CN116002408A - 一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法及系统，方法包括：在煤车上磅阶段，通过第一组感知单元和第二组感知单元对于煤车的感知情况确定煤车上磅的完成情况；当煤车上磅完成后，则进入煤车在磅阶段，在煤车在磅阶段，当通过第二组感知单元、第四组感知单元和煤炭装载感知单元感知当前落煤口对应的落煤区域的满载情况，并当第三组感知单元中所有第三感知模块均感知不到煤车时，则结束在磅阶段，进入下磅阶段；在煤车下磅阶段，当所有第一感知模块、所有第二感知模块和所有第三感知模块均感知不到煤车时，则结束下磅阶段。本发明的方法实现了自动控制落煤，能够达到均匀落煤的效果。

Description

一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法及系统

技术领域

本发明属于自动装煤技术领域，涉及一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法及系统。

背景技术

煤炭是地球上蕴藏量最丰富、分布地域最广的化石燃料，煤炭不仅能作为燃料获得热能和动能，而且能制取诸如煤焦油等重要的化工原料。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，其重要性不言而喻，将当下最先进的技术应用到煤矿工业中具有重大的现实意义，也是当前我国煤矿工业迅速发展的必然要求。另一方面，随着我国计算机技术、自动化水平的不断发展，我国煤矿产业中自动化设备越来越多，但在筒仓煤炭装车这一过程中仍然高度依赖操作人员以往经验判断，且由于作业环境嘈杂影响操作人员与司机沟通，从而导致落煤不均、高低煤堆和煤炭溢出等现象，如何将当下最先进的技术应用到煤矿产业中来提升煤矿生产作业的效率和自动化水平是当前煤矿自动化发展迫切需要解决的问题。

现有煤炭装车技术方案主要是以操作人员现场作业，操控落煤装置为主。该技术方案的作业背景是在煤矿筒仓内部，由于煤车均以半挂车为主，并且落煤口均类似于漏斗设计，所以并不能一次性将煤车装满，操作人员需通过喊麦或者打铃等形式提醒司机前后挪动煤车，从而达到满载以及尽可能避免高低煤堆和煤炭溢出等现象。

上述方案存在以下几点问题：

1）为了满足煤矿日常生产运输任务，在筒仓落煤装车环节必须有操作人员的参与，指挥车辆动作及落煤口的开闭，并且由于现场作业环境的恶劣程度，会造成效率低下等问题，更重要的一点是随着工作时长的增加，现场环境会对操作人员的身体健康造成一定影响。

2）长时间工作之后操作人员容易形成视觉疲劳，导致对煤堆状态的判断出现差错，从而出现高低煤堆和煤炭溢出等现象。

考虑到环境等影响，现有的解决上述问题的方案简单粗暴，即利用时间换取空间的想法，将操作人员的工作环境转移到筒仓之外，原本用于连接操作室与现场设备之间的通信线随之延长数百米，并通过安装监控的方式来观察筒仓落煤情况，虽然避免了现场环境的影响，但是该方案存在如下问题：

1）通信线路具有电阻，并且其值大小与线路长度成正比，因此操控落煤口开关需要预先判断延迟，提前数秒操作，无法达到实时控制的目的，并且此操作需要操作人员长年累月的工作经验方可判断落煤口开闭时机，增加了煤炭溢出的风险，影响煤矿的盈亏。

2）失去了现场沟通的灵活性，司机无法判断当前位置是否完成装载，以及挪动车辆距离是否合适等问题，降低了工作效率。

3）仍然需要劳动力的参加，为煤矿实现自动化及降低劳动力的劳动强度造成阻碍。

因此，筒仓落煤自动化的实现是当下煤矿迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法及系统，通过预先在作业环境中安装相关设备，获取到场景内车辆的具体位置信息和落煤口的三维视觉信息，从而得到整个装煤过程中利于判断的全部信息，实现智能引导车辆装煤，以解决现有技术方案存在的高延时、效率低、对劳动力的依赖等问题。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法，应用于面向货车载体的自主引导与智能装载系统，所述自主引导与智能装载系统包括：第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元，其中：

