CN105416259A - 基于视频识别无人驾驶电机车行车控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，包括行车控制器以及外部设备，其特征在于：所述行车控制器是用于控制机车运行的计算机设备，包括路况分析器、车载控制器、车载通讯设备、以及输入通道和输出通道；所述外部设备包括变频控制柜、传感器以及相关设备，所述传感器通过输入通道向行车控制器传输信息，所述行车控制器则通过输出通道向变频控制柜传输控制指令进而控制机车以及相关设备。通过该控制***，使得机车在行进过程中能够实时动态接入井下移动网络，同地面机车运行服务器通信上传并存储前方视频图像和机车状态信息、下发调度指令，实现了井下电机车的无人驾驶。本发明具有安全性、可靠性的特点。

Description

基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***

技术领域

本发明涉及一种井下电机车的改造，尤其是涉及一种基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***。

背景技术

无人驾驶是一种利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知获得道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶的技术。在矿井生产中将无人驾驶技术应用到传统运输电机车上，可以有效减少井下人员事故发生、提高矿区工作效率。

目前欧洲少数国家的少数大型矿山已经采用无人驾驶电机车技术，然而在世界范围内不超过五家，对于亚洲而言，还未有无人驾驶电机车真正完全投入使用。我国绝大多数矿井下所使用的运输设备都需要人工驾驶，工作条件恶劣，安全保障和运输效率都受到较大的限制。在2011年5月，中国恩菲工程技术有限公司与铜陵有色金属集团冬瓜山铜矿联合，在冬瓜山铜矿进行的无人驾驶电机车实地试验成功。但是该恩菲公司推出的无人驾驶电机车还存在不足，如：由于该电机车是在接收调度指令后，按照设定好的程序自动运行，井上工作人员不能实时观查电机车运行时的路况，并且该电机车不能自动识别路况，所以该电机车并不能及时处理在行进过程中遇到障碍物等特殊情况。

由于井下视频图像监视具有照度低、矿尘大、喷雾影响大、机械振动大、电磁干扰严重、TCP/IP光纤远距离传输、电气防爆等特点，所以应进行矿用机器视觉研究。机器视觉即用机器代替人眼和大脑进行测量和判断。随着机器视觉技术的发展、矿用高清摄像机和万兆以太网等在矿井下的应用，矿用机器视觉将成为矿井信息化和自动化研究热点。

所以，针对以上无人驾驶电机车已存在的问题，在电机车上安装车载摄像头，实时观测并采集路况，运用矿用机器视觉进行路况分析，从而保证电机车在行进途中遇到障碍物能及时给出响应，并做出相应的处理，提高行车安全性。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足，通过对传统电机车的改造，提供一种基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，从而设计出基于视频识别无人驾驶电机车，该电机车对于架电式、蓄电池式两种类型均适用。本发明提出的基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***通过路况分析器、车载控制器、车载通讯设备，以及输入通道和输出通道以及外部设备，不仅使电机车可以与地面机车运行服务器实时通信，接收调度指令安排，上传并存储井下视频图像便于后期数据分析，而且还可以采用视频识别技术，自动分析行进路况，识别障碍物，并及时给出安全响应。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，包括行车控制器以及外部设备，其特征在于：所述行车控制器是用于控制机车运行的计算机设备，包括路况分析器、车载控制器、车载通讯设备、以及输入通道和输出通道；

所述路况分析器是运用图像识别技术分析行车视频图像，判断前方障碍信息的设备；

所述车载控制器是根据机车运行状态信息、位置信息，预存运行参数以及所述路况分析器分析的结果，并依据调度指令，控制机车运行的设备；所述调度指令是指机车运行服务器发来的机车自主运行的启停指令；所述机车运行服务器是指控制井下机车整体运行的服务器；

所述车载通讯设备通过轨旁AP实现车载设备的无线移动网络接入；所述轨旁AP是指间隔安装在巷道壁的基站；

所述外部设备包括变频控制柜、传感器以及相关设备，所述传感器通过输入通道向行车控制器传输信息，所述行车控制器则通过输出通道向变频控制柜传输控制指令进而控制机车以及相关设备。

