基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的井下車輛視頻采集、定位與避障技術(shù)研究.pdf

1、煤炭作為全球大多數(shù)國家的主要能源，一直備受重視。最近二十年，隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的井下車輛自主行駛將逐漸成為井下無人化技術(shù)的關(guān)鍵一環(huán)。本文主要以井下無人車輛為研究對象，在覆蓋有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的井下局部區(qū)域內(nèi)，對車輛自主行駛中涉及到的實時視頻采集、地圖構(gòu)建與自主定位、實時避障等技術(shù)進行研究。具體研究成果如下:
　　(1)分析了基于光纖環(huán)網(wǎng)與無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和光纖環(huán)網(wǎng)、無線Mes

2、h網(wǎng)絡(luò)在井下通信的優(yōu)越性。在此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，將整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分為4層，以光纖環(huán)網(wǎng)作為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)作為局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，提高了井下綜采區(qū)等局部區(qū)域中的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋率。
　　(2)以井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)，利用Android開發(fā)工具，設(shè)計編寫了基于Android系統(tǒng)的井下車輛移動端視頻采集與行駛控制客戶端。通過該客戶端，可以實現(xiàn)局部區(qū)域中井下車輛周圍環(huán)境視頻的采集與車輛行駛方向的控制。搭建了實驗車輛，在實驗車輛與A

3、ndroid設(shè)備上成功驗證了客戶端各項功能。
　　(3)針對井下特殊環(huán)境，提出了基于路標(biāo)與攝像頭的井下局部區(qū)域車輛自主定位方法。將帶有條形碼的地標(biāo)部署在井下局部區(qū)域的巷道墻壁兩側(cè)，利用車載攝像機對地標(biāo)進行定位與識別，結(jié)合提出的空間三維定位模型，實現(xiàn)了井下車輛的自主定位并在實際巷道中驗證了該定位方法的可行性。同時利用車載激光雷達與ROS系統(tǒng)繪制了實驗環(huán)境的巷道地圖，可為井下車輛后續(xù)的導(dǎo)航實現(xiàn)提供基礎(chǔ)。
　　(4)基于分層模糊控

4、制算法，提出一種井下局部區(qū)域車輛實時避障方法。通過運用Mamdani模糊控制法，設(shè)計了具體的模糊規(guī)則并提出了分層模糊控制器，在Matlab上的仿真和實驗車輛上的實際測試表明該分層模糊控制系統(tǒng)能有效減小井下局部區(qū)域車輛避障時的判斷次數(shù)，從而減少了計算量，提高了系統(tǒng)準(zhǔn)確度。
　　本文在井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下，對井下局部區(qū)域內(nèi)的車輛環(huán)境視頻采集與行駛控制客戶端設(shè)計、車輛自主定位方法、環(huán)境地圖建立與實時避障技術(shù)進行了理論研究和實際場景驗證。