所述第一组感知单元包括至少3个第一感知模块，所述第二组感知单元包括n个第二感知模块，且所述第二感知模块的数量n与落煤口的数量相同，所述第三组感知单元包括多个第三感知模块，所述第四组感知单元包括n个第四感知模块，所述煤炭装载感知单元包括n个煤炭装载感知模块；

所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块沿同一直线间隔设置，所述n个第二感知模块的位置与每个落煤口的位置对应，所有所述第一感知模块用于感知煤车的车头，所有所述第二感知模块用于感知所对应部位的落煤口情况，所有所述第三感知模块用于感知煤车的车身情况；所述第一组感知单元中第1个第一感知模块与所述第三组感知单元中最后1个第三感知模块之间的间距大于煤车的长度；所述n个第四感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的落煤情况；所述n个煤炭装载感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的满载情况；

所述自主引导与智能装载方法包括：

步骤1、在煤车上磅阶段，通过所述第一组感知单元和所述第二组感知单元对于煤车的感知情况确定煤车上磅的完成情况；

步骤2、当煤车上磅完成后，则进入煤车在磅阶段，在煤车在磅阶段，当通过所述第二组感知单元、所述第四组感知单元和所述煤炭装载感知单元感知当前落煤口对应的落煤区域的满载情况，并当所述第三组感知单元中所有所述第三感知模块均感知不到煤车时，则结束在磅阶段，进入下磅阶段；

步骤3、在煤车下磅阶段，当所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块均感知不到煤车时，则结束下磅阶段。

在一个发明实施例中，所述步骤1包括：

步骤1.1、使所述自主引导与智能装载系统处于初始化状态，通过控制模块发送前进指令；

步骤1.2、当所述第一组感知单元中所有第一感知模块均为未感知状态，则所述控制模块持续发送前进指令，当所述第一组感知单元中所有第一感知模块均为感知状态，则所述控制模块持续发送倒车指令，直至所述第一组感知单元中部分为感知状态、部分为未感知状态，则执行步骤1.3；

步骤1.3、判断所述第二组感知单元的感知状态，若所述第二组感知单元的所有第二感知模块至少一个为未感知状态，则所述自主引导与智能装载系统恢复至初始化状态，若所述第二组感知单元的所有第二感知模块均为感知状态，则所述控制模块持续发送停车指令；

步骤1.4、判断所述第一组感知单元的感知状态，若所述第一组感知单元中所有第一感知模块均为未感知状态或者均为感知状态，则返回至所述步骤1.3，否则，所述控制模块停止发送指令，完成煤车上磅阶段。

在一个发明实施例中，所述步骤2包括：

步骤2.1、判断所述第二组感知单元的感知状态，若第1个所述第二感知模块为未感知状态，则所述自主引导与智能装载系统恢复至初始化状态，若第1个所述第二感知模块至第k个所述第二感知模块均为感知状态，则执行步骤2.2，其中，1≤k≤n；

步骤2.2、通过所述煤炭装载感知单元判断煤炭装载情况，若第j个所述煤炭装载感知模块感知所对应的落煤区域为未满载情况，则控制模块控制对应的落煤口打开，并通过所述第四组感知单元中第j个第四感知模块感知该落煤口的落煤情况，在对应的落煤口打开的情况下，直至第j个所述煤炭装载感知模块感知所对应的落煤区域为满载情况，控制模块控制对应的落煤口关闭；

步骤2.3、当所述第二组感知单元中第n个第二感知模块以及所述第三组感知单元中所有第三感知模块均为未感知状态，则结束在磅阶段，否则，控制模块发送前进指令，使得下一个落煤区域移动至落煤口的正下方，并返回步骤2.1，直至煤车为满载情况。

在一个发明实施例中，所述满载情况的判断方法包括：

利用光流估计法处理所述煤炭装载感知模块拍摄的图像，得到光流图；

利用最小二乘法处理所述光流图，以确定所述满载情况。

在一个发明实施例中，所述步骤3包括：

判断所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块的感知状态，若均为未感知状态，则结束下榜阶段，否则，控制模块持续发送前进指令，直至均为未感知状态。

