山西天地煤机揭示煤矿新能源车辆智能化关键技术

　　电动化、智能化、网联化将是煤矿无轨辅助运输未来的三大技术变革，利用信息、通讯、控制技术将车辆、路况、人员、物资紧密结合，最终实现智能互联，已是大势所趋。

　　为了解决目前煤矿无轨辅助运输行业安全隐患高、污染严重、资源利用率低等突出问题，同时提高煤矿运输效率和智能化程度，山西天地煤机赵远等科研人员提出了矿用智能互联新能源无轨辅助运输综合系统，相关成果以《煤矿新能源车辆智能化分析探讨》为题（点击查看）于8月5日在《煤炭科学技术》进行了网络首发。

一、矿用智能互联新能源无轨辅助运输系统平台介绍

　　矿用智能互联新能源无轨辅助运输系统平台主要包括新能源无轨辅助运输车辆调度系统和新能源无轨辅助运输车辆智能驾驶系统。

　　新能源无轨辅助运输车辆调度系统具有井下电子地图查看、运输车辆监控调度、井下警情处理、车辆数据查询以及车辆智能报表等功能，该系统基于巷道地理信息平台进行二次开发构建井下电子地图，通过5G实时定位技术，以及信标安放与位置识别，地面控制中心可通过监控软件管理终端方便地查询运输车辆当前位置及行驶状态。通过管理系统可以实现对车辆的任务调度，可以同时派遣不同的车辆到不同目的地。管理人员可以及时调度并管理派遣车辆，查看车辆是否完成任务。当车辆正常到达目的地时，管理系统会收到通知信息。

　　新能源无轨辅助运输车辆调度系统

　　新能源无轨辅助运输车辆智能驾驶系统主要实现车辆的路径感知，自动循迹，检测监控、主动安防及无线网络控制。

　　车载智能终端建设，将人员、车辆紧密结合在一起。远程监控车辆状态，确保车辆安全行驶。记录车辆运行、保养和维修等提醒信息，提高车辆利用率，感知车辆故障隐患，提高驾驶安全性。

　　智能驾驶根据运控中心下发的运营计划等信息，综合环境感知获得的安全防护信息，控制车辆状态，下发路径感知指令，识别虚拟路线，使车辆吻合运营路径实现自动循迹。

　　新能源无轨辅助运输车辆智能驾驶系统

　　路径感知技术利用电子地图、图像识别、激光检测、定位/导航等多维感知技术手段，对路径标识进行分离、检测、识别，然后提取路径特征点进行数据拟合，感知虚拟路线。通过巷道壁安防信标来感知外部环境信息，进行精确位置识别，应用转角传感器、陀螺仪、里程计进行姿态测量，对车辆进行路径规划，最终构建新能源车辆导航控制器实现远程智能控制，通过循迹控制使车辆能稳定地追踪感知到的路径，使得车辆沿感知的路径运行。

　　主动安防主要研究基于多传感器信息融合的车辆主动防碰撞控制系统，见图4，基于视频监控、图像和激光雷达、路面或路旁识别、定位导航技术等环境感知及定位获得的侵入防护、侧向防护以及系统完整性监督等安全防护信息，进行碰撞危险估计。对外实现安全警示，如声音驱逐报警等，对内实现车辆安全防护，如车辆偏离预警、防碰撞预警、周界视频监控以及超速防护等。

　　新能源无轨辅助运输车辆5G网络控制系统包括路口信号优先控制系统、移动路权系统、车载信号系统、虚拟进路控制系统。与车载信号系统通过车地短程5G通信方式通信，接收优先命令;向井下巷道交通信号控制机发送车辆优先通行请求;巷道交通信号控制机根据路口交通通行水平反馈优先处理结果;根据巷道交通信号控制机处理结果驱动专用表示器指示车辆行车;可以控制任务紧急的运输车辆优先通行，保证搬家倒面等运输工期，提高煤矿生产效率。

　　二、相关问题及前景展望

　　（一）车辆调度系统技术壁垒

　　车辆调度系统最核心的要求是要有精准的车辆定位技术，对巷道内车辆所处的位置进行有效地识别，从而使车辆所进行的运输工作得以实现，要求无线定位的测距有很强的精确性和实时性。在煤矿井下较窄的巷道内，由于存在较多的干扰因素，导致无线电磁波的传输信号出现衰退，对测距的精确性造成严重的影响。因此，在覆盖面积较大的区域，如何对多个车辆标识卡来进行准确的定位是目前开展研究的核心所在。

