的软件算法，能预设判别障碍物是否对机车构成威胁，减少运输过程中的误判停车，提高运输效率，机车行至道岔区域位置，行车电脑5上发道岔控制指令给运输调度指挥系统，由运输调度指挥系统即时下发道岔控制信号给道岔信号控制器17，道岔信号控制器17来控制转辙机20搬动道岔，控制岔位指示器18显示正确的方向，控制信号灯20切换红绿灯，保证机车安全通过道岔口，光纤环网21是整个系统的主干通信网络，井下与地面所有系统数据交互通过主干光纤环网21实现；行车控制系统的车载基站9与轨旁基站22实现无线数据交互，轨旁基站22 的无线数据接入光纤环网21进而实现机车与地面运输调度系统的数据交互，机车行至放矿区域时，由远程驾驶操作台4完成远程放矿作业，单节车厢放矿完成后，只需通过远程驾驶操作台4远程给一个车厢装满信号，机车自主运行，并通过在轨旁架设多组光栅传感器25和激光反光板26自动运行停车为下一节车厢装矿准备，机车上的激光导引装置8识别轨旁的一级反光板26，进行减速行驶，识别轨旁的二级反光板26，进行惯性行驶，识别轨旁的三级反光板26，机车刹停，保证车厢精准停靠在放矿机位置；远程驾驶操作台4 是来完成远程遥控放矿作业，远程驾驶操作台4由远程放矿与远程驾驶合并而成，除了具有远程驾驶机车功能外，还具有远程放矿的功能；远程驾驶操作台4与放矿控制器23保持实时通讯，通过放矿控制器23来控制放矿机24 的放矿作业，通过放矿控制器23来控制信号灯19红绿灯变换。放矿作业完成后，机车切换为自主无人驾驶模式运行，机车进入卸矿坑区域，卸矿坑位检测装置27通过轨旁安装的光栅传感器25采集机车已进入卸矿区域，需要联动控制机车的受电弓30下降，卸矿作业完成再拉升受电弓30，为保险起见，机车行车控制系统的激光导引装置8采集轨旁反光板26反射回来的激光信号，进行卸矿坑位检测成功的双重保障，检测机车进入卸矿坑区域后，卸矿坑位检测装置27控制信号灯19变换红灯，出卸矿坑区域后，卸矿坑位检测装置27控制信号灯19变换绿灯，电力监测传感器29实时监测变电所内电力设备的运行状态，当出现紧急情况可以通过供电线路监控装置控制分区供电开关的关断，保证机车和人员的运行安全，该发明结构设计简单合理，操作方便，保证通信故障情况下机车运行的安全，杜绝追尾事故发生的可能，保证安全运行的前提下减少了每辆车运输的时间，提高运输效率，机车在放矿作业环节的机车无人驾驶和精确定位，较人工远程遥控停车定位，装矿作业效率高，适应多种环境下的前视障碍物监测系统，保证每个障碍物都被正确识别，避免碰撞事故发生，提高生产运输的安全性，适用范围广，有利于推广和普及。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，包括运输调度指挥系统、行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、网络通讯系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统，其特征在于：所述运输调度指挥系统通过网络通讯系统分别与行车控制系统、轨道道岔与信号控制系统、远程放矿系统、卸矿坑位检测系统和机车供电线路监控系统信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述运输调度指挥系统包括远程驾驶操作台(4)，且远程驾驶操作台(4)通过核心交换机(3)分别信号连接有运输调度指挥服务器(1)和数据存储服务器(2)，且核心交换机(3)与网络通讯系统信号连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述行车控制系统通过受电弓(30)与机车供电线路监控系统电性连接，且行车控制系统的底端设有轨道(31)，所述行车控制系统包括行车电脑(5)，且行车电脑(5)信号连接有车载基站(9)，且行车电脑(5)的输入端通过车载交换机(10)分别连接有定位读卡器(7)、地磁传感器(11)、激光扫描仪(13)和红外摄像机(14)，所述定位读卡器(7)内活动插接有定位识别卡(12)，所述行车电脑(5)通过车载交换机(10)还电性连接有变频控制器(6)、激光导引装置(8)、雷达(15)和超声波(16)。
4.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述轨道道岔与信号控制系统包括道岔信号控制器(17)，且道岔信号控制器(17)通过数据线分别与岔位指示器(18)、信号灯(19)和转辙机(20)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述网络通讯系统包括由光纤和运输调度指挥系统中核心交换机(3)连接组成的光纤环网(21)，且光纤环网(21)信号连接有与行车控制系统中的车载基站(9)信号连接的轨旁基站(22)。
6.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述远程放矿系统包括放矿控制器(23)和反光板(26)，且放矿控制器(23)的输入端信号连接有光栅传感器(25)，所述放矿控制器(23)的输出端电性连接有放矿机(24)和信号灯(19)。
7.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述卸矿坑位检测系统包括卸矿坑位检测装置(27)和反光板(26)，且卸矿坑位检测装置(27)包括光栅传感器(25)和信号灯(19)。
8.根据权利要求1所述的一种基于行车电脑控制的矿山轨道机车无人自动驾驶系统，其特征在于：所述机车供电线路监控系统包括供电线路监控装置(28)和电力监测传感器(29)。
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