在一个发明实施例中，用于实施上述任一项实施例所述的自主引导与智能装载方法，所述自主引导与智能装载系统包括：第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元，其中：

所述第一组感知单元包括至少3个第一感知模块，所述第二组感知单元包括n个第二感知模块，且所述第二感知模块的数量n与落煤口的数量相同，所述第三组感知单元包括多个第三感知模块，所述第四组感知单元包括n个第四感知模块，所述煤炭装载感知单元包括n个煤炭装载感知模块；

所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块沿同一直线间隔设置，用于感知煤车侧部的情况；所述第一组感知单元中第1个第一感知模块与所述第三组感知单元中最后1个第三感知模块之间的间距大于煤车的长度；所述n个第二感知模块的位置与每个落煤口的位置对应；所述n个第四感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的情况；所述n个煤炭装载感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的满载情况。

在一个发明实施例中，自主引导与智能装载系统还包括至少一个服务器端和至少一个客户端，所述服务器端通过通信链路与客户端相连。

在一个发明实施例中，所述第一组感知单元中的所有第一感知模块等间距间隔设置；

所述第二组感知单元中的第n个第二感知模块与所述第三组感知单元中的所有第三感知模块等间距间隔设置。

在一个发明实施例中，所述第一感知模块、所述第二感知模块、所述第三感知模块和所述第四感知模块均包括红外测距仪、激光测距仪或超声波测距仪。

在一个发明实施例中，所述煤炭装载感知模块包括工业级深度相机。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过自主引导与智能装载方法及系统实现了自动控制落煤情况，能够达到均匀落煤的效果，并降低了由人眼视觉疲劳导致出现误判、煤炭溢出等问题的风险，并且由人眼确定落煤情况的方式直接影响煤矿的盈亏，因此还减少了因人眼确定落煤情况的误差所带来的亏损。

本发明的自主引导与智能装载方法及系统可以免去工作人员的参与，实现无人化，减少了雇佣劳动力所带来的成本。

本发明通过在作业现场设置控制模块来代替工作人员现场作业，实现零时延指令的下达与设备的接收，并且不受现场环境影响，很大程度上提高了作业效率。

本发明的自主引导与智能装载系统通过通信链路等传输方式将感知模块捕获到的信息传输到上位机并将其结果可视化，能够帮助工作人员观察现场情况，方便在出现突发状况时通过上位机发送指令控制现场设备。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统的前视图；

图3是本发明实施例提供的一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统的俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统的侧视图；

图5是本发明实施例提供的另一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统的俯视图；

图6是本发明实施例提供的另一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统的侧视图；

图7是本发明实施例提供的一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统的拓扑图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

本发明为了解决目前煤矿在煤炭装车过程中对操作人员的高度依赖、效率较低、装车后煤炭分布不均、不利于后续煤炭运输的问题，提出一种能够有效提高煤矿自动化水平，完善生产过程的安全性，减少不必要的劳动力，降低人工劳动的强度的方法和系统。请参见图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法，该自主引导与智能装载方法应用于面向货车载体的自主引导与智能装载系统，该自主引导与智能装载系统包括：第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元，第一组感知单元为图3和图4中的车头感知单元，第三组感知单元为图3和图4中的车身感知单元，第二组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元为图3和图4中的落煤口感知单元，其中：

第一组感知单元包括至少3个第一感知模块，第二组感知单元包括n个第二感知模块，且第二感知模块的数量n与落煤口的数量相同，第三组感知单元包括多个第三感知模块，第四组感知单元包括n个第四感知模块，煤炭装载感知单元包括n个煤炭装载感知模块，n≥1；

所有第一感知模块、所有第二感知模块和所有第三感知模块沿同一直线间隔设置，n个第二感知模块的位置与每个落煤口的位置对应，所有第一感知模块用于感知煤车的车头，所有第二感知模块用于感知所对应部位的落煤口情况，所有第三感知模块用于感知煤车的车身情况；第一组感知单元中第1个第一感知模块与第三组感知单元中最后1个第三感知模块之间的间距大于煤车的长度；n个第四感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的落煤情况；n个煤炭装载感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的满载情况。

