CN115903626A - 一种齿轨车智能网联控制系统 - Google Patents

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张黎明
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Abstract

本发明公开一种齿轨车智能网联控制系统,包括信息感知与融合系统、车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,本发明通过信息感知与融合系统使齿轨车获得了对行驶环境较强的感知能力,再配合车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,实现了对齿轨车的智能化改造,使齿轨车具有了自动驾驶功能、路径规划功能、避障与紧急停车功能及数据收集功能,极大提高了现有齿轨车的自动化和智能化程度、工作效率及安全性,且齿轨车在运行时可实时收集到大量的宝贵的井下运行数据,为井下安全生产留下宝贵的记录,解决了现有齿轨车存在的行驶环境感知能力欠缺、不能进行自动驾驶,自动化和智能化程度低、工作效率低、安全性欠佳的问题。

Description

一种齿轨车智能网联控制系统
技术领域
本发明主要涉及齿轨车控制系统,特别涉及一种齿轨车智能网联控制系统。
背景技术
齿轨车是借助道床上的齿条与机车上的齿轮实现增加爬坡能力的矿用机车。现有的齿轨车存在行驶环境感知能力欠缺、不能进行自动驾驶,自动化和智能化程度低、工作效率低、安全性欠佳的问题。
发明内容
为解决现有齿轨车存在的行驶环境感知能力欠缺、不能进行自动驾驶,自动化和智能化程度低、工作效率低、安全性欠佳的问题,本发明提供一种齿轨车智能网联控制系统。
本发明所采用的技术方案为:
一种齿轨车智能网联控制系统,包括信息感知与融合系统、车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,所述信息感知与融合系统包括前视摄像头、环视摄像头、主雷达、侧视雷达、惯性测量传感器、车姿传感器、信号主机和工控机,所述齿轨车的前端和后端的车头均安装有朝向车头前方的前视摄像头和主雷达,齿轨车的中间部分的顶部安装有环视摄像头,所述齿轨车还安装有侧视雷达、惯性测量传感器和车姿传感器,所述前视摄像头、环视摄像头、主雷达和侧视雷达均与工控机连接,所述惯性测量传感器和车姿传感器分别与信号主机连接,所述信号主机和工控机通信连接;
所述车载控制系统包括电源模块、车辆控制部件、拾音器、语音喇叭和声光报警器,所述电源模块与所述工控机的电源输入接口连接,所述车辆控制部件包括防爆控制箱和车载控制板,所述车载控制板安装在防爆控制箱内,所述车载控制板上设置有自动驾驶/人工驾驶切换开关且该自动驾驶/人工驾驶切换开关伸出防爆控制箱的外表面,所述车载控制板与所述工控机通信连接,所述拾音器和语音喇叭均与工控机连接,所述声光报警器与信号主机连接;
所述远程监控系统包括显示屏、地面远程监控平台主机和服务器,所述地面远程监控平台主机分别与所述显示屏和服务器连接,所述地面远程监控平台主机安装有远程驾驶软件、电子地图、路径规划软件、视频监视软件和车辆调度软件;
所述网络通信系统包括矿用5G通信网络、UWB定位标签、UWB定位基站及配套软件,所述矿用5G通信网络包括井下5G基站、井上5G基站、5G模组,所述井下5G基站沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的附近,所述工控机通过与其连接的5G模组与井下5G基站通信连接,井下5G基站与井上5G基站通信连接,所述地面远程监控平台主机通过与其连接的5G模组与井上5G基站通信连接,所述UWB定位标签安装在齿轨车上,所述UWB定位基站沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的路旁,所述UWB定位基站通过工业环网与所述服务器通信连接。
优选的,所述齿轨车智能网联控制系统还包括途经设施智能网联系统,所述途经设施智能网联系统包括道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器,所述道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器均通过各自连接的5G模组与井下5G基站通信连接。
