煤矿井下应急导航系统设计

为了保证煤矿井下在突发事故情况下能安全高效的进行人员疏散撤离,设计了一种煤矿井下应急导航系统。该系统提出了一种煤矿井下通信网络框架,设计了一种井下移动终端用于WIFI位置数据采集和语音导航播报。该系统在煤矿井下进行了试运行,应用结果表明其定位导航模块运行状况良好,导航误差精度控制在3m以内,能够满足煤矿井下人员的撤离需求。     

基于地磁导航定位的井下避险系统的构建

分析了国内外井下定位系统、避险系统的研究现状与应用的局限性。针对地磁导航技术的无源、自主定位特点,架构一种井下人员便携式的避险分析和地磁导航电子平台。从井下智能避险的角度,构建了基于地磁导航避险系统的体系结构并分析了其运行模式和工作原理;介绍了所设计的系统APP运用程序模块的主要理念和功能。可为井下灾后人员的逃生路线分析与智能避险导航研究提供参考。     

煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究

煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:①对深度视觉数据进行特征提取与匹配,利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF+SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段:①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图,实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解2次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明笔者提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。     

基于无人机技术的煤矿带式输送机巡检方案

设计了一种基于无人机的煤矿井下长距离带式输送机巡检方案,应用在煤矿井下带式输送机运输系统巡检中。介绍了无人机巡检总体方案,论述了无人机机身设计、无人机导航设计、无人机避障设计、充电桩设计、飞行方案设计及相应的工作原理;通过样机制作与现场试飞,确定了方案的可行性。     

煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术北大核心

为解决煤矿机器人现有自主导航技术的局限性,提出了1种煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术。研究了视觉导航的总体架构,并对各个功能模块进行了设计描述;研究了地图创建方法,将ORB_SLAM2算法生成的连续帧间位姿进行关系变换,采用逐帧的RGBD点云拼接,获得了稠密的点云地图;设计了巡检机器人的自主定位和路径规划实现流程,结合蒙特卡洛、D*及DWA算法完成了机器人的精准定位与导航;建立了该视觉导航技术的测试平台,并利用该平台进行了系列化的模拟测试。测试结果表明:煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术能够满足煤矿井下轮式巡检机器人的自主行走功能需求,定位精度良好。     

煤矿井下区域协同控制分站的设计

设计了一种煤矿井下区域协同控制分站,该分站基于高性能STM32系列MCU实现,具有丰富的总线、网络接口,可实现传感器、读卡器、广播终端等系统数据接入、上传,在紧急情况下实现本地控制输出的同时,通过驱动人员定位读卡器、应急广播终端等设备,通过声音、图像等方式多维度的指挥人员撤离危险区域,阻止事态进一步恶化。     

煤矿监测监控系统应急联动功能

煤矿监测监控系统在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下,可自动与应急广播、通信、人员定位等系统应急联动,发出瓦斯超限、瓦斯突出预警、火灾预警后,根据危险等级控制矿井断电,通过井下应急广播系统通知危险区域人员撤离,通过人员定位双向通信功能,直接通知危险区域人员进行撤离。该系统能提升矿井安全系数,为作业人员提供安全保障。     

煤矿井下定位导航技术研究进展

煤矿井下为完全封闭空间,面临着复杂的电磁环境,也没有卫星导航信号辅助实现设备和人员的定位,导航难度很大。基于《煤炭行业绿色矿山建设规范》中建设智能化矿山的基本要求,介绍了现有定位导航技术并进行对比,分析了地下定位导航策略的组合类型,回顾了地下定位导航滤波和位置估计算法的最新研究成果,最后提出和展望了井下设备自主定位与导航技术及相关算法的发展方向。     

煤矿应急通信保障系统的研究与应用

针对现有的煤矿通信系统相对独立,自成体系,又缺乏统一的调度指挥等问题,提出了一套集煤矿有线、无线相结合的应急通信保障系统。其软件集成平台能够与矿井人员定位系统无缝链接,并且基于VOIP技术研发了多款与不同通信系统互联的语音网关产品以及数字型全双工扩音电话,能够实现矿井通信全覆盖,发生灾难紧急情况具有一键通功能,1 min之内可快速通知井下所有矿工安全撤离。该系统经煤矿井下实际测试表明,系统在应急通信中具有安全可靠的功能,满足了设计要求。     

井下人员定位跟踪检测系统的研究

基于对RFID技术与ZigBee技术的分析和比较,设计了一种新型煤矿井下人员定位跟踪检测系统。阐述了ZigBee技术的特点及其在煤矿井下的应用;重点介绍了井下人员定位网络的组成、结构和目标节点的定位过程。该系统可进一步提高矿井管理的安全性,便于矿领导、调度室和安监人员及时了解有关人员下井时间及分布情况。     

