CN113587927A - 一种基于bp神经网络和惯性导航的工作面调直方法 - Google Patents
一种基于bp神经网络和惯性导航的工作面调直方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113587927A CN113587927A CN202110822433.5A CN202110822433A CN113587927A CN 113587927 A CN113587927 A CN 113587927A CN 202110822433 A CN202110822433 A CN 202110822433A CN 113587927 A CN113587927 A CN 113587927A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pushing
- hydraulic support
- coal mining
- neural network
- mining machine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 21
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，特点是将当前采煤机所处的液压支架对应的推移行程输入到训练后的BP神经网络中，得到下一个液压支架所需的推移行程，并对下一个液压支架的支架控制器发送推移指令；支架控制器根据接收到的推移指令调整液压支架到指定位置，直至完成对工作面的实时调直；优点是一方面利用BP神经网络方法，建立液压支架推移行程与惯性导航系统定位的关系，并与理想直线比较，实现采煤机定位误差处理和矫正，克服由于惯导误差导致的工作面无法真正调直现象，另一方面采煤机在割当前刀时，就通过调整液压支架对工作面进行实时调直，不但节约了人工成本，而且提高了采煤的效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种工作面调直方法，尤其是一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法。
背景技术
煤炭一直占据我国能源的主体地位，因而煤能源的安全是关系国计民生的一件大事。当前煤炭开采一般采用机械化割煤技术，也就是在工作面上，采煤机在液压支架的支持下实现割煤的技术，但由于工作面倾斜、地质复杂、液压支架排列不直以及推移不到位等原因，造成在采煤过程中出现工作面不直的现象，容易引起倒架、冒顶等造成人员伤亡和设备损坏的重大安全事故。
当前国内煤矿的工作面调直工作一般通过人工现场完成，这不但增加采煤工人数量和工作量，影响了采煤效率，而且存在较多的安全隐患；现有的通过惯性导航定位实现工作面调直一般是等采煤机割完当前刀，在割下一刀前矫正前一刀造成的偏差，但这需要惯性导航定位具有较高精度，当惯性导航定位采煤机运动方向角度偏差较大时，因为液压支架推移距离有限、偏差大，使得工作面难以调直回来，造成下一刀难以矫正的后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，不但节约了人工成本，而且提高了采煤的效率和安全性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，在每个液压支架的支架控制器上安装一个红外接收装置，在采煤机上设置一个与红外接收装置对应的红外发射装置，并在采煤机的中心位置安装惯性导航系统，支架控制器和惯性导航系统通过数据传输模块与上位机进行通信，上位机用于接收支架控制器和惯性导航系统传输的数据并进行处理以及对支架控制器发送推移命令；
具体的工作面调直方法包括以下步骤：
①建立惯性导航坐标系：
以惯性导航系统安装位置为原点0，过原点0指向采煤机行走方向为X轴正方向，过原点0指向工作面推进方向为Y轴正方向，过原点0垂直向上为Z轴正方向，设置坐标系
；
②采煤机开始工作前，惯性导航系统采集采煤机的初始坐标并通过数据传输模块传输到上位机，采煤机开始工作后，红外接收装置接收到的信号经支架控制器通过数据传输模块传输到上位机，惯性导航系统采集采煤机经过液压支架时的定位坐标并通过数据传输模块传输到上位机，支架控制器将每个液压支架的推移行程通过数据传输模块传输到上位机；
③上位机根据接收到的支架控制器传输的信号获取当前采煤机所处的液压支架，将接收到的惯性导航系统传输的定位坐标进行平滑处理得到定位曲线，根据惯性导航坐标系和接收到的支架控制器传输的推移行程得到每个液压支架对应的推移坐标，并对所有的推移坐标进行平滑处理得到推移曲线，将采煤机的初始坐标的沿Y轴平移最大推移行程，得到推移初始坐标，连接推移初始坐标和有最大推移行程的液压支架对应的推移坐标得到理想直线；
④在上位机中构建BP神经网络，将步骤③中得到的定位曲线、推移曲线和理想直线输入到BP神经网络中进行训练，得到训练后的BP神经网络；
⑤将当前采煤机所处的液压支架对应的推移行程输入到训练后的BP神经网络中，得到当前采煤机所处的液压支架的下一个液压支架所需的推移行程，并根据下一个液压支架所需的推移行程对下一个液压支架的支架控制器发送推移指令；