优选的,所述主雷达或侧视雷达为激光雷达或毫米波雷达。
优选的,所述拾音器为矿用本安型拾音器。
优选的,所述信号主机和工控机通过CAN通讯线通信连接。
优选的,所述显示屏有两个。
优选的,所述地面远程监控平台主机还安装有用户管理软件。
优选的,所述服务器安装有数据库软件,并预留有开放的数据访问接口。
本发明通过信息感知与融合系统使齿轨车获得了对行驶环境较强的感知能力,再配合车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,实现了对齿轨车的智能化改造,使齿轨车具有了自动驾驶功能、路径规划功能、避障与紧急停车功能及数据收集功能,极大提高了现有齿轨车的自动化和智能化程度、工作效率及安全性,且齿轨车在运行时可实时收集到大量的宝贵的井下运行数据,为井下安全生产留下宝贵的记录,解决了现有齿轨车存在的行驶环境感知能力欠缺、不能进行自动驾驶,自动化和智能化程度低、工作效率低、安全性欠佳的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的齿轨车智能网联控制系统的模块结构示意图;
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明。
特别说明:本发明中,UWB的英文全称为Ultra Wide Band,简称UWB,中文意思为“超宽带”。
如图1所示,本实施例的齿轨车智能网联控制系统包括信息感知与融合系统、车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,所述信息感知与融合系统包括前视摄像头、环视摄像头、主雷达、侧视雷达、惯性测量传感器、车姿传感器、信号主机和工控机,所述齿轨车的前端和后端的车头均安装有朝向车头前方的前视摄像头和主雷达,齿轨车的中间部分的顶部安装有环视摄像头,所述齿轨车还安装有侧视雷达、惯性测量传感器和车姿传感器,所述前视摄像头、环视摄像头、主雷达和侧视雷达均与工控机连接,所述惯性测量传感器和车姿传感器分别与信号主机连接,所述信号主机和工控机通信连接;
所述车载控制系统包括电源模块、车辆控制部件、拾音器、语音喇叭和声光报警器,所述电源模块与所述工控机的电源输入接口连接,所述车辆控制部件包括防爆控制箱和车载控制板,所述车载控制板安装在防爆控制箱内,所述车载控制板上设置有自动驾驶/人工驾驶切换开关且该自动驾驶/人工驾驶切换开关伸出防爆控制箱的外表面,所述车载控制板与所述工控机通信连接,所述拾音器和语音喇叭均与工控机连接,所述声光报警器与信号主机连接;车载控制板采用现有技术实现,可以实现车辆启动、前进、后退、制动、调速控制,此处不再赘述。
所述远程监控系统包括显示屏、地面远程监控平台主机和服务器,所述地面远程监控平台主机分别与所述显示屏和服务器连接,所述地面远程监控平台主机安装有远程驾驶软件、电子地图、路径规划软件、视频监视软件和车辆调度软件;
所述网络通信系统包括矿用5G通信网络、UWB定位标签、UWB定位基站及配套软件,所述矿用5G通信网络包括井下5G基站、井上5G基站、5G模组,所述井下5G基站沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的附近,所述工控机通过与其连接的5G模组与井下5G基站通信连接,井下5G基站与井上5G基站通信连接,所述地面远程监控平台主机通过与其连接的5G模组与井上5G基站通信连接,所述UWB定位标签安装在齿轨车上,所述UWB定位基站沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的路旁,所述UWB定位基站通过工业环网与所述服务器通信连接。
优选的,所述齿轨车智能网联控制系统还包括途经设施智能网联系统,所述途经设施智能网联系统包括道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器,所述道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器均通过各自连接的5G模组与井下5G基站通信连接。
优选的,所述主雷达或侧视雷达为激光雷达或毫米波雷达。
优选的,所述拾音器为矿用本安型拾音器。
优选的,所述信号主机和工控机通过CAN通讯线通信连接。