需要说明的是，在煤炭装车时，煤炭储存于筒仓的顶部，用于测量煤车的地磅贯穿于筒仓的进出口，地磅的长度一般比煤车的长度稍长一些，第一感知模块、第二感知模块、第三感知模块和第四感知模块的状态包括感知状态和未感知状态，感知状态的编码设置为1，未感知状态的编码设置为0，第一感知模块、第二感知模块、第三感知模块和第四感知模块例如可以通过距离测量获得感知状态，具体可以设置一距离阈值，若测量的距离小于或者等于距离阈值，则为感知状态，若测量的距离大于距离阈值，则为未感知状态。

基于上述所述的自主引导与智能装载系统，面向货车载体的自主引导与智能装载方法具体可以包括：步骤1至步骤3，其中：

步骤1、在煤车上磅阶段，通过第一组感知单元和第二组感知单元对于煤车的感知情况确定煤车上磅的完成情况。

在一个具体实施例中，步骤1具体可以包括步骤1.1-步骤1.4，其中：

步骤1.1、使自主引导与智能装载系统处于初始化状态，通过控制模块发送前进指令。

具体的，当第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元的编码均为0时，系统处于初始化状态，通过控制模块发送前进指令，并将前进指令显示于筒仓出口处的LED屏幕上，以便于司机观察，该LED屏幕可以用于显示所有的指令。

步骤1.2、当第一组感知单元中所有第一感知模块均为未感知状态，则控制模块持续发送前进指令，当第一组感知单元中所有第一感知模块均为感知状态，则说明煤车的位置需要进行调整，具体调整方式为向后倒车，此时，控制模块持续发送倒车指令，直至第一组感知单元中部分为感知状态、部分为未感知状态，则执行步骤1.3。

步骤1.3、判断第二组感知单元的感知状态，若第二组感知单元的所有第二感知模块至少一个为未感知状态，则说明目前所感知的车不是煤车，此时自主引导与智能装载系统恢复至初始化状态，若第二组感知单元的所有第二感知模块均为感知状态，则说明目前所感知的车是煤车，则控制模块持续发送停车指令。

步骤1.4、判断第一组感知单元的感知状态，若第一组感知单元中所有第一感知模块均为未感知状态或者均为感知状态，则说明煤车还未在指定位置，仍需调整，因此返回至步骤1.3，否则，说明煤车已在指定位置，控制模块停止发送指令，完成煤车上磅阶段。

例如，请参见图5和图6，第一感知模块、第二感知模块、第三感知模块和第四感知模块例如为激光测距仪，第一组感知单元有3个激光测距仪，分别为激光测距仪1、激光测距仪2和激光测距仪3，第二组感知单元有2个激光测距仪，分别为激光测距仪4和激光测距仪5，第三组感知单元有6个激光测距仪，分别为激光测距仪6、激光测距仪7、激光测距仪8、激光测距仪9、激光测距仪10和激光测距仪11，第四组感知单元有2个激光测距仪，分别为激光测距仪12和激光测距仪13。

因此，当激光测距仪1、激光测距仪2和激光测距仪3的编码均为0时，则控制模块持续发送前进指令，当激光测距仪1、激光测距仪2和激光测距仪3的编码均为1时，则控制模块持续发送倒车指令，当激光测距仪1、激光测距仪2和激光测距仪3的编码为001或011时，则继续判断激光测距仪4和激光测距仪5的编码，若激光测距仪4和激光测距仪5的编码不均为1，则恢复至初始化状态，重新开始，若激光测距仪4和激光测距仪5的编码均为1，则控制模块持续发送停车指令，此时若激光测距仪1、激光测距仪2和激光测距仪3的编码均为0或者均为1，则持续发送前进指令或者持续发送倒车指令，重新调整煤车的位置，若激光测距仪1、激光测距仪2和激光测距仪3的编码为001或011时，则停止发送停车指令，完成煤车上磅阶段。

步骤2、当煤车上磅完成后，则进入煤车在磅阶段，在煤车在磅阶段，当通过第二组感知单元、第四组感知单元和煤炭装载感知单元感知当前落煤口对应的落煤区域的满载情况，并当第三组感知单元中所有第三感知模块均感知不到煤车时，则结束在磅阶段，进入下磅阶段。