　　另外，如果要使矿井内部形成的数据等信息与地面调度中心形成较好的交互，就必须运用高效的5G技术来加以支撑。因此，如何将5G技术与车辆调度系统相结合也是研发的关键所在。

　　（二）智能驾驶系统技术壁垒

　　矿用智能驾驶所面临的首要问题是不同矿井在巷道的环境与设施方面存在的差异，包括巷道地形、巷道内部设备等各有不同。智能驾驶系统前期需要在各种煤矿井下进行测试，积累大量的数据。另外，某些特殊情况下，矿井工人会下井进行相关检修等操作，工人在巷道中的行为规律会不同，这就要求智能驾驶的外部传感器要对工人的行为做出及时准确的判断，从而避免事故的发生。这对外部传感器的精度及灵敏度提出了很高的技术要求。

　　目前我国智能驾驶技术还处在起步阶段，要想智能驾驶在辅助运输上有进一步的发展，那就一定要利用5G物联网技术来推动智能驾驶技术在矿用无轨辅助运输系统中的应用，因此必须加大对5G技术与智能驾驶技术相结合的研发。

　　（三）缺乏顶层设计

　　由于煤矿无轨辅助运输存在运输线路随工作地点的延伸(缩短)或迁移而经常变化，工作地点分散、运输线路复杂、运输环节多，待运物料品种繁多、形状各异等特点，加之煤矿自动化、信息化建设更关注于主运输环节，且国家层面对矿山智能化、矿山物联网等相关工作的推进近段时间才逐步展开。以上多因素导致目前煤矿无轨辅助运输管控顶层设计缺乏，子系统重复建设，底层设备间无法有效融合等问题。

　　（四）巨大发展潜力下的安全隐患

　　智能互联综合系统是无轨辅助运输装备与信息、通信等产业跨界融合的典型应用，被认为是全球煤矿行业创新热点和未来产业发展制高点。随着新能源无轨辅助运输装备智能化、网联化程度的加深，人们实现了对装备的更多控制，提高了煤矿生产运输效率，降低了运营成本，但随之而来的远程攻击、恶意控制甚至入网车辆被操控等安全隐患也日益明显，系统和网络一旦出现故障，会导致入网车辆大面积停运和秩序紊乱，造成煤矿生产和运输事故[18]。如何保障智能互联综合系统的安全，实现便捷性与安全性之间的矛盾成为装备和平台智能化发展的重要环节。

　　（五）相关标准体系

　　煤矿智能互联无轨辅助运输综合系统，目前虽有探索，但离真正的普及推广仍有一定距离，其中阻碍其进一步发展的原因除了关键技术外，标准体系是另一个关键因素。任何新兴事物在煤矿井下的提出和应用，必须迈过安全这道门槛，适用于煤矿井下的相关标准体系的出台和颁布，必须经过时间和实践的检验。在煤矿智能化标准体系方面，与煤矿智能化相关的国家或行业标准很少，公开发布了的仅有GB/T 51272-2018《煤炭工业智能化矿井设计标准》和GB/T 34679-2017《智慧矿山信息系统通用技术规范》。虽然已有一些矿业集团制定了本集团的智能化建设标准并以重点煤矿作为示范建成了智能化矿山、智慧矿山，但是由于我们国家各区域的煤田赋存条件差异较大，且各煤炭企业的管理模式也不尽相同，无法机械套用与借鉴。因此建立并健全煤矿智能互联新能源无轨辅助运输综合系统的相关标准体系是未来必须解决的问题。

　　（六）前景与展望

　　在智慧矿山和矿山物联网顶层架构下，以智能矿山基础信息平台和矿山物联网信息编码与信息交互标准规范作为技术支撑，形成煤矿井下智能无轨辅助运输管控一体化体系和架构。重点围绕车、人、物三要素通过自动化、信息化、智能化技术将整个无轨辅助运输管控业务流程打通，形成“三纵四横”关键技术体系，如图8所示。聚焦当前安全高效矿井以无轨胶轮车的运输工艺发展趋势，在沿线路侧端研发智能型区域控制单元及算法，在移动机车端研发L2级的煤矿ADAS辅助驾驶计算主机及算法，通过建设煤矿井下位置服务和5G无线通信的车联网络，最终形成减人提效、精准闭环的煤矿井下智能无轨辅助运输管控一体化解决方案并在典型煤矿进行应用示范，将是未来煤矿无轨辅助运输发展的宏伟蓝图和必然趋势。

　　 “三纵四横”关键技术体系