⑥下一个液压支架的支架控制器根据接收到的推移指令调整液压支架到指定位置，根据上位机接收到的支架控制器传输的信号判断该液压支架是否是采煤机行走方向的最后一个液压支架，若不是，则返回执行步骤⑤；若是，则执行步骤⑦；
⑦判断采煤机是否停止工作，若是，则完成对工作面的实时调直；若不是，则更换采煤机的行走方向并返回执行步骤⑤。
所述的步骤④中构建BP神经网络及具体训练过程为：
i定义BP神经网络，包括输入层、隐藏层和输出层， BP神经网络包括两个阶段：信息正向传播阶段和信息反向传播阶段；处于信息正向传播阶段时，推移曲线进入输入层向前传播到隐藏层中，在隐藏层中，将推移曲线的推移坐标与定位曲线的定位坐标进行拟合，得到实际坐标，当输出层的实际坐标与期望输出不一致时，则转入信息反向传播阶段；处于信息反向传播阶段时，在隐藏层中，将理想直线的坐标与实际坐标进行拟合，直至输出层符合期望输出，所述的期望输出为推移坐标、定位坐标和理想直线的坐标一致；
ii将推移曲线、定位曲线和理想直线输入到BP神经网络中进行训练，得到训练后的BP神经网络。
将所述的BP神经网络的权值的初始值随机设置在0至1之间，所述的输入层、所述的隐藏层和所述的输出层各层的节点数都等于液压支架数。
与现有技术相比，本发明的优点在于一方面利用BP神经网络方法，建立液压支架推移行程与惯性导航系统定位的关系，并与理想直线比较，实现对采煤机定位误差的处理和矫正，克服由于惯性导航系统误差导致的工作面无法真正调直现象，另一方面采煤机在割当前刀时，就通过调整液压支架对工作面进行实时调直，不但节约了人工成本，而且提高了采煤的效率和安全性。
附图说明
图1为本发明的总体流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，在每个液压支架的支架控制器上安装一个红外接收装置，在采煤机上设置一个与红外接收装置对应的红外发射装置，并在采煤机的中心位置安装惯性导航系统，支架控制器和惯性导航系统通过数据传输模块与上位机进行通信，上位机用于接收支架控制器和惯性导航系统传输的数据并进行处理以及对支架控制器发送推移命令；
具体的工作面调直方法包括以下步骤：
①建立惯性导航坐标系：
以惯性导航系统安装位置为原点0，过原点0指向采煤机行走方向为X轴正方向，过原点0指向工作面推进方向为Y轴正方向，过原点0垂直向上为Z轴正方向，设置坐标系
；
②采煤机开始工作前，惯性导航系统采集采煤机的初始坐标并通过数据传输模块传输到上位机，采煤机开始工作后，红外接收装置接收到的信号经支架控制器通过数据传输模块传输到上位机，惯性导航系统采集采煤机经过液压支架时的定位坐标并通过数据传输模块传输到上位机，支架控制器将每个液压支架的推移行程通过数据传输模块传输到上位机；
③上位机根据接收到的支架控制器传输的信号获取当前采煤机所处的液压支架，将接收到的惯性导航系统传输的定位坐标进行平滑处理得到定位曲线，根据惯性导航坐标系和接收到的支架控制器传输的推移行程得到每个液压支架对应的推移坐标，并对所有的推移坐标进行平滑处理得到推移曲线，将采煤机的初始坐标的沿Y轴平移最大推移行程，得到推移初始坐标，连接推移初始坐标和有最大推移行程的液压支架对应的推移坐标得到理想直线；
④在上位机中构建BP神经网络，将步骤③中得到的定位曲线、推移曲线和理想直线输入到BP神经网络中进行训练，得到训练后的BP神经网络；
步骤④中构建BP神经网络及具体训练过程为：
i定义BP神经网络，包括输入层、隐藏层和输出层， BP神经网络包括两个阶段：信息正向传播阶段和信息反向传播阶段；处于信息正向传播阶段时，推移曲线进入输入层向前传播到隐藏层中，在隐藏层中，将推移曲线的推移坐标与定位曲线的定位坐标进行拟合，得到实际坐标，当输出层的实际坐标与期望输出不一致时，则转入信息反向传播阶段；处于信息反向传播阶段时，在隐藏层中，将理想直线的坐标与实际坐标进行拟合，直至输出层符合期望输出，期望输出为推移坐标、定位坐标和理想直线的坐标一致；
ii将推移曲线、定位曲线和理想直线输入到BP神经网络中进行训练，得到训练后的BP神经网络；
⑤将当前采煤机所处的液压支架对应的推移行程输入到训练后的BP神经网络中，得到当前采煤机所处的液压支架的下一个液压支架所需的推移行程，并根据下一个液压支架所需的推移行程对下一个液压支架的支架控制器发送推移指令；
⑥下一个液压支架的支架控制器根据接收到的推移指令调整液压支架到指定位置，根据上位机接收到的支架控制器传输的信号判断该液压支架是否是采煤机行走方向的最后一个液压支架，若不是，则返回执行步骤⑤；若是，则执行步骤⑦；
⑦判断采煤机是否停止工作，若是，则完成对工作面的实时调直；若不是，则更换采煤机的行走方向并返回执行步骤⑤。
在本实施例中，将BP神经网络的权值的初始值随机设置在0至1之间，输入层、隐藏层和输出层各层的节点数都等于液压支架数。
在本实施例中，采煤机按照行走方向，依次在液压支架上行走。
Claims (3)
1.一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，其特征在于在每个液压支架的支架控制器上安装一个红外接收装置，在采煤机上设置一个与红外接收装置对应的红外发射装置，并在采煤机的中心位置安装惯性导航系统，支架控制器和惯性导航系统通过数据传输模块与上位机进行通信，上位机用于接收支架控制器和惯性导航系统传输的数据并进行处理以及对支架控制器发送推移命令；