在一个具体实施例中，步骤2具体可以包括步骤2.1-步骤2.3，其中：

步骤2.1、判断第二组感知单元的感知状态，若第1个第二感知模块为未感知状态，则自主引导与智能装载系统恢复至初始化状态，若第1个第二感知模块至第k个第二感知模块均为感知状态，说明煤车处于指定位置，则执行步骤2.2，其中，1≤k≤n。

步骤2.2、通过煤炭装载感知单元判断煤炭装载情况，若第j个煤炭装载感知模块感知所对应的落煤区域为未满载情况，则控制模块控制对应的落煤口打开，并通过第四组感知单元中第j个第四感知模块感知该落煤口的落煤情况，在对应的落煤口打开的情况下，且第j个第四感知模块感知该落煤口正在落煤时，直至第j个煤炭装载感知模块感知所对应的落煤区域为满载情况，控制模块控制对应的落煤口关闭。

步骤2.3、当第二组感知单元中第n个第二感知模块以及第三组感知单元中所有第三感知模块均为未感知状态，则结束在磅阶段，否则，控制模块发送前进指令，使得下一个落煤区域移动至落煤口的正下方，并返回步骤2.1，直至煤车为满载情况。

例如，请再次参见图5和图6，煤炭装载感知模块例如为工业级深度相机，在在磅阶段时，当激光测距仪4和激光测距仪5为01时，恢复至初始化状态，当激光测距仪4和激光测距仪5为11或10时，利用工业级深度相机14和工业级深度相机15拍摄其所对应的落煤区域的满载情况，当工业级深度相机14所拍摄的落煤区域为未满载情况时，控制模块控制该落煤区域对应的落煤口16打开，并通过激光测距仪12确定落煤口16的落煤情况，激光测距仪12的编码为1，则说明正在落煤，激光测距仪12的编码为0，则说明未落煤，同理的，当工业级深度相机15所拍摄的落煤区域为未满载情况时，控制模块控制该落煤区域对应的落煤口17打开，并通过激光测距仪13确定落煤口17的落煤情况，激光测距仪13的编码为1，则说明正在落煤，激光测距仪13的编码为0，则说明未落煤，当工业级深度相机14和工业级深度相机15所拍摄的当前落煤区域均为满载情况时，则控制模块控制对应的落煤口关闭，并下发前进指令，使得下一个落煤区域移动至落煤口的正下方，直至激光测距仪5至激光测距仪11的编码均为0，则结束在磅阶段。

在本实施例中，还提供一种满载情况的判断方法，该满载情况的判断方法包括：

S1、利用光流估计法处理煤炭装载感知模块拍摄的图像，得到光流图。

S2、利用最小二乘法处理光流图，以确定满载情况。

本实施例基于深度学习中对视频进行分析的实时光流估计法，利用光流估计法从煤炭装载感知模块拍摄的图像（RGB信息）中提取物体运动变化信息（光流图，即为煤堆的轮廓图），此处的物体即为煤车的车厢内的煤堆，运动变化信息即为落煤过程中煤堆高度、体积的变化，光流估计法可达到10-30fps，不会影响到煤堆的延迟判断；得到光流图之后对光流图进行处理，具体采用最小二乘法从光流图中获取煤堆的斜率，从而通过煤堆的斜率便可以判断当前煤堆状态的信息。

步骤3、在煤车下磅阶段，当所有第一感知模块、所有第二感知模块和所有第三感知模块均感知不到煤车时，则结束下磅阶段。

在一个具体实施例中，步骤3具体可以包括：

判断所有第一感知模块、所有第二感知模块和所有第三感知模块的感知状态，若均为未感知状态，则结束下榜阶段，否则，控制模块持续发送前进指令，直至均为未感知状态。

例如，请再次参见图5和图6，当激光测距仪1至激光测距仪11的编码均为0时，则结束下榜阶段，否则，持续发送前进指令，直至激光测距仪1至激光测距仪11的编码均为0。

为了解决现有技术中通过人为观察现场煤堆形成状态来控制落煤口的开闭问题，本发明通过基于自主引导与智能装载系统的方法实现了自动控制落煤，该方法能够达到均匀落煤的效果，并降低了由人眼视觉疲劳导致出现误判、煤炭溢出等风险，改善了由人眼确定落煤情况的方式直接影响煤矿的盈亏情况。