所述外部设备如下：

2.1、车载摄像头，所述车载摄像头安装于机车顶部，前后各两个，用来采集机车前方视频图像；

2.2、定标传感器，所述定标传感器安装于机车顶部，用来接收巷道顶部安装在信号灯内的定标发射器发出的红外编码信号；所述红外编码信号是指定标点在巷道内的坐标信息，是确定机车具***置的参考点；

2.3、车速传感器，所述车速传感器安装于机车车轮外侧，用于采集脉冲数，计算行车速度以及所在位置；

2.4、震动传感器，所述震动传感器安装在车载摄像头上，用于监测摄像头的震动加速度信号并传送给路况分析器处理；

2.5、电机，所述电机是控制机车行进的三相异步交流电机；

2.6、喇叭，所述喇叭是起警示作用的装置；

2.7、车灯，所述车灯用于行车照明，分为前、后车灯；前后车灯结构相同，由红光、白光两组LED组成，行进方向亮白光，反方向亮红光，驻车时双向都亮红光；

2.8、驻车装置，所述车装置是以双向转动完成驻车锁定和释放动作的电动推杆，防止机车在断电时溜车移动，并在急刹时起辅助制动作用；

2.9、驻车传感器，所述驻车传感器用于检测电动驻车推杆动作是否到位；

2.10、变频控制柜：所述变频控制柜安装在机车驾驶室内，一方面通过Modbus通讯模块同行车控制器通讯，上传机车状态信息、下发机车控制指令；另一方面将收到的机车控制指令转换成各种驱动信号驱动电机、喇叭、车灯以及驻车装置的运行。

所述路况分析器的工作过程如下：

3.1、所述路况分析器接收车载摄像头采集的前方路况模拟视频信号；

3.2、所述路况分析器接收震动传感器采集的摄像头震动信号，对视频图像进行软件消抖，提高图像采集质量；

3.3、将3.1中获取的模拟视频信号运用机器视觉技术分析处理，得出前方轨道路面的路况信息；

3.4、将3.3中获得的路况信息，定时发送至车载控制器。

所述车载控制器的工作过程如下：

4.1、所述车载控制器从定标传感器获取定标点信息；

4.2、所述车载控制器从车速传感器获取脉冲数，计算行车速度以及所在位置；所述所在位置是指机车离定标点的距离；

4.3、所述车载控制器从变频控制柜获取机车运行状态信息；所述运行状态信息是包括牵引电机、喇叭、车灯、驻车装置的状态；

4.4、所述车载控制器通过所述车载通讯设备接收调度指令；所述调度指令是指机车运行服务器发来的机车自主运行的启停指令；

4.5、通过路况分析器获取路况信息；

4.6、根据4.1、4.2、4.3、4.4获取的信息，再结合预存运行参数进行综合分析、判断，生成机车控制指令；所述预存运行参数是指机车自主运行时预先设置的行车参数；

4.7、将4.6的机车控制指令通过输出通道发送给变频控制柜，控制机车的运行；

4.8、将机车运行状况通过网络上报给机车运行服务器。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明将传统电机车进行改造，装有基于视频识别无人驾驶电机车行车控制器及相关外部设备的控制***，使得机车在行进过程中能够实时动态接入井下移动网络，同地面机车运行服务器通信上传并存储前方视频图像和机车状态信息、下发调度指令；同时根据行进前方的模拟视频图像，采用机器视觉识别技术，自动分析前方路况，并及时给出安全响应，进而实现了井下电机车的无人驾驶。本发明中的电机车以大容量电池组或架线直流电供电，可自动承担原煤、矿料运输任务，循环往复运行于装载区与卸载区之间的轨道大巷环境，在运行过程中遇到障碍物会自动刹车并鸣笛。该发明减少井下工作人员数量的同时提高了井下运输的安全性、可靠性，以及运输效率。

附图说明

图1为本发明所涉及的基于视频识别无人驾驶电机车行车控制器结构示意图；

图2为本发明所涉及的基于视频识别无人驾驶电机车结构示意图；

图3为本发明所涉及的基于视频识别无人驾驶电机车行车控制器工作流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述：

如图1和图2所示，基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，包括行车控制器以及外部设备，其特征在于：所述行车控制器是用于控制机车运行的计算机设备，包括路况分析器、车载控制器、车载通讯设备、以及输入通道和输出通道；

