一种无人驾驶电机车感知系统

本发明涉及一种感知系统，特别是一种无人驾驶电机车感知系统。

背景技术：

近年来，我国煤矿工业生产水平大幅提升，为了顺应发展趋势，我国对煤矿生产的安全工程建设也提出了更高的要求，在保障人身安全的前提下提高矿产效率。我国部分矿区已经投入无人驾驶电机车到生产中去，且相继取得成效，电机车无人驾驶技术不仅可以满足与日俱增的开采需求，还大大提高了矿石运送自动化程度，杜绝了矿石运送过程中的操作失误以及人员伤亡事故，提升矿山生产安全性和可控性，同时节约人工成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效,发展前景良好的煤矿企业安全运输系统。

本发明为了实现目的采用以下技术方案：一种无人驾驶电机车感知系统，它包括：数据采集子系统，运算处理子系统，无线通信子系统和反馈控制子系统。

进一步的，围绕电机车构建无线通信环境，各子系统通过数据无线传输的方式实现信息交互。

进一步的，电机车身搭载的多源传感器获取运输过程中电机车的状态信息，包括车速，轮胎压力，发动机工况在内的设备状态信息。

进一步的，电机车车头安装的摄像头时刻采集视频数据，该类数据传输到运算处理子系统中以深度学习目标检测算法识别出障碍物并对障碍物分类。

进一步的，电机车底部安装脉冲雷达，脉冲雷达用于测得电机车与障碍物的距离，且适用于同时测量与多个目标的距离。

进一步的，由于部署在井下电机车上的处理设备的体量和功耗都受限制，因此感知系统选用高性能的嵌入式微处理器作为运算处理子系统，在集成化的同时具有高效的信息处理能力。

进一步的，当感知系统检测出突发状况时，控制反馈子系统立刻执行应对措施，避免事故的发生。

进一步的，处理完一次突发状况之后，运算处理子系统分析处理的结果连同传感器采集的状态信息全部上传至云端，实现井下与地面调度中心的信息交互，方便地面工作人员进行下一步调度工作。

本发明的有益效果是：本发明通过多源传感器信息融合主动感知无人驾驶电机车运输路径的环境信息，高性能的处理器实现了边缘计算功能，大大提高了感知系统的实时性和精准性，使得系统更快更准确的检测出突发事件，并快速响应检测结果对电机车实施控制。该系统在完善无人驾驶电机车运输技术的同时，进一步加快了矿山运输系统自动化，智能化建设。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。其中，(1)数据采集子系统；(2)无线通信子系统；(3)数据处理子系统；(4)反馈控制子系统。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的技术方案。应当理解，此处描写的具体实施方式仅仅是用以解释本次发明，并不限定于本发明。

图1展示了本发明的系统结构图，如图所示发明是这样实现的，一种电机车无人驾驶的感知系统包括(1)数据采集子系统；(2)无线通信子系统；(3)数据处理子系统；(4)反馈控制子系统。

数据采集子系统(1)和数据处理子系统(3)通过无线通信连接；数据处理子系统(3)和无线通信子系统(2)通过无线通信连接；控制反馈子系统(4)和无线通信子系统(2)通过无线通信连接，数据采集子系统(3)控制反馈子系统(4)通过电子线路连接。

本发明中，数据采集子系统(1)主动感知无人驾驶电机车运输过程中的多源状态信息，对造成安全事故的因素进行实时监测。

进一步的，电机车车身安装的传感器获取包括车速，轮胎压力，发动机工况在内的设备状态信息；摄像头采集巷道内的环境信息，捕捉电机车运输路径上的障碍物；

进一步的，电机车底部安装脉冲雷达，其发射单载频的矩形脉冲按一定的重复周期工作，发射一个短脉冲相当于对电磁波打上标记以测往返时间，从而获得障碍物与电机车之间的距离。

进一步的，数据处理子系统(3)的中央处理器在具备强大数据处理能力的同时具有数据短期存储的能力，但部署在无人驾驶电机车上，处理器体量和功耗都受限制，因此，选用高性能的嵌入式微处理器，在集成化的同时具有高效的信息处理和存储能力。高性能的中央处理器在靠近数据产生端对数据实时处理，充分满足了感知系统对于响应速度的要求。

其中，数据处理子系统(3)以深度学习目标检测算法识别出障碍物并对障碍物分类。

进一步的，根据数据处理子系统(3)的处理结果，当前出现安全隐患时，控制反馈子系统(4)开始执行相应的控制措施，包括：当电机车本身状态信息超出安全规范要求，如轮胎压力异常，发动机异常等，电机车减速至停止，等待进一步调度；当电机车运输路径上出现物料等障碍物堆积阻挡道路时，电机车减速至停止，等待进一步调度；当电机车运输路径出现违章人员，摄像头拍摄下违章人员照片信息，电机车鸣笛示警并逐渐减速至停止，当人员离开轨道后，电机车重新加速至运输状态。

进一步的，雷达探测电机车与障碍物的距离，控制反馈子系统根据此类信息实现灵活调速，避免了急刹车引起的器件损耗甚至是跑车事故。

本发明中，感知系统通过无线通信子系统(2)连接至工业以太网，数据采集子系统(1)，数据处理子系统(3)和反馈控制子系统(4)的数据信息通过工业以太网稳定安全的上传至云端，地面工作人员可以随时调用云端数据，准确掌握无人驾驶电机车的运行状态。

技术特征：

1.一种无人驾驶电机车的感知系统，其特征在于：

它包括：(1)数据采集子系统；(2)无线通信子系统；(3)数据处理子系统；(4)控制反馈子系统。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

围绕电机车构建无线通信环境，各子系统主要通过数据无线传输的方式实现信息交互。

3.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

电机车身搭载的多源传感器获取运输过程中电机车的状态信息，包括车速，轮胎压力，发动机工况在内的设备状态信息。

4.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

电机车车头安装的摄像头时刻采集视频数据，该类数据传输到运算处理子系统中以深度学习目标检测算法识别出障碍物并对障碍物分类。

5.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

电机车底部安装脉冲雷达，脉冲雷达用于测得电机车与障碍物的距离，且适用于同时测量与多个目标的距离。

6.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

由于部署在井下电机车上的中央处理器的体量和功耗都受限制，因此感知系统选用高性能的嵌入式微处理器作为运算处理子系统的核心，在集成化的同时具有高效的信息处理能力。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

当感知系统检测出突发状况时时，控制反馈子系统立刻执行应对措施，避免事故的发生。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶电机车感知系统，其特征在于：

控制反馈子系统处理完一次突发状况之后，运算处理子系统分析处理的结果连同传感器采集的状态信息全部上传至云端，实现井下与地面调度中心的信息交互，方便地面工作人员进行下一步调度工作。

技术总结
本发明公开了一种无人驾驶电机车感知系统，该系统通过在电机车身搭载各类传感器获取周边环境信息和电机车状态信息，配置的高性能处理器在本地实现数据处理和反馈控制等功能，满足系统对于实时性的要求。电机车运行过程中，一旦存在出安全隐患，该系统立刻采集应急措施，同时将当前分析决策结果和相关重点数据通过网络上传至地面操控中心，等待工作人员的调度，彻底杜绝安全隐患。该系统结合了信息采集，处理和反馈三个功能，主动感知无人驾驶电机车运输过程中的多方面状态信息，对造成安全事故的因素进行实时监测。

技术研发人员：李敬兆;姚刚;周华平
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.06.04
技术公布日：2021.07.30