具体的工作面调直方法包括以下步骤：
①建立惯性导航坐标系：
以惯性导航系统安装位置为原点0，过原点0指向采煤机行走方向为X轴正方向，过原点0指向工作面推进方向为Y轴正方向，过原点0垂直向上为Z轴正方向，设置坐标系
；
②采煤机开始工作前，惯性导航系统采集采煤机的初始坐标并通过数据传输模块传输到上位机，采煤机开始工作后，红外接收装置接收到的信号经支架控制器通过数据传输模块传输到上位机，惯性导航系统采集采煤机经过液压支架时的定位坐标并通过数据传输模块传输到上位机，支架控制器将每个液压支架的推移行程通过数据传输模块传输到上位机；
③上位机根据接收到的支架控制器传输的信号获取当前采煤机所处的液压支架，将接收到的惯性导航系统传输的定位坐标进行平滑处理得到定位曲线，根据惯性导航坐标系和接收到的支架控制器传输的推移行程得到每个液压支架对应的推移坐标，并对所有的推移坐标进行平滑处理得到推移曲线，将采煤机的初始坐标的沿Y轴平移最大推移行程，得到推移初始坐标，连接推移初始坐标和有最大推移行程的液压支架对应的推移坐标得到理想直线；
④在上位机中构建BP神经网络，将步骤③中得到的定位曲线、推移曲线和理想直线输入到BP神经网络中进行训练，得到训练后的BP神经网络；
⑤将当前采煤机所处的液压支架对应的推移行程输入到训练后的BP神经网络中，得到当前采煤机所处的液压支架的下一个液压支架所需的推移行程，并根据下一个液压支架所需的推移行程对下一个液压支架的支架控制器发送推移指令；
⑥下一个液压支架的支架控制器根据接收到的推移指令调整液压支架到指定位置，根据上位机接收到的支架控制器传输的信号判断该液压支架是否是采煤机行走方向的最后一个液压支架，若不是，则返回执行步骤⑤；若是，则执行步骤⑦；
⑦判断采煤机是否停止工作，若是，则完成对工作面的实时调直；若不是，则更换采煤机的行走方向并返回执行步骤⑤。
2.根据权利要求1所述的一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，其特征在于所述的步骤④中构建BP神经网络及具体训练过程为：
i定义BP神经网络，包括输入层、隐藏层和输出层， BP神经网络包括两个阶段：信息正向传播阶段和信息反向传播阶段；处于信息正向传播阶段时，推移曲线进入输入层向前传播到隐藏层中，在隐藏层中，将推移曲线的推移坐标与定位曲线的定位坐标进行拟合，得到实际坐标，当输出层的实际坐标与期望输出不一致时，则转入信息反向传播阶段；处于信息反向传播阶段时，在隐藏层中，将理想直线的坐标与实际坐标进行拟合，直至输出层符合期望输出，所述的期望输出为推移坐标、定位坐标和理想直线的坐标一致；
ii将推移曲线、定位曲线和理想直线输入到BP神经网络中进行训练，得到训练后的BP神经网络。
3.根据权利要求2所述的一种基于BP神经网络和惯性导航的工作面调直方法，其特征在于将所述的BP神经网络的权值的初始值随机设置在0至1之间，所述的输入层、所述的隐藏层和所述的输出层各层的节点数都等于液压支架数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110822433.5A CN113587927A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于bp神经网络和惯性导航的工作面调直方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110822433.5A CN113587927A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于bp神经网络和惯性导航的工作面调直方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113587927A true CN113587927A (zh) | 2021-11-02 |
Family
ID=78248702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110822433.5A Withdrawn CN113587927A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于bp神经网络和惯性导航的工作面调直方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113587927A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114352278A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-15 | 郑州煤机液压电控有限公司 | 综采工作面调直系统的评测方法 |
| CN115204325A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-10-18 | 太原向明智控科技有限公司 | 基于惯导系统的综采工作面连续调直方法 |