本发明的自主引导与智能装载方法可以免去工作人员的参与，实现无人化，减少了雇佣劳动力所带来的成本。

本发明通过在作业现场设置控制模块来代替工作人员现场作业，实现零时延指令的下达与设备的接收，并且不受现场环境影响，很大程度上提高了作业效率。

本发明的自主引导与智能装载系统通过通信链路等传输方式将感知模块捕获到的信息传输到上位机并将其结果可视化，能够帮助工作人员观察现场情况，方便在出现突发状况时通过上位机发送指令控制现场设备。

实施例二

请参见图2、图3和图4，本发明在实施例一的基础上还提供一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统，用于实施实施例一所述的自主引导与智能装载方法，该自主引导与智能装载系统包括：第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元，第一组感知单元为图3和图4中的车头感知单元，第三组感知单元为图3和图4中的车身感知单元，第二组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元为图3和图4中的落煤口感知单元，其中：

第一组感知单元包括至少3个第一感知模块，第二组感知单元包括n个第二感知模块，且第二感知模块的数量n与落煤口的数量相同，第三组感知单元包括多个第三感知模块，第四组感知单元包括n个第四感知模块，煤炭装载感知单元包括n个煤炭装载感知模块；

所有第一感知模块、所有第二感知模块和所有第三感知模块沿同一直线间隔设置，n个第二感知模块的位置与每个落煤口的位置对应，所有第一感知模块用于感知煤车的车头，所有第二感知模块用于感知所对应部位的落煤口情况，所有第三感知模块用于感知煤车的车身情况；第一组感知单元中第1个第一感知模块与第三组感知单元中最后1个第三感知模块之间的间距大于煤车的长度；n个第四感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的落煤情况；n个煤炭装载感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的满载情况。

具体而言，所有第一感知模块、所有第二感知模块和所有第三感知模块依次按照顺序沿同一直线间隔设置，例如图5所示，第1个第一感知模块即为序号为1的感知模块，第2个第一感知模块即为序号为2的感知模块，最后一个第三感知模块即为序号为11的感知模块。

第一组感知单元用于感知车头的情况，第三组感知单元用于感知车身的情况，用于感知车辆头部、车身部位的感知模块负责获取车辆头部、车身位置的信息，便于后续判断车辆是否到达指定停靠位置，第二组感知单元用于感知所对应部位的落煤口情况，第四组感知单元用于感知落煤口的落煤情况，煤炭装载感知单元用于感知所对应的落煤区域的煤堆情况，第四组感知单元和煤炭装载感知单元负责获取煤车的车厢内部信息，便于判断当前煤炭装载情况以及在当前煤炭装载感知单元的感知范围内，车厢煤炭是否达到满载。例如图5和图6所示，第一感知模块共为3个，第二感知模块、第四感知模块和煤炭装载感知模块均为2个，第三感知模块共6个，且均可调整角度、高度、数量等，视现场情况而定，数量可依据现场具体情况适当增减。

在本实施例中，请参见图7，自主引导与智能装载系统还包括至少一个服务器端（上位机）和至少一个客户端（即控制模块），服务器端通过通信链路与客户端相连。所有指令均通过控制模块发出，且同步显示于LED屏幕；上位机发送的指令优先级高于控制模块，方便人为干预，避免出现意外情况；通信链路是以网线形式将各个模块互连，通信协议可为各种网络协议，例如为TCP、UDP、HTTP等。

