一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法与流程

1.本发明属于智能化井工煤矿辅助运输领域，具体涉及一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法。


背景技术：

2.煤矿辅助运输是煤矿日常生产经营的重要组成部分，除煤炭运输以外，人员、材料、设备、物资等都通过辅助运输系统进行运送，而煤炭辅助运输又分为有轨辅助运输和胶轮辅助运输，在实际应用过程中，后者所使用的比重远远超过前者，因而整个行业亟需解决煤矿胶轮辅助运输。
3.目前车辆自动驾驶是国内外公认的汽车智能化顶尖技术，其中自动驾驶主要包含环境感知系统、车辆定位系统、车辆决策系统以及车辆控制系统四大内容，作为车辆自动驾驶四大系统的定位系统，传统的技术是使用全球定位系统或北斗定位系统，但是这两种定位方式在特殊场地都不适用，比如地下车库、地下室、隧道等，况且井工煤矿条件比这些场景还要恶劣，因此常规定位方法根本满足不了井工煤矿的自动驾驶。


技术实现要素：

4.（一）解决的技术问题针对现有技术问题，本发明提供了一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，用来解决井工煤矿车辆自动驾驶定位为问题。
5.（二）技术方案为满足井工煤矿自动驾驶的车辆定位，本发明提供了一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，该方法中包含一辆具备自动驾驶线控功能的车辆、一个磁钉信号接收天线和数个带有标号的磁钉，解决井工煤矿井下无定位信号、定位信号弱、响应时间长、定位精度低和定位难等问题，实现低速车辆自动驾驶，将煤矿智能化向前推进一大步。
6.作为本发明的优选技术方法，所述井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，其原理是通过在井工煤矿巷道底部特定位置布置带有编号的磁钉，这些磁钉位置提前设计好，天线永久性地向其读数侧下方的区域发送具有其传输频率的能量场。磁钉是无源的，不需要内部电源。一旦接收开始发送内天线场天线读取接收的个人代码，并插值的位置接收的电磁场内的天线场。天线将此信息通过其接口转发给上级车辆控制。因此，车辆知道在天线下的哪一点接收是(y偏差)。此外，天线还输出接收前、接收在行进方向上的交叉和接收后的信息。从而达到车辆在井工煤矿巷道定位的目的。
7.作为本发明的优选技术方法，所述井工煤矿自动驾驶带编号磁钉，为无源感应磁钉，黑色圆柱形，其高度为50mm，直径为10mm，防尘防水，安装于巷道地面，磁钉端部在地面已下5mm处，避免车辆压坏，信号发射范围为200mm
‑
500mm，且磁钉与天线接收器无障碍物遮挡。
8.作为本发明的优选技术方法，所述井工煤矿自动驾驶磁钉接收天线，其外形尺寸
为600mm
×
250mm
×
120mm（长
×
宽
×
高），有效读取范围为500mm
×
175mm，天线维度为1.5，ip等级为65，过跨速度为3m/s，定位精度为
±
5mm，整体重量为10kg；接收天线可安装4颗m6螺钉，这些是从读数侧插入的，在安装侧有收缩内的天线外壳(约2厘米长)，螺钉头不滑过，螺丝头在这里固定牢固，然后可以从车侧固定螺丝。天线本身可以直接安装在金属上，在天线周围300毫米内，特别是在外壳周围，没有闭合回路。不允许金属表面接近50mm(基本天线连接电缆和特殊安装支柱除外)，为了优化接收系统的运行，在64
±
4 khz的频率范围内没有干扰信号是至关重要的(例如，截断的引擎等)，载流导线除天线本身的连接电缆必须足够远的天线(最低150毫米),这样他们的权力和频率不影响天线的太多,在空闲模式和电压低于50，在低于100，具有相同能量场频率的接收天线之间可能不会太靠近，因为拍频可以改变接收的能量供应。这可以观察到天线的能量消耗不是恒定的或通过不稳定的接收电压。hg g
‑
98810
‑
c天线试验表明，300 mm(纵向和横向)的间隙没有影响。如果两根天线之间的距离缩小到200mm，电压总和将减少高达6%。两根天线相距仅100mm时，总电压波动
±
5% ~
ꢀ‑
15%。将该接收天线安装于燃油料车前部，既保证了接收天线与磁钉的距离、无障碍物遮挡，又保障了车辆抖动波动大问题，提高磁寻迹定位的稳定性。