| CN115419448A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 北京天玛智控科技股份有限公司 | 工作面推进度的调整方法、装置及电子设备 |
| CN115788438A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-03-14 | 西安华创马科智能控制系统有限公司 | 一种综采工作面的调整方法及装置 |
-
2021
- 2021-07-21 CN CN202110822433.5A patent/CN113587927A/zh not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114352278A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-15 | 郑州煤机液压电控有限公司 | 综采工作面调直系统的评测方法 |
| CN115204325A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-10-18 | 太原向明智控科技有限公司 | 基于惯导系统的综采工作面连续调直方法 |
| CN115419448A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 北京天玛智控科技股份有限公司 | 工作面推进度的调整方法、装置及电子设备 |
| CN115788438A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-03-14 | 西安华创马科智能控制系统有限公司 | 一种综采工作面的调整方法及装置 |
| CN115788438B (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-05 | 西安华创马科智能控制系统有限公司 | 一种综采工作面的调整方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113587927A (zh) | 一种基于bp神经网络和惯性导航的工作面调直方法 | |
| CN103306700B (zh) | 一种煤矿综采工作面无人值守作业的控制方法 | |
| CN104632236B (zh) | Tbm‑epb双模式盾构在复合地层中的施工方法 | |
| CN110319831B (zh) | 一种工作面取直方法 | |
| CN109469484A (zh) | 基于上位机规划的自动化采煤方法 | |
| CN106321049B (zh) | 利用水力压裂卸压优化停采线位置的方法及装置 | |
| CN111101953A (zh) | 一种基于bim5d技术的板岩隧道超欠挖控制施工方法 | |
| CN111485880B (zh) | 一种煤矿回采工作面智能开采预测截割线生成方法及装置 | |
| CN107091107B (zh) | 智能放顶煤控制系统及方法 | |
| CN107860374B (zh) | 一种隧道掌子面开挖线智能定位测量方法 | |
| CN203742607U (zh) | 短距离重合断面掘进机 | |
| CN207007177U (zh) | 一种凿岩台车快速定位自动测量系统 | |
| AU2020264331A1 (en) | Excavating, supporting and anchoring integrated machine system for downhole rapid excavating and use method thereof | |
| CN104555338B (zh) | 一种料场堆取料机防撞控制方法及其系统 | |
| CN102606165A (zh) | 一种盾构机用自动纠偏系统及其工作方法 | |
| CN103994752A (zh) | 一种有关顶管施工的自动测量导向系统及方法 | |
| CN112066955A (zh) | 井下动态掘进机机身位姿参数测量方法及系统 | |
| CN115288765A (zh) | 基于液压支架惯导系统的煤矿综采工作面自动调直方法 | |
| CN104763694A (zh) | 一种掘进机液压推进系统分区压力设定值优化方法 | |
| CN113958320A (zh) | 一种煤矿综采成套装备全智能巡航系统及巡航方法 | |
| CN111734430B (zh) | 一种隧道掘进机转弯半径控制方法及控制系统 | |
| CN112431591B (zh) | 三软两大倾斜中厚煤层综合机械化采煤自动控制系统 | |
| CN105697046A (zh) | 一种液压支架前护帮板自动控制系统及方法 | |
| CN109488358A (zh) | 移动式智能超前支护系统及支护方法 | |
| CN103157547A (zh) | 一种磷矿入选原矿的配矿方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20211102 |