可选的，第一组感知单元中的所有第一感知模块等间距间隔设置；第二组感知单元中的第n个第二感知模块与第三组感知单元中的所有第三感知模块等间距间隔设置。

可选的，第一感知模块、第二感知模块、第三感知模块和第四感知模块均包括红外测距仪、激光测距仪或超声波测距仪。

可选的，煤炭装载感知模块包括工业级深度相机。

例如图5和图6所示，以第一感知模块、第二感知模块、第三感知模块和第四感知模块均为激光测距仪为例进行说明，激光测距仪1至激光测距仪11之间的间距为13～15m，激光测距仪1至激光测距仪11距离地面为2m，并且发射的激光与地面保持水平平行，激光测距仪1至激光测距仪3、激光测距仪5至激光测距仪11中相邻两个激光测距仪的间距为70cm，激光测距仪4、激光测距仪5分别位于落煤口16、落煤口17下方，激光测距仪12、工业级深度相机14对准落煤口16，激光测距仪13、工业级深度相机15对准落煤口17，激光测距仪12、激光测距仪13、工业级深度相机14和工业级深度相机15水平倾斜向下，与落煤口形成30度夹角，保证获得在车厢内部形成煤堆全过程的所有深度信息和图像信息，在车头侧前方设有LED显示屏幕用来显示车辆动作指令，辅助司机操作车辆动作。

为了解决现有技术中通过人为观察现场煤堆形成状态来控制落煤口的开闭问题，本发明通过自主引导与智能装载系统实现了自动控制落煤，能够达到均匀落煤的效果，并降低了由人眼视觉疲劳导致出现误判、煤炭溢出等风险，改善了由人眼确定落煤情况的方式直接影响煤矿的盈亏情况。

本发明的自主引导与智能装载方法可以免去工作人员的参与，实现无人化，减少了雇佣劳动力所带来的成本。

本发明通过在作业现场设置控制模块来代替工作人员现场作业，实现零时延指令的下达与设备的接收，并且不受现场环境影响，很大程度上提高了作业效率。

本发明的自主引导与智能装载系统通过通信链路等传输方式将感知模块捕获到的信息传输到上位机并将其结果可视化，能够帮助工作人员观察现场情况，方便在出现突发状况时通过上位机发送指令控制现场设备。

在发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特征数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种面向货车载体的自主引导与智能装载方法，其特征在于，应用于面向货车载体的自主引导与智能装载系统，所述自主引导与智能装载系统包括：第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元，其中：

所述第一组感知单元包括至少3个第一感知模块，所述第二组感知单元包括n个第二感知模块，且所述第二感知模块的数量n与落煤口的数量相同，所述第三组感知单元包括多个第三感知模块，所述第四组感知单元包括n个第四感知模块，所述煤炭装载感知单元包括n个煤炭装载感知模块；

所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块沿同一直线间隔设置，所述n个第二感知模块的位置与每个落煤口的位置对应，所有所述第一感知模块用于感知煤车的车头，所有所述第二感知模块用于感知所对应部位的落煤口情况，所有所述第三感知模块用于感知煤车的车身情况；所述第一组感知单元中第1个第一感知模块与所述第三组感知单元中最后1个第三感知模块之间的间距大于煤车的长度；所述n个第四感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的落煤情况；所述n个煤炭装载感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的满载情况；

所述自主引导与智能装载方法包括：

步骤1、在煤车上磅阶段，通过所述第一组感知单元和所述第二组感知单元对于煤车的感知情况确定煤车上磅的完成情况；

步骤2、当煤车上磅完成后，则进入煤车在磅阶段，在煤车在磅阶段，当通过所述第二组感知单元、所述第四组感知单元和所述煤炭装载感知单元感知当前落煤口对应的落煤区域的满载情况，并当所述第三组感知单元中所有所述第三感知模块均感知不到煤车时，则结束在磅阶段，进入下磅阶段；

步骤3、在煤车下磅阶段，当所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块均感知不到煤车时，则结束下磅阶段。

2.根据权利要求1所述的自主引导与智能装载方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1.1、使所述自主引导与智能装载系统处于初始化状态，通过控制模块发送前进指令；

步骤1.2、当所述第一组感知单元中所有第一感知模块均为未感知状态，则所述控制模块持续发送前进指令，当所述第一组感知单元中所有第一感知模块均为感知状态，则所述控制模块持续发送倒车指令，直至所述第一组感知单元中部分为感知状态、部分为未感知状态，则执行步骤1.3；

步骤1.3、判断所述第二组感知单元的感知状态，若所述第二组感知单元的所有第二感知模块至少一个为未感知状态，则所述自主引导与智能装载系统恢复至初始化状态，若所述第二组感知单元的所有第二感知模块均为感知状态，则所述控制模块持续发送停车指令；

