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《工矿自动化》2022年度优秀论文

来源：工矿自动化

《工矿自动化》编辑部综合考虑论文的创新性（审稿专家评审意见）、规范性（责任编辑推荐）和读者关注度（中国知网被引频次和下载量），从2022年度发表的240篇论文中评选出30篇优秀论文，名单如下，以发表先后顺序排列。

行业视野: 工矿自动化
类别; 199个
关键词; 119位
专家; 30篇
论文; 8426IP
点击量; 12177次
下载量

基于UWB的井下人员定位算法研究

作者(Author)：贺磊, 魏明生, 仇欣宇, 唐守锋, 李文帅, 张旭

摘要：针对井下高实时性、高精度的人员定位需求，研究了基于超宽带（UWB）的井下人员定位算法。采用双边双向测距（DS-TWR）方式测量定位基站与定位标签的距离，该方式不需要定位基站与定位标签系统时钟同步，从源头上提高了定位精度。根据测距信息，采用加权最小二乘（WLS）算法和CHAN两种位置解算算法估算定位标签的坐标，通过静态实验和动态实验对2种算法的性能进行对比分析，并通过均方根误差和误差累计分布函数（CDF）综合评估定位精度。实验结果表明：静态实验时，CHAN算法和WLS算法的均方根误差分别为5.878 6,8.007 4 cm,CHAN算法的均方根误差比WLS算法低26.59%；动态实验时，CHAN算法和WLS算法的均方根误差分别为12.292 3,21.180 9 cm,CHAN算法的均方根误差比WLS算法低41.97%;CHAN算法的定位精度高于WLS算法，更加适用于煤矿井下人员定位。

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2022年第06期

241

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煤矿井下无轨胶轮车无人驾驶系统研究

作者(Author)：周李兵

摘要：煤矿井下无轨胶轮车无人驾驶可大幅减少井下辅助运输作业人员数量，降低人员劳动强度，是辅助运输智能化的主要发展方向之一。相较于地面汽车无人驾驶，煤矿井下无轨胶轮车无人驾驶存在一系列新的挑战：井下巷道“长廊效应”、“多径效应”干扰；狭窄场景内人车混行等复杂路况对车辆精准控制的高要求；井下卫星拒止环境带来的定位问题；井下光照多变且巷道壁阻挡影响机器视觉的应用；设备需满足MA认证；安全措施需多重冗余设计等。针对上述挑战，提出了以车联网为核心的煤矿井下无轨胶轮车无人驾驶系统架构，分析了系统实现的关键技术：利用基于激光同步定位与建图（SLAM）和超宽带（UWB）/惯性导航系统（INS）的组合定位方式，实现车辆高速移动状态下的精确定位；依托车身多传感器（毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、摄像头）、矿用智能路侧单元等识别车身周边路况信息，并通过车联网共享相关信息；利用多源数据采集技术获得环境感知数据、车辆运行数据、路侧监控数据、移动目标数据，海量数据经5G等无线通信网络交互至基于边缘计算的分布式算力单元融合分析后，结合全局和局部路径规划算法合理规划车辆行驶路径，实现仓库管理系统化的车辆智能调度；考虑到井下机电设备安全准入要求，感知、线控、决策控制装备需实现矿用化设计且应尽量采用矿用本安型产品，以满足成本低、体积小、效率高的设计需求；井下无人驾驶车辆需实现感知、决策与控制环节的冗余设计，以实现非正常状况下车辆的安全可靠控制。现场测试结果表明：车辆定位精度可达0.3 m，通信带宽≥50 Mbit/s，数据通信时延≤50 ms，定位精度和数据交互满足井下无人驾驶基本需求；针对T形支巷及U型弯道等典型环境可实现避障及连续路径规划；基于多传感器融合策略，可实现多种目标感知能力提升；车辆动态跟随误差<0.54 m/s，垂直于巷道壁方向平均控制误差<0.2 m，满足无人驾驶车辆的控制要求。