所述路况分析器是运用图像识别技术分析行车视频图像，判断前方障碍信息的设备；

所述车载控制器是根据机车运行状态信息、位置信息，预存运行参数以及所述路况分析器分析的结果，并依据调度指令，控制机车运行的设备；所述调度指令是指机车运行服务器发来的机车自主运行的启停指令；所述机车运行服务器是指控制井下机车整体运行的服务器；

所述车载通讯设备通过轨旁AP实现车载设备的无线移动网络接入；所述轨旁AP是指间隔安装在巷道壁的基站；

所述外部设备包括变频控制柜、传感器以及相关设备，所述相关设备通过输入通道向行车控制器传输信息，所述行车控制器则通过输出通道向变频控制柜传输控制指令进而控制机车以及相关设备。

所述外部设备如下：

2.1、车载摄像头，所述车载摄像头安装于机车顶部，前后各两个，用来采集机车前方视频图像；

2.2、定标传感器，所述定标传感器安装于机车顶部，用来接收巷道顶部安装在信号灯内的定标发射器发出的红外编码信号；所述红外编码信号是指定标点在巷道内的坐标信息，是确定机车具***置的参考点；

2.3、车速传感器，所述车速传感器安装于机车车轮外侧，用于采集脉冲数，计算行车速度以及所在位置；

2.4、震动传感器，所述震动传感器安装在车载摄像头上，用于监测摄像头的震动加速度信号并传送给路况分析器处理；

2.5、电机，所述电机是控制机车行进的三相异步交流电机；

2.6、喇叭，所述喇叭是起警示作用的装置；

2.7、车灯，所述车灯用于行车照明，分为前、后车灯；前后车灯结构相同，由红光、白光两组LED组成，行进方向亮白光，反方向亮红光，驻车时双向都亮红光；

2.8、驻车装置，所述车装置是以双向转动完成驻车锁定和释放动作的电动推杆，防止机车在断电时溜车移动，并在急刹时起辅助制动作用；

2.9、驻车传感器，所述驻车传感器用于检测电动驻车推杆动作是否到位；

2.10、变频控制柜：所述变频控制柜安装在机车驾驶室内，一方面通过Modbus通讯模块同行车控制器通讯，上传机车状态信息、下发机车控制指令；另一方面将收到的机车控制指令转换成各种驱动信号驱动电机、喇叭、车灯以及驻车装置的运行。

所述路况分析器的工作过程如下：

3.1、所述路况分析器接收车载摄像头采集的前方路况模拟视频信号；

3.2、所述路况分析器接收震动传感器采集的摄像头震动信号，对视频图像进行软件消抖，提高图像采集质量；

3.3、将3.1中获取的模拟视频信号运用机器视觉技术分析处理，得出前方轨道路面的路况信息；

3.4、将3.3中获得的路况信息，定时发送至车载控制器。

所述车载控制器的工作过程如下：

4.1、所述车载控制器从定标传感器获取定标点信息；

4.2、所述车载控制器从车速传感器获取脉冲数，计算行车速度以及所在位置；所述所在位置是指机车离定标点的距离；

4.3、所述车载控制器从变频控制柜获取机车运行状态信息；所述运行状态信息是包括牵引电机、喇叭、车灯、驻车装置的状态；

4.4、所述车载控制器通过所述车载通讯设备接收调度指令；所述调度指令是指机车运行服务器发来的机车自主运行的启停指令；

4.5、通过路况分析器获取路况信息；

4.6、根据4.1、4.2、4.3、4.4获取的信息，再结合预存运行参数进行综合分析、判断，生成机车控制指令；所述预存运行参数是指机车自主运行时预先设置的行车参数；

4.7、将4.6的机车控制指令通过输出通道发送给变频控制柜，控制机车的运行；

4.8、将机车运行状况通过网络上报给机车运行服务器。

本控制***的工作流程如图3所示：

a、只需在地面运输调度中心配备调度人员，通过调度***下达调度指令。

b、机车在装车区将矿料装车后，进入自主驾驶模式。

c、正常情况下，机车按照预存参数行驶，根据定位装置获取机车位置信息，在某些路段加速或减速。

d、机车在行进过程中，通过视频图像识别，不断检测前方路况信息，一旦检测到障碍则开始制动处理，直到故障解除则重新按照预存参数行驶。

Claims (4)