步骤1.4、判断所述第一组感知单元的感知状态，若所述第一组感知单元中所有第一感知模块均为未感知状态或者均为感知状态，则返回至所述步骤1.3，否则，所述控制模块停止发送指令，完成煤车上磅阶段。

3.根据权利要求1所述的自主引导与智能装载方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1、判断所述第二组感知单元的感知状态，若第1个所述第二感知模块为未感知状态，则所述自主引导与智能装载系统恢复至初始化状态，若第1个所述第二感知模块至第k个所述第二感知模块均为感知状态，则执行步骤2.2，其中，1≤k≤n；

步骤2.2、通过所述煤炭装载感知单元判断煤炭装载情况，若第j个所述煤炭装载感知模块感知所对应的落煤区域为未满载情况，则控制模块控制对应的落煤口打开，并通过所述第四组感知单元中第j个第四感知模块感知该落煤口的落煤情况，在对应的落煤口打开的情况下，直至第j个所述煤炭装载感知模块感知所对应的落煤区域为满载情况，控制模块控制对应的落煤口关闭；

步骤2.3、当所述第二组感知单元中第n个第二感知模块以及所述第三组感知单元中所有第三感知模块均为未感知状态，则结束在磅阶段，否则，控制模块发送前进指令，使得下一个落煤区域移动至落煤口的正下方，并返回步骤2.1，直至煤车为满载情况。

4.根据权利要求3所述的自主引导与智能装载方法，其特征在于，所述满载情况的判断方法包括：

利用光流估计法处理所述煤炭装载感知模块拍摄的图像，得到光流图；

利用最小二乘法处理所述光流图，以确定所述满载情况。

5.根据权利要求1所述的自主引导与智能装载方法，其特征在于，所述步骤3包括：

判断所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块的感知状态，若均为未感知状态，则结束下榜阶段，否则，控制模块持续发送前进指令，直至均为未感知状态。

6.一种面向货车载体的自主引导与智能装载系统，其特征在于，用于实施权利要求1至5任一项所述的自主引导与智能装载方法，所述自主引导与智能装载系统包括：第一组感知单元、第二组感知单元、第三组感知单元、第四组感知单元、煤炭装载感知单元，其中：

所述第一组感知单元包括至少3个第一感知模块，所述第二组感知单元包括n个第二感知模块，且所述第二感知模块的数量n与落煤口的数量相同，所述第三组感知单元包括多个第三感知模块，所述第四组感知单元包括n个第四感知模块，所述煤炭装载感知单元包括n个煤炭装载感知模块；

所有所述第一感知模块、所有所述第二感知模块和所有所述第三感知模块沿同一直线间隔设置，所述n个第二感知模块的位置与每个落煤口的位置对应，所有所述第一感知模块用于感知煤车的车头，所有所述第二感知模块用于感知所对应部位的落煤口情况，所有所述第三感知模块用于感知煤车的车身情况；所述第一组感知单元中第1个第一感知模块与所述第三组感知单元中最后1个第三感知模块之间的间距大于煤车的长度；所述n个第四感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的落煤情况；所述n个煤炭装载感知模块用于感知所对应的落煤口对应的落煤区域的满载情况。

7.根据权利要求6所述的自主引导与智能装载系统，其特征在于，还包括至少一个服务器端和至少一个客户端，所述服务器端通过通信链路与所述客户端相连。

8.根据权利要求6所述的自主引导与智能装载系统，其特征在于，所述第一组感知单元中的所有第一感知模块等间距间隔设置；

所述第二组感知单元中的第n个第二感知模块与所述第三组感知单元中的所有第三感知模块等间距间隔设置。

9.根据权利要求6所述的自主引导与智能装载系统，其特征在于，所述第一感知模块、所述第二感知模块、所述第三感知模块和所述第四感知模块均包括红外测距仪、激光测距仪或超声波测距仪。

10.根据权利要求6所述的自主引导与智能装载系统，其特征在于，所述煤炭装载感知模块包括工业级深度相机。

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