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工矿自动化

2022年第06期

264

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煤矿井下网联式自动驾驶技术研究

作者(Author)：李晨鑫, 张立亚

摘要：通过分析地面常规自动驾驶智能化和网联化技术发展现状及技术特点，结合煤矿井下无GNSS（全球卫星导航系统）信号覆盖、巷道照度低、遮挡物与障碍物较多、煤尘粉尘普遍存在的环境特点，提出了煤矿井下开展自动驾驶研究的关键技术，即无GNSS的移动高精定位技术、激光雷达技术、基于毫米波雷达的井下障碍物检测技术、井下低照度视频实时增强和特征匹配技术、井下环境高精地图技术、井下自动驾驶车辆决策规划技术、井下自动驾驶车辆控制执行技术、井下5G通信技术、C-V2X直连通信技术等；指出煤矿井下开展自动驾驶应用具有少人化/无人化需求显著、运营管理主体明确、场景封闭、路线固定、车速较慢、渗透率可控、5G建设基础较好、接口易开放等优势。构建了包括井下自动驾驶车辆、巷道基础设施、人员、煤矿云/边缘计算平台及煤矿自动驾驶应用服务平台的“人-车-巷-云”煤矿井下网联式自动驾驶系统参考架构，设计了包括感知定位系统、网联协同系统、车载操作系统、车辆基础组件的煤矿自动驾驶车辆架构，提出煤矿井下网联式自动驾驶演进将经历3个阶段：第1阶段为远程自动驾驶，实现车辆驾驶人员从井下到井上的转移；第2阶段为具有紧急接管边界的车辆自动驾驶，以车辆自动驾驶为主，将远程紧急接管作为安全保障手段；第3阶段为“人-车-巷-云”协同控制，井下自动驾驶车辆安全高效自主运行，实现高度无人化智能运输。

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2022年第06期

220

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5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中的应用

作者(Author)：顾义东

摘要：针对掘进工作面运输系统通信网络存在的接入能力不足、传输可靠性低、传输带宽不足等问题，探讨了5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中应用的必要性和可行性：经过优化设计的矿用5G系统性能指标达到预期，完全能够满足当前煤矿智能化建设对无线通信系统的需求；矿用5G通信模组、5G客户终端设备（CPE）为掘进工作面各类设备及传感器接入5G网络提供了设备支持。介绍了5G设备的矿用化改造重点解决的问题：建立了矿用5G网络架构，以满足井下5G信号覆盖需求；针对5G设备功耗大的问题，对其结构进行了优化设计，并设计了散热装置；解决了5G基站多路射频输出与天线增益叠加后射频功率超标的问题。给出了掘进工作面运输系统5G网络架构及功能，借助5G网络大带宽、低时延、高可靠、广接入的特性，可实现掘进工作面运输系统各类传感设备的统一接入、各环节的高清视频监控、远程集中控制。

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2022年第06期

230

208
智能选矸机器人关键技术研究

作者(Author)：张袁浩, 潘祥生, 陈晓晶, 霍振龙, 任书文, 季亮

摘要：介绍了智能选矸机器人应用与研究现状，指出目前智能选矸机器人主要基于X射线和图像识别原理，利用高压气动分拣和桁架机器人抓取进行煤矸分离；智能选矸机器人分拣执行机构主要有桁架式、并联式、串联式等类型，响应速度快，常常以“拨”和“抓”的形式分离矸石；在胶带运输过程中，智能选矸机器人“拨”需要考虑不同矸石尺寸的兼容性及运动路径的优化，“抓”需考虑机械手的作业空间及机器人的承载能力。分析了智能选矸机器人在现场复杂环境中有效实现矸石分拣的基于深度学习的煤矸识别、面向非结构多约束环境的选矸机械臂运动规划、基于力反馈的机械臂主动柔顺控制、多臂协作分拣任务分配策略及控制等关键技术，并指出基于深度学习的煤矸识别技术作为选矸机器人的关键技术之一，仍需在煤矸数据集高效构建方法、煤矸识别算法的泛化性提升及实时性优化等方面进行进一步研究。结合现场应用和机器人智能化发展需求，指出了智能选矸机器人今后的研究方向：针对现场复杂环境进行技术改进，提高煤矸识别算法的鲁棒性和自适应性；适应复杂环境的智能感知和控制技术及矸石高精度三维位姿估算技术的研究；基于力位混合控制的选矸机器人智能拣矸技术研发；智能选矸机器人井下选矸技术探究。

