[发明专利]一种矿山井下无轨设备防碰撞方法与装置

权利要求书

1.一种矿山井下无轨设备防碰撞方法，其特征在于，包括：

实时采集井下巷道的二维信息，并对其进行限幅滤波处理；

在车辆运行过程中，基于限幅滤波处理后的二维信息以及预先建立的横纵距离模型实时计算巷道轮廓和障碍物的位置，并结合危险状态三级预警机制实现无轨设备防碰撞预警；

其中，限幅滤波处理包括如下步骤：

将当前时刻采集到的数据与上一时刻已经进行限幅滤波处理的数据进行比较，若比较结果大于最大的允许增量δ则进行限幅滤波处理：

假设已经进行限幅滤波处理的数据为：当前时刻采集到的数据为y_n，则有：

其中，为当前时刻采集到的数据y_n的限幅滤波处理结果。

2.根据权利要求1所述的一种矿山井下无轨设备防碰撞方法，其特征在于，所述基于限幅滤波处理后的二维信息，以及预先建立的横纵距离模型中实时的判断车辆自身和周围环境信息包括：

安装在无轨设备车头横向中心的激光雷达扫描角度为0～190°，扫描光束每隔1°进行一次激光测距扫描，则共有191个扫描点；将191个扫描点距离信息进行横纵分离，得到所有扫描点与激光雷达之间的横向距离和纵向距离；以激光雷达为原点，左右扩展R+2M距离的整个前方区域为纵向敏感区域；纵向敏感区域左侧和右侧为横向敏感区域；其中，R为无轨设备的宽度，M为横向安全距离；

对于所有的扫描点，首先判断横向距离，落在左右横向敏感区域内的扫描点，以各点的纵向距离为参考量，进行对比，筛选出可能会影响直线行驶或者转向行驶的扫描点；针对落在纵向敏感区域内的扫描点，以各点的横向距离为参考量，进行对比，同样筛选出可能会影响直线行驶或者转向行驶的扫描点；

对筛选出的各个扫描点，做进一步的重复判断，从而确定巷道轮廓和障碍物的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种矿山井下无轨设备防碰撞方法，其特征在于，所述结合危险状态三级预警机制实现无轨设备防碰撞预警包括：

在横纵距离模型中，划定的纵向敏感区域与左右横向敏感区域为有效探测区域，在此基础上，增加纵向敏感区域有效探测距离，增加后的敏感区域有效探测距离记为L，其计算公式如下：

L＝c+d+v×t；

其中，c为刹车距离，d为反应距离，v为车速，t为浮动时间参数；

对所有的扫描点进行筛选，判断依据是扫描点与激光雷达之间的横向距离，即可得到所有落在有效探测区域内的扫描点；

在横纵距离模型中，还包含横向安全距离M，其限定无轨设备与巷道墙壁的最小间距，则激光雷达与巷道墙壁之间的最小安全距离为R/2+M；通过对扫描点横向距离与最小安全距离的比较，并辅助纵向距离比较，将危险状态分为三个等级：绿色安全等级、黄色提醒等级和红色警示等级；各个等级的判断条件如下：

绿色安全等级：|S·cosα|≥R/2+M；满足于上式，则表示有效探测区域内所有扫描点均在无轨设备前方的直线行驶敏感区域以外；

黄色提醒等级：|S·cosα|＜R/2+M；满足于上式，则表示无轨设备正前方的直线行驶敏感区域内存在扫描点，表明巷道出现了方向改变或者有障碍物存在；通过上式筛选出落在无轨设备直线行驶敏感区域内的扫描点；如果这些扫描点满足辅助判断条件①：|a₁-a₂|≤5°，则判定无轨设备前方出现的巷道出现了方向改变，要将危险状态等级提升至黄色提醒等级；如果不满足辅助判断条件①，则利用辅助判断条件②：||S₁·sina₁|-|S₂·sina₂||≥b/2；去判断这些扫描点之间的纵向距离，如果满足辅助判断条件②，则说明车辆前方的巷道环境出现了曲线型方向改变或者是巷道两侧出现障碍物，要将危险状态等级提升至黄色提醒等级；

红色警示等级：如果无轨设备前方的直线行驶敏感区域内的扫描点不能通过黄色提醒等级中的判断条件做出明确判断，则要将危险状态等级提升至红色警示等级；红色警示等级中的主要判断公式和黄色提醒等级中的相同，即|S·cosα|＜R/2+M，目的是筛选出落在在无轨设备直线行驶敏感区域内的扫描点，再通过三个辅助判断条件继续判断；如果扫描点满足辅助判断条件①：|a₁-a₂|＞5°，则表明扫描点在无轨设备前方的直线行驶敏感区域内分布不连续；如果扫描点满足辅助判断条件②||S₁·sina₁|-|S₂·sina₂||＜b/2和辅助判断条件③||S₁·cosa₁|-|S₂·cosa₂||＜R+2M，则表示这些扫描点之间的纵向距离和横向距离都无法满足无轨设备安全的通过，从而将危险状态等级提升至红色警示等级；

在上述公式中，S为扫面点P与激光雷达之间的距离、b为无轨设备的长度，R为无轨设备的宽度，M为横向安全距离，扫描点P与X轴之间夹角a，扫描点P₁与激光雷达之间的距离S₁，与X轴夹角a₁，扫描点P₂与激光雷达之间的距离S₂，与X轴夹角a₂。