优选的,所述显示屏有两个,其中一个显示屏显示多路视频监视画面,另一个显示屏显示远程驾驶软件工作界面。
为实现用户管理功能,优选的,所述地面远程监控平台主机还安装有用户管理软件。通过用户管理软件,可以实现用户的注册、登录、注销及权限管理。
为便于矿井自动化集成及其他平台进行数据采集,优选的,所述服务器安装有数据库软件,并预留有开放的数据访问接口。
本实施例的齿轨车智能网联控制系统的工作原理为:齿轨车自动行驶时,前视摄像头和环视摄像头实时拍摄车辆周围环境(包括人、车、物)的画面,并将相应信号反馈到车载控制系统的工控机,主雷达和侧视雷达实时探测车辆周围的障碍物,并将接收到的障碍物反射的信号反馈到车载控制系统的工控机,惯性测量传感器和车姿传感器实时检测和测量车辆的加速度、倾斜、旋转、冲击、振动,并将相应信号经信号主机反馈到工控机,工控机将接收到的视频信号、雷达信号、车辆的加速度、倾斜等信号通过5G模组实时传输给井下5G基站,井下5G基站将接收到的相应信号实时传输给井上5G基站,井上5G基站将接收到的相应信号实时传输给连接有5G模组的地面远程监控平台主机,在齿轨车经过沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的路旁的UWB定位基站时,UWB定位基站获得齿轨车上安装的UWB定位标签发出的信号,并将相应信号通过工业环网传输给所述服务器,服务器再将相应的信号传输给地面远程监控平台主机,与地面远程监控平台主机连接的其中一个显示屏显示多路视频监视画面,另一个显示屏显示远程驾驶软件工作界面(例如驾驶路线图、车辆位置等信息),
当工控机依据接收到的障碍物反射的信号计算得到的障碍物距离小于20米时,远程驾驶软件工作界面显示障碍物的距离,同时工控机向信号主机发出相应指令,由信号主机驱动声光报警器发出声光报警,当障碍物距离小于5米时,工控机向车载控制板发出相应指令,由车载控制板控制齿轨车自动停车;
所述车载控制系统的拾音器可以实现井下音频数据的采集,把井下设备的音频数据发送到地面远程监控平台主机,让地面控制中心的工作人员更真切的体会到井下设备的控制方式;
远程监控系统可以通过矿用5G通信网络发送语音指令到车载控制系统的工控机,利用车辆安装的语音喇叭,进行报警和语音提示。基于车辆精确定位和车辆路径规划,当车辆行驶至交叉路口、车辆会车等情况发生时,车辆自动播放语音广播信息,提醒周围车辆和行人来车。
远程监控系统主要实现路径规划与实时展示、远程控制驾驶和人机交互功能,远程监控系统将路径规划、远程控制驾驶指令下发至车载控制系统的工控机,并接收其上传的车辆运行信息。
在正常行驶时,司机在远程驾驶软件工作界面观察车辆运行轨迹和路线。齿轨车智能运输过程中,远程驾驶软件工作界面突出显示规划路径,并自动跟踪齿轨车运行,实时显示车辆位置基于数字地图的对应关系,显示齿轨车行驶速度、剩余里程、预计到达时间。
结合数据库软件,远程监控系统可以实现以下功能:车辆及工况监视、路径规划、远程驾驶、报警与安全提示、数据查询和用户管理。
车辆及工况监视功能,可实现对车辆运行状态以及运行路径中道岔、风门、挡车设施、信号灯、摄像仪、定位装置等的监测。在监控过程中,从监控视频中可以看到巷道内所包含的道岔、风门及跑车防护装置(明确编号及位置),同时显示道岔指向及风门和跑车防护装置的开合情况;
路径规划功能,根据齿轨车的起点、终点,结合系统中各车辆位置,规划出最优的行进路径,并关联沿途的设备(如道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器),同时将路径选择结果下发至车载控制系统的工控机;
远程驾驶功能,通过矿用5G网络,控制齿轨车行驶,根据路况调整齿轨车行驶速度,控制道岔控制装置沿途自动扳道岔,控制风门控制装置沿途自动打开和关闭风门,控制跑车防护装置沿途自动打开和关闭,到目的地控制齿轨车自动停车。
报警与安全提示功能,为齿轨车提供了避障功能,运行前方有障碍物时,车辆报警并停车;当车辆运行数据异常时,通过与车载控制系统的交互实现车辆报警。
数据查询功能,系统可以查询齿轨车的车辆信息、司机信息、运行的历史数据等,并可以生成回放。
用户管理功能,实现用户的注册、登录、注销、权限管理。
当需要在自动驾驶/人工驾驶这两种模式间切换时,相应操作自动驾驶/人工驾驶切换开关即可。
在车辆维修或者特殊情况下,可携带视距遥控器,随车遥控车辆的行驶。