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2022年第06期

259

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煤矿辅助运输系统智能化现状分析及框架设计研究

作者(Author)：常凯, 刘志更, 袁晓明, 李媛

摘要：介绍了国内外露天煤矿和井工煤矿辅助运输智能化技术发展和应用现状：露天煤矿的智能辅助运输系统已经实现了矿用卡车在固定路段内的无人驾驶、自动装载、自动卸载、主动避障、智能调度等功能，工程实践也取得了不错的应用效果；井工煤矿辅助运输智能化目前还处于装备的单机智能化发展阶段，尚未形成集车辆调度、运行状态监测、交通指挥、物资管控等功能于一体的辅助运输智能化系统。重点分析了井工煤矿智能辅助运输系统存在的主要问题：井下定位系统精度低和实时性较差、调度系统功能缺乏有效融合、驾驶辅助系统模块不健全、无人驾驶技术滞后和缺乏试验条件等。基于《煤矿智能化建设指南（2021年版）》中关于智能辅助运输部分的相关要求，提出了辅助运输系统智能化建设的总体目标，根据总体目标设计了煤矿辅助运输系统智能化框架：（1）物资编码和物资集装化运输，实现物资从仓储、编码、装车、运输、卸车到回收过程的全流程信息化管控。（2）自动装卸和自动接驳，实现物资在轨道机车、单轨吊、无轨等不同辅助运输方式之间的自动转运和接驳。（3）精准定位和智能导航，实现人员及运输设备的精准实时定位、路线规划和实时导航。（4）车辆智能调度，实现辅助运输综合信息展示、数据传输、状态监测、调度指挥和健康管理等功能。（5）驾驶辅助系统，建设防疲劳驾驶预警、360°全景环视监控、预防撞、交通标志识别、下坡行车辅助制动、自适应照明等智能化子系统，提高机车运行的安全性。（6）辅助作业机器人替代，实现井下辅助作业场景的机器人自动化作业，减少用工数量，提高辅助作业整体自动化水平。（7）无人驾驶，实现机车在矿井下的无人驾驶常态化运行。该研究可为智能辅助运输系统的建设和发展提供借鉴。

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工矿自动化

2022年第06期

287

288
我国露天矿智能运输技术现状及发展趋势

作者(Author)：王忠鑫, 辛凤阳, 陈洪亮, 宋波, 田凤亮, 曾祥玉, 白怡明

摘要：运输环节作为露天矿生产工艺的最重要因素之一，其智能化是矿山整体智能化技术的重要研究内容。介绍了露天矿运输系统的构成及分类；明确了露天矿智能运输系统是以露天矿煤岩高效运输为应用场景，以智能化运输装备为核心载体，将物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联等数字技术与露天矿运输系统运行原理和工艺要求深度融合，建立运输系统内设备、环境、物料的自主协同高效运行体系，进而建立起大范围内发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统，其构成要素主要包括基础设施、运输工具和运算技术。指出露天矿传统运输系统与智能运输系统的区别在于智能运输系统以提高现场生产作业安全和效率为目标，服务对象由原来的生产管理人员转变为生产作业人员。从基础设施智能化、装备智能化、管控智能化、维保智能化和设计智能化5个方面，综述了我国露天矿智能运输系统的研究和产品应用现状。分析了露天矿卡车运输系统和带式输送机运输系统实现智能化亟待突破的关键技术：卡车智能运输关键技术包括矿山复杂路况的环境感知技术、无人驾驶卡车线控改造技术、多目标智能调度技术、有人-无人混编设备群智能协同技术；带式输送机智能运输关键技术包括工作面带式输送机自主横移技术、自移式大倾角带式输送机运输技术、带式输送机运行控制技术、带式输送机状态在线检测技术、带式输送机智能巡检技术、带式输送机无人化维护技术、带式输送机运输系统智能管控平台。指出露天矿智能运输发展的趋势为连续化、无人化、低碳化、高效协同和本质安全。

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工矿自动化

2022年第06期

256

252
井工煤矿运输系统智能化技术现状及发展趋势

作者(Author)：陈晓晶

摘要：井工煤矿运输系统按运输对象不同可分为主运输系统和辅助运输系统。阐述了我国井工煤矿主运输系统和辅助运输系统底层装备和系统智能化技术现状，从顶层规划和标准体系、单机智能化等方面分析了主运输系统和辅助运输系统智能化技术存在的问题。重点介绍了3种主运输系统智能化关键技术，包括基于全数字化的FCS（现场总线控制系统）分布式带式输送机通信控制技术、基于机器音视觉的多传感融合增强型带式输送机保护技术、煤流线协同经济运行控制技术，以及2种辅助运输系统智能化关键技术，包括基于工业互联网架构的煤矿井下辅助运输管控一体化技术、煤矿井下车联网及无人驾驶技术。结合《煤矿智能化建设指南（2021年版）》对智能主煤流运输系统和智能辅助运输系统的要求，从近期和中远期阐述了井工煤矿主运输系统和辅助运输系统智能化发展趋势及目标。提出现阶段我国井工煤矿主运输系统应重点研究基于机器音视觉多传感融合的带式输送机增强型保护和检测技术、智能巡检机器人技术等，辅助运输系统应重点研究精细化闭环管控和高级辅助驾驶技术。

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工矿自动化

2022年第06期

454

772

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