1.基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，包括行车控制器以及外部设备，其特征在于：所述行车控制器是用于控制机车运行的计算机设备，包括路况分析器、车载控制器、车载通讯设备、以及输入通道和输出通道；

所述路况分析器是运用图像识别技术分析行车视频图像，判断前方障碍信息的设备；

所述车载控制器是根据机车运行状态信息、位置信息，预存运行参数以及所述路况分析器分析的结果，并依据调度指令，控制机车运行的设备；所述调度指令是指机车运行服务器发来的机车自主运行的启停指令；所述机车运行服务器是指控制井下机车整体运行的服务器；

所述车载通讯设备通过轨旁AP实现车载设备的无线移动网络接入；所述轨旁AP是指间隔安装在巷道壁的基站；

所述外部设备包括变频控制柜、传感器以及相关设备，所述传感器通过输入通道向行车控制器传输信息，所述行车控制器则通过输出通道向变频控制柜传输控制指令进而控制机车以及相关设备。

2.根据权利要求1所述的基于视频识别无人驾驶电机车行车控制器，其特征在于：所述外部设备如下：

2.1、车载摄像头，所述车载摄像头安装于机车顶部，前后各两个，用来采集机车前方视频图像；

2.2、定标传感器，所述定标传感器安装于机车顶部，用来接收巷道顶部安装在信号灯内的定标发射器发出的红外编码信号；所述红外编码信号是指定标点在巷道内的坐标信息，是确定机车具***置的参考点；

2.3、车速传感器，所述车速传感器安装于机车车轮外侧，用于采集脉冲数，计算行车速度以及所在位置；

2.4、震动传感器，所述震动传感器安装在车载摄像头上，用于监测摄像头的震动加速度信号并传送给路况分析器处理；

2.5、电机，所述电机是控制机车行进的三相异步交流电机；

2.6、喇叭，所述喇叭是起警示作用的装置；

2.7、车灯，所述车灯用于行车照明，分为前、后车灯；前后车灯结构相同，由红光、白光两组LED组成，行进方向亮白光，反方向亮红光，驻车时双向都亮红光；

2.8、驻车装置，所述车装置是以双向转动完成驻车锁定和释放动作的电动推杆，防止机车在断电时溜车移动，并在急刹时起辅助制动作用；

2.9、驻车传感器，所述驻车传感器用于检测电动驻车推杆动作是否到位；

2.10、变频控制柜：所述变频控制柜安装在机车驾驶室内，一方面通过Modbus通讯模块同行车控制器通讯，上传机车状态信息、下发机车控制指令；另一方面将收到的机车控制指令转换成各种驱动信号驱动电机、喇叭、车灯以及驻车装置的运行。

3.根据权利要求2所述的基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，其特征在于：所述路况分析器的工作过程如下：

3.1、所述路况分析器接收车载摄像头采集的前方路况模拟视频信号；

3.2、所述路况分析器接收震动传感器采集的摄像头震动信号，对视频图像进行软件消抖，提高图像采集质量；

3.3、将3.1中获取的模拟视频信号运用机器视觉技术分析处理，得出前方轨道路面的路况信息；

3.4、将3.3中获得的路况信息，定时发送至车载控制器。

4.根据权利要求2所述的基于视频识别无人驾驶电机车行车控制***，其特征在于：所述车载控制器的工作过程如下：

4.1、所述车载控制器从定标传感器获取定标点信息；

4.2、所述车载控制器从车速传感器获取脉冲数，计算行车速度以及所在位置；所述所在位置是指机车离定标点的距离；

4.3、所述车载控制器从变频控制柜获取机车运行状态信息；所述运行状态信息是包括牵引电机、喇叭、车灯、驻车装置的状态；

4.4、所述车载控制器通过所述车载通讯设备接收调度指令；所述调度指令是指机车运行服务器发来的机车自主运行的启停指令；

4.5、通过路况分析器获取路况信息；

4.6、根据4.1、4.2、4.3、4.4获取的信息，再结合预存运行参数进行综合分析、判断，生成机车控制指令；所述预存运行参数是指机车自主运行时预先设置的行车参数；

4.7、将4.6的机车控制指令通过输出通道发送给变频控制柜，控制机车的运行；

4.8、将机车运行状况通过网络上报给机车运行服务器。