CN212921527U - 一种隧道渣土有轨运输工矿车无人驾驶系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种隧道渣土有轨运输工矿车无人驾驶系统，包括：工矿车、轨道、车载控制系统、地面监控系统、道岔控制系统、射频识别系统、定位系统、障碍物检测系统、无线通信网络。车载控制系统安装于工矿车上，与其它系统和设备相连，控制工矿车在无人驾驶下的自动运行，完成隧道内的渣土运输。本系统结构简单，制作方便，适用于隧道运输系统领域，对于提高工矿车运行安全、隧道渣土运输效率和施工现场自动化水平具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及隧道施工有轨运输领域，具体为一种隧道渣土有轨运输工矿车无人驾驶系统。
背景技术
随着铁路行业的不断发展和地铁需求的扩大，隧道建设范围和规模也越来越大，这对渣土运输能力、效率和安全性提出了越来越高的要求。当前渣土运输依旧采用的是有人驾驶，工程部门每年都要花费大量的人力成本。同时运输线路自动化程度低，还采用的是手扳道岔，严重影响渣土运输的效率。此外工矿车在推进的过程中存在了望困难的问题，存在安全隐患。为提高隧道施工的渣土运输效率和安全性，同时降低人工成本，急需设计出一种隧道渣土有轨运输无人驾驶系统。
本系统设计两台工矿车交替进入隧道内运输，设计平均速度15km/h，线路上有一组道岔，渣土装载点和卸载点固定，卸载工作通过龙门吊车完成，工矿车实现在装载点和卸载点间无人驾驶下的自动运行。
实用新型内容
针对现有技术中存在的工作效率低、人工成本高、安全性差的问题，本实用新型提供了一种隧道渣土有轨运输无人驾驶系统。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种隧道渣土有轨运输工矿车无人驾驶系统，其特征在于包括：工矿车、轨道、车载控制系统、地面监控系统、道岔控制系统、射频识别系统、定位系统、障碍物检测系统、无线通信网络。所述车载控制系统安装于工矿车上；所述车载控制系统通过无线通信网络与地面监控系统、道岔控制系统相连；所述车载控制系统与定位系统、障碍物检测系统、射频识别系统电性相连。
所述车载控制系统安装于工矿车上，包括一体机、控制器、车载阅读器及天线、速度传感器。一体机与控制器电性相连，控制器与车载阅读器及天线、速度传感器、工矿车牵引变流器电性相连。一体机作为上位机，实时显示工矿车的运行状态及控制等级，同时可以实现自动和手动模式的切换；控制器作为下位机，输出控制指令给工矿车牵引变流器。所述车载控制系统根据射频识别系统和速度传感器采集到的位置数据和速度值计算出实际速度与理论速度的差值，从而确定加速度值，进而确定牵引或制动的等级，控制工矿车在指定位置的加减速运行和停车。
所述地面监控系统包括监控计算机和监控系统软件，通过无线通信网络和车载控制系统相连。车载控制系统通过无线通信网络将自身的位置、速度及运行状态发送到地面监控系统计算机中实时显示，地面监控计算机通过无线通信网络控制工矿车的启动和人工干预停车。
所述道岔控制系统包括道岔、电动转辙机、转辙机控制器、转辙机无线通信设备，通过无线通信网络与车载控制系统相连。车载控制系统通过无线通信设备向转辙机控制器发送开通道岔指令，转辙机控制器控制道岔转向相应的位置。
所述射频识别系统包括车载阅读器、车载天线、地面无源信标，与车载控制系统电性相连。车载阅读器通过车载天线采集地面无源信标的位置数据，并发送给车载控制系统，车载控制系统控制工矿车在对应的信标处停车、加减速运行。