9.（三）显著效果与现有的定位技术相比，本发明提供了一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，具备以下显著效果：（1）该井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，将其他行业成熟技术运用至煤矿领域，想法具有创新新，成功将交叉学科知识落地运用；将磁钉安装于平整巷道，接收天线安装在自动驾驶车辆，保障接收信号的稳定性，同时也满足自动驾驶高精度、低延时、低功耗等要求。
10.（2）该井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，设计安装支架，高度可调节，安装与车头下部，新增一路can至系统私有can网络，新增一路24v供电线路，用于接收器供电，系统软件新增磁钉 can数据解析，算法数据处理是基于磁钉相对位置，定位系统进行磁钉位置解算，整体设计基于测试结论采用螺杆悬挂固定，避免常规支架方案的干扰，并且可以自由调节支架安装高度。
11.（3）该井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，主要硬件部署在自动驾驶车辆车头部分，设计既考虑到车辆的重量分配，又考虑到车辆美观；安装于车上，可以随时观察主要硬件的工作状态，便于管理者管理，也符合煤矿智能化思想，为煤矿智能化“添砖加瓦”，加快推进煤矿智能化。
附图说明
12.图1为本发明提出的一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法中的磁钉在井工煤矿巷道具体布置图；图2为本发明提出的一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法中的磁钉接收天线在自动驾驶车辆上的布置图；图3为本发明提出的一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法中的自动驾驶运行流程图；图4为本发明提出的一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法中的车辆在巷道中的
定位原理图。
具体实施方式
13.下面我将结合本发明中实施的附图，对本发明进行详细、完整的描述，显然，所叙述的仅仅是本发明的一部分，并不是本发明的全部内容。
14.请参阅图1
‑
图4，一种井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位方法，包括磁钉在井工煤矿巷道具体布置、磁钉接收天线在自动驾驶车辆上的布置、井工煤矿自动驾驶运行流程和车辆在巷道中的定位原理，各个硬件之间严格按照相关协议进行通讯，相互作用，共同实现井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位功能。
15.本方法实施过程中，磁钉在井工煤矿巷道具体布置说明，根据磁钉发射信号的范围及巷道实际情况，欲在巷道入口20m处、弯道处、弯道左右6m处、弯道左右30处以及终点处布置5排4磁钉和2排5磁钉方案，4磁钉排布方式具体形式为分两排，每排与巷道中心线交错排布，一个磁钉距巷道中心线24cm，另一个磁钉距巷道中心线72cm，两排相距52cm；5磁钉排布方式具体形式分为两排，第一排3磁钉，第二排2磁钉，第一排3磁钉与巷道中心线对称，距离为96cm，第二排2磁钉也与巷道中心线对称，距离为48cm，前后两排相距52cm；如此设计，既满足自动驾驶响应速度、定位精度、低延时，又满足不妨碍矿上生产的大原则。
16.本方案在实施过程中，磁钉接收天线在自动驾驶车辆上的布置的说明，将磁钉接收天线安装在燃油料车车头部分，该支架具有可调节高度设计，磁钉与接收天线之间无障碍物或金属干扰，磁钉接收天线在自动驾驶车辆上抖动不明显，保证磁钉接收天线的稳定性。
17.本方案在实施过程中，井工煤矿自动驾驶运行流程的说明，首先按照普通车辆一样启动，然后给顶层控制上电，等待五分钟，当车辆能够读取路线、初始化完成时，开始启动自动驾驶，当车辆自动驾驶进入井工煤矿巷道时，系统由gps定位自动切换至磁寻迹定位方式，通过磁钉检测车辆信息，通过相对换算，确定车辆位置，当磁钉所反馈给基站的数据异常，则会再次获取数据，直至数据正常时，自动驾驶控制系统对车辆方向、速度进行微调，直至达到终点；当车辆返程时，在车辆上按下返程按键，车辆进行返程工作。
18.本方案在实施过程中，井工煤矿自动驾驶磁寻迹定位原理的说明，首先确定好井口中心点的坐标，然后将磁钉相对于井口的坐标转换为统一坐标，此时车辆经过磁钉接收范围时，车辆与磁钉有个相对位置，该数据将反馈与车辆控制系统，若车辆路线有所偏差，控制系统将通过车辆底层控制系统对车辆进行控制，更正车辆运行路径，从而达到车辆精确定位的目的。