基于CAN总线的煤矿综合监控系统设计与实现

为保证煤矿安全生产,采用基于CAN总线的煤矿综合监控系统,设计了集井下环境参数探测、人员考勤和定位等一体化的新型智能监控系统。     

煤矿井下人员智能化平台研究

本文设计了煤矿井下人员智能化平台,通过在原有安全帽上安装矿用头戴式可拆卸智能设备使其成为多功能智能头盔,为人员提供导航、环境信息展示、信息推送、语音通话以及视频等功能。通过该平台使井下人员加入到矿山物联网中,为井下人员提供安全保障。     

基于无线网络技术的矿井人员定位系统研究与应用

我国越来越关注矿井安全问题,井下人员定位系统是保障人员安全的重要措施和保障。在简要介绍基于RSSI的人员定位基本原理的基础上,阐述了传统RSSI定位原理的缺陷,并提出了优化改进措施。设计研究了基于ZigBee无线网络技术的矿井人员定位系统。系统整体上可以分为两部分,分别为地面的监控调度中心和井下的人员定位中心。井下的子系统基于ZigBee无线网络实现数据传输,定位分站与地面监控调度中心之间通过光纤网络实现数据信息传输。详细介绍了系统的硬件选型和软件设计,并将设计的定位系统应用到了煤矿工作实践中,经测试发现系统定位精度比较高、运行稳定,能够为煤矿企业创造良好的安全效益。     

矿井人员定位系统的设计开发与实现

煤矿安全最重要的是保证矿工生命的安全,煤矿安全管理最重要的也是对矿工安全的管理,其中对矿工在井下的工作位置进行准确监测是保证矿工安全的基本前提。应用矿井人员定位系统能够实现对矿工在井下位置的准确监测。     

煤矿井下紧急避险系统建设模式探讨

在分析我国煤矿井下安全开采状况,可能发生的灾害事故类型及特点、人员分布、避险需求等因素的基础上,探讨煤矿井下紧急避险系统的设计原则,确定避险设施的类型,设计建设了＂永久避难硐室﹢临时避难硐室﹢过渡站＋安全绳＂的井下硐室紧急避险系统。该系统具有投资少,安全可靠,适合于我国煤矿井下作业人员多等特点,满足突发紧急情况下矿工安全避险需要。     

基于ZigBee的煤矿安全监测及定位系统设计

在分析传统煤矿井下安全监测和人员定位的基础上,提出了基于ZigBee的煤矿安全监测及人员定位于一体的系统设计方案。设计了系统体系结构,并详细设计了节点的软硬件。系统通过安装在节点上的传感器采集井下环境数据,采用基于固定节点间距离的校正模型进行人员定位,并将采集的信息通过以太网传输到井上监控主机,实现对井下环境和人员位置的实时监控,对煤矿安全监测和事故抢救具有重大意义。     

煤矿井下机器人钻臂智能控制研究

煤矿井下作业环境复杂且恶劣,经常发生危险状况,严重威胁到作业人员的人身安全及健康,通过引入机器人替代人工钻孔,能够在一定程度上减少煤矿井下事故,确保煤矿井下生产的安全性。介绍电液比例控制系统模型构建方案,对机器人多关节间的耦合及补偿进行阐述,最后对神经网络控制进行分析。     

煤矿井下目标定位的研究现状与展望

本文总结了近年来提出的iBeacon井下定位技术、卡尔曼滤波UWB井下动态定位技术、WMSNs视频矿灯定位技术、TWR和SDS-TWR定位方法、异步测时煤矿井下人员定位技术、多传感器信息融合煤矿井下人员定位方法、GRPM煤矿井下人员定位技术、基于改进UWB算法的井下定位以及捷联惯性导航定位技术等井下目标定位技术与方法,并从受巷道及其支护和巷道中导体及障碍物影响大小、是否需要基站/移动终端和参考站之间时钟同步、是否需要参考站之间时钟同步、受基站/移动终端和参考站时钟频率偏移影响大小、基站/移动终端成本、参考站成本和定位精度等方面综合评定各种定位技术的优势和局限性。研发新型组合型井下精密定位系统,使得传输信号不受井下巷道环境影响、无需时钟同步、定位设备复杂度小、基站和参考站建设成本低、定位精度高、定位导航可视化,是实现井下实时位置服务、为井下目标管理提供精准控制以及煤矿智能化开采走向成熟阶段的重要环节。     

一种基于CAN总线的局部风机监控系统

局部风机是煤矿企业生产过程中的重要生产工具,局部风机的故障会引起瓦斯积聚等,当瓦斯的体积分数上升,会引起爆炸或火灾,严重时还会引起人身安全事故。文章设计了一种基于CAN总线的局部风机监控系统,实现了对矿井瓦斯、矿井局部通风机的状态监控,确保了煤矿井下的安全,同时与煤矿企业的其它信息系统集成,实现了煤矿企业的信息化。     

井下人员定位系统电子标签与读卡器的设计

为实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和实时监测监控,设计了一种基于NRF24E1芯片和W77E58处理器单片机的井下人员定位系统,介绍了定位系统的电子标签和读卡器的软、硬件设计,给出了读卡器的整体及各个模块的设计方案。