所述定位系统包括一体机、速度传感器、车载阅读器及天线、地面无源信标，速度传感器、车载阅读器与一体机相连，车载阅读器通过车载天线采集地面无源信标的位置数据。一体机通过速度传感器采集到的速度计算出工矿车的位置，车载阅读器将采集到的地面无源信标的准确位置数据传送给一体机，从而校正工矿车位置，实现工矿车的定位功能。
所述障碍物检测系统包括工业高清摄像机、图像处理器与车载控制系统相连，工业高清摄像机采集目标障碍物的图像，图像处理器对障碍物识别，并将识别结果发至车载控制系统，发现危及行车安全时由车载控制系统控制工矿车紧急停车。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.不改变工矿车的牵引传动系统，在原来的手动驾驶基础上增加一套车载控制设备，实现工矿车的自动运行。
2.增强了对环境的感知能力和障碍物检测水平，提高了工矿车的防相撞安全性能。
3.提高了隧道渣土运输的自动化水平和工作效率，节省了大量的人工成本。
附图说明
图1为本实用新型系统结构示意图。
图2为本实用新型系统工作原理图。
图中标号：1、工矿车；2、车载无线传输设备；3、前端车载阅读器；4、轨道；5、地面停车位置标签；6、龙门吊车；7、尾端车载阅读器；8、地面减速位置标签；9、转辙机控制器；10、转辙机；11、道岔；12、地面加速点位置标签；13、无线通信网络；14、地面位置校正标签；15、盾构机；16、盾构机连接架。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细阐述。
如图1所示，本实用新型一种隧道渣土有轨运输工矿车无人驾驶系统，包括以下设备和系统：工矿车、轨道、车载控制系统、地面监控系统、道岔控制系统、地面无源标签、定位系统、障碍物检测系统、无线通信网络。所述车载控制系统安装于工矿车上；所述车载控制系统通过无线通信网络与地面监控系统、道岔控制系统相连；所述车载控制系统与定位系统、障碍物检测系统电性相连；所述车载控制系统与地面无源标签以电磁感应的方式相连。
较佳的，所述车载控制系统安装于工矿车上，包括一体机、车载阅读器、速度传感器、控制器。一体机分别与车载阅读器、速度传感器、控制器电性相连，控制器与工矿车牵引变流器电性相连。一体机作为上位机，实时显示工矿车的运行状态及控制等级，同时可以实现自动和手动模式的切换；控制器作为下位机，输出控制指令给工矿车牵引变流器。所述车载控制系统根据车载阅读器和速度传感器采集到的位置数据和速度值计算出实际速度与理论速度的差值，从而确定加速度值，进而确定牵引或制动的等级，控制工矿车在指定位置的加减速运行和停车。
较佳的，所述地面监控系统包括监控计算机和监控系统软件，通过无线通信网络和车载控制系统相连。车载控制系统通过无线通信网络将自身的位置、速度及运行状态发送到地面监控系统计算机中实时显示，地面监控计算机也通过无线通信网络控制工矿车的启动和停车。
较佳的，所述道岔控制系统包括道岔、电动转辙机、转辙机控制器、转辙机无线通信设备，通过无线的方式与车载控制系统相连。车载控制系统通过无线通信设备向转辙机控制器发送开通道岔指令，转辙机控制器控制道岔转向相应的位置。
较佳的，所述地面无源标签包括停车位置标签、加速位置标签、减速位置标签、位置校正标签，当工矿车运行到相应的标签位置时，车载阅读器采集标签位置信息发送给车载控制系统，车载控制系统控制工矿车在对应的标签处执行停车、加速、减速、位置校正的指令。
较佳的，所述定位系统包括一体机、速度传感器、车载阅读器、地面位置校正标签，速度传感器、车载阅读器与一体机相连，车载阅读器通过电磁感应的方式与地面位置校正标签相连。一体机通过速度传感器采集到的速度计算出工矿车的位置，车载阅读器将采集到的地面位置校正标签的准确位置信息传送给一体机，从而校正工矿车位置，实现工矿车的定位功能。
