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需求背景

煤炭仍是我国未来一段时间的主体能源，国际能源署和中国工程院预测2030年中国煤炭需求占全球煤炭消费比重仍在50%左右。然而煤矿掘进工作面的采掘方式以采掘设备机械化掘进为主、人工炮掘为辅，综掘效率仅为65%。随着井下综采工作面装备的自动化、智能化水平提升，掘进效率低下导致的采掘失衡已经成为现代化矿井面临的关键难题。

加快矿业智能化建设，是实现煤炭行业高质量发展的必由之路。《中国制造2025》发展规划提出，要实现关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能控制以及建设重点领域智能工厂。未来的煤矿将实现生产设备网络化和生产现场无人化，这为智能煤矿发展提供了借鉴性指导。

煤矿井下智能采掘装备是解决采掘失衡、提升煤矿智能化水平的核心部分。智能采掘装备以综采/综掘成套设备为核心，以设备感知、智能协作和智能决策为手段，实现工作面环境感知、装备精确定位与自主导航等功能，构建了全套数据通讯、远程监控和管理、自动化控制系统。因此装备的精准定位对工作面自动化系统工程非常重要，获取的位置参数可以提供给自主运动规划与控制、记忆截割和自动移架等程序。然而，井下环境恶劣、粉尘大、工况复杂，给煤矿井下采掘装备的精准定位提出了严峻的挑战。

需解决的主要技术难题

针对井下采掘作业时工作条件恶劣、存在大量灰尘、巷道存在弯曲、光照条件复杂等问题，该项目需要综合现有采掘设备位姿测量方案的优缺点，提出一种新型的融合激光雷达/毫米波雷达/惯导等多传感器信息的位姿估计方案，达到预定定位精度并通过实验验证。具体需求内容如下：

1.一种新型的融合激光雷达/毫米波雷达/惯导等多传感器信息的位姿估计方案：该方案将惯性导航位姿信息、毫米波雷达测距信息和激光雷达三维定位三类技术进行综合，优势互补以解决井下定位时的可靠性与准确性问题。所提方案应能克服惯性传感器的漂移与噪声问题，激光雷达对光照和粉尘特征敏感问题以及毫米波雷达观测分辨率较低问题。

2.面向煤矿井下采掘装备精准定位的异构多传感器信息融合算法：该算法应能够利用激光雷达/毫米波雷达/惯导等三类传感器对于采掘装备位置、速度和位姿测量数据，利用卡尔曼滤波算法将多传感器异构数据高效融合，实现对采掘装备的位置、速度和位姿的实时跟踪，有效提升定位精度。

3.基于异构多传感器信息融合的定位性能分析：该分析应当能够揭示矿井下采掘装备定位性能的主要影响因素，如传感器布放位置、巷道壁平整程度、粉尘和光照条件等，为实际采掘装备的设计制造提供理论指导。

期望实现的主要技术目标

本项目面向煤矿井下巷道掘进少人、无人自动化作业的需求，开展激光雷达/毫米波 雷达/惯导工作面三维重建、采掘设备位姿测量、采掘设备自主运动规划与控制等关键技术研发攻关，开发出适应煤矿井下地质环境、能够实时监控截割轨迹等智能化功能的煤矿井下综合采掘设备。项目预期达到以下技术绩效指标：

1.建立井下巷道坐标系；

2.巷道成型误差≤15cm；

3.在井下巷道坐标系内的X轴(水平方向)定位误差不超过±5cm；

4.在井下巷道坐标系内的Y轴(巷道纵深方向)定位误差不超过±10cm；

5.在井下巷道坐标系内的Z轴(俯仰方向)定位误差不超过±5cm；

6.实现采掘设备姿态航向角误差不超过***°；

7.实现采掘设备姿态翻滚角误差不超过***°；

8.实现采掘设备姿态俯仰角误差不超过***°。

此外申请专利2项，申请计算机软件著作权1件；发表论文1篇；企业标准1项，达到国际先进水平。

处理进度