本发明通过信息感知与融合系统使齿轨车获得了对行驶环境较强的感知能力,再配合车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,实现了对齿轨车的智能化改造,使齿轨车具有了自动驾驶功能、路径规划功能、避障与紧急停车功能及数据收集功能,极大提高了现有齿轨车的自动化和智能化程度、工作效率及安全性,且齿轨车在运行时可实时收集到大量的宝贵的井下运行数据,为井下安全生产留下宝贵的记录,解决了现有齿轨车存在的行驶环境感知能力欠缺、不能进行自动驾驶,自动化和智能化程度低、工作效率低、安全性欠佳的问题。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化,也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:包括信息感知与融合系统、车载控制系统、远程监控系统和网络通信系统,所述信息感知与融合系统包括前视摄像头、环视摄像头、主雷达、侧视雷达、惯性测量传感器、车姿传感器、信号主机和工控机,所述齿轨车的前端和后端的车头均安装有朝向车头前方的前视摄像头和主雷达,齿轨车的中间部分的顶部安装有环视摄像头,所述齿轨车还安装有侧视雷达、惯性测量传感器和车姿传感器,所述前视摄像头、环视摄像头、主雷达和侧视雷达均与工控机连接,所述惯性测量传感器和车姿传感器分别与信号主机连接,所述信号主机和工控机通信连接;
所述车载控制系统包括电源模块、车辆控制部件、拾音器、语音喇叭和声光报警器,所述电源模块与所述工控机的电源输入接口连接,所述车辆控制部件包括防爆控制箱和车载控制板,所述车载控制板安装在防爆控制箱内,所述车载控制板上设置有自动驾驶/人工驾驶切换开关且该自动驾驶/人工驾驶切换开关伸出防爆控制箱的外表面,所述车载控制板与所述工控机通信连接,所述拾音器和语音喇叭均与工控机连接,所述声光报警器与信号主机连接;
所述远程监控系统包括显示屏、地面远程监控平台主机和服务器,所述地面远程监控平台主机分别与所述显示屏和服务器连接,所述地面远程监控平台主机安装有远程驾驶软件、电子地图、路径规划软件、视频监视软件和车辆调度软件;
所述网络通信系统包括矿用5G通信网络、UWB定位标签、UWB定位基站及配套软件,所述矿用5G通信网络包括井下5G基站、井上5G基站、5G模组,所述井下5G基站沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的附近,所述工控机通过与其连接的5G模组与井下5G基站通信连接,井下5G基站与井上5G基站通信连接,所述地面远程监控平台主机通过与其连接的5G模组与井上5G基站通信连接,所述UWB定位标签安装在齿轨车上,所述UWB定位基站沿途间隔安装在井下齿轨车行走路径的路旁,所述UWB定位基站通过工业环网与所述服务器通信连接。
2.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:还包括途经设施智能网联系统,所述途经设施智能网联系统包括道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器,所述道岔控制装置、风门控制装置和跑车防护装置控制器均通过各自连接的5G模组与井下5G基站通信连接。
3.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:所述主雷达或侧视雷达为激光雷达或毫米波雷达。
4.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:所述拾音器为矿用本安型拾音器。
5.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:所述信号主机和工控机通过CAN通讯线通信连接。
6.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:所述显示屏有两个。
7.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:所述地面远程监控平台主机还安装有用户管理软件。
8.根据权利要求1所述的齿轨车智能网联控制系统,其特征在于:所述服务器安装有数据库软件,并预留有开放的数据访问接口。
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