较佳的，所述障碍物检测系统包括工业高清摄像机、图像处理器与车载控制系统相连，工业高清摄像机采集目标障碍物的图像，图像处理器对障碍物识别，并将识别结果发至车载控制系统，发现危及行车安全时由车载控制系统控制工矿车紧急停车。
如图2所示为系统工作原理框图，工矿车(1)进入隧道时牵引机车在后，车辆在前，使用尾端车载阅读器(7)接收地面信息，并通过车载无线通信设备(2)与车载控制系统相连。将采集到的位置信息传送给车载控制系统。具体工作过程如下：
工矿车(1)车载控制系统通过车载无线通信设备(2)接收来自地面监控系统的启动指令，车载控制系统向转辙机控制器(9)发送指令，控制道岔转向对应的位置，工矿车(1)开始运行，经过地面加速点位置标签(12)，车载阅读器(7)接收标签的位置信息并传送给车载控制系统，车载控制系统控制工矿车加速至指定速度。工矿车(1)继续运行至地面位置校正标签(14)，车载阅读器(7)接收标签的位置信息并传送给车载定位系统，车载定位系统的位置更正为标签提供的位置，从而消除位置误差。工矿车(1)继续运行至地面减速位置标签(8)，车载阅读器(7)接收标签的位置信息并传送给车载控制系统，车载控制系统控制工矿车减速至指定速度。工矿车(1)继续运行至地面停车位置标签(5)，车载阅读器(7)接收标签的位置信息并传送给车载控制系统，车载控制系统控制工矿车停车，开始渣土装载。
渣土装载完成后，工矿车(1)将渣土运出隧道，在这个过程中，牵引机车在前，车辆在后，使用前端车载阅读器(3)接收地面信息，并将采集到的位置信息传送给车载控制系统。具体工作过程如下：
工矿车(1)车载控制系统通过车载无线通信设备(2)接收来自地面监控系统的启动指令，工矿车(1)开始运行，运行经过地面加速、减速、位置校正、停车位置标签时，车载阅读器(3)接收地面信息，并将采集到的位置信息传送给车载控制系统，控制工矿车(1)的加速、减速、位置校正和停车。工矿车(1)停在指定位置，由龙门吊车(6)将渣土倒入渣土坑。
Claims (1)
1.一种隧道渣土有轨运输工矿车无人驾驶系统，其特征在于：包括以下设备和系统：
工矿车、轨道、车载控制系统、地面监控系统、道岔控制系统、射频识别系统、定位系统、障碍物检测系统、无线通信网络；所述车载控制系统安装于工矿车上；所述车载控制系统与地面监控系统、道岔控制系统通过无线通信网络相连；所述车载控制系统与定位系统、障碍物检测系统、射频识别系统电性相连；
(1)车载控制系统
车载控制系统安装于工矿车上，包括一体机、控制器、车载阅读器及天线、速度传感器；一体机与控制器电性相连，控制器与车载阅读器及天线、速度传感器、工矿车牵引变流器电性相连；一体机作为上位机，实时显示工矿车的运行状态及控制等级，同时可以实现自动和手动模式的切换；控制器作为下位机，输出控制指令给工矿车牵引变流器；
(2)地面监控系统
地面监控系统包括监控计算机、无线通信设备，通过无线通信网络和车载控制系统相连；
(3)道岔控制系统
道岔控制系统包括道岔、电动转辙机、转辙机控制器、转辙机无线通信设备，通过无线的方式与车载控制系统相连；
(4)射频识别系统
射频识别系统包括车载阅读器、车载天线、地面无源信标，与车载控制系统电性相连；车载阅读器通过车载天线采集地面无源信标的位置数据，车载控制系统根据位置数据控制工矿车的加减速运行和停车；
(5)定位系统
定位系统包括一体机、速度传感器、车载阅读器及天线、地面无源信标，速度传感器、车载阅读器与一体机相连，车载阅读器与车载天线相连，车载阅读器通过车载天线采集地面无源信标的位置数据；
(6)障碍物检测系统
障碍物检测系统包括工业高清摄像机、图像处理器与车载控制系统相连。
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