近日，葛世榮院士在《煤炭學報》2022年第1期發(fā)表研究成果《智能采運機組自主定位原理與技術》，對目前國內外采煤機自主定位技術進行了梳理歸納，系統(tǒng)闡述了采煤機自主定位解算原理及定位誤差補償算法，提出了基于慣導與UWB組合的采煤機自主精確定位技術，給出了刮板輸送機軌跡定位監(jiān)測算法，為實現(xiàn)智能采運機組自主定位導航、自動駕駛、自適截割和自動糾偏提供可借鑒的理論基礎。
智采工作面裝備運行的2個核心問題是控制工作面開采裝備在煤層中自適應截割、保持采運機組在連續(xù)推進過程中的直線度。
研究指出解決這2個問題必須實時獲取采煤機在工作面空間的準確定位信息。通過對比分析國內外采煤機定位系統(tǒng)的技術原理和硬件架構，發(fā)現(xiàn)開發(fā)采煤機定位誤差消減算法是在井下GPS拒止環(huán)境下保證采煤機長時定位精度的關鍵途徑。
根據采煤機定位原理可知，采煤機定位誤差主要來源于慣性導航安裝偏差和慣性導航系統(tǒng)隨機誤差。慣性導航安裝偏差是確定性誤差，采用基于兩點法的確定性偏差補償算法可使定位誤差減小99.12％。針對采煤機運行狀態(tài)的非完整性約束特點，基于采煤機運動學模型的閉合路徑優(yōu)化算法和動態(tài)零速校正算法分別使采煤機定位誤差降低了50%和30%。
采用信息濾波模型將閉合路徑優(yōu)化算法和動態(tài)零速校正算法進一步融合，抑制了慣性導航系統(tǒng)航向角的漂移，抑制了慣性導航系統(tǒng)航向角的漂移。
利用UWB基站群自主遷移方法實現(xiàn)了采煤機在工作面端頭定位，采用VB－UKF算法平滑采煤機定位過程中時變的測量噪聲，增加了運動軌跡的平滑性，使得 IMU／UWB緊融合的定位軌 跡更加精確，為慣性導航系統(tǒng)提供校準的基準。
基于采煤機定位軌跡的刮板輸送機軌跡檢測方法實現(xiàn)了刮板輸送機形狀在線監(jiān)測，為綜采工作面彎曲度自動化檢測和校直提供理論基礎和試驗數據。
葛世榮院士團隊的采煤機定位技術
葛世榮院士團隊借鑒無人駕駛汽車原理，首先結合精細物探技術構建了工作面煤層三維模型，以此作為采煤機定位導航地圖。該煤層模型頂底板曲面以0.8 m×0.8 m柵格形式存儲，與煤層鉆探數據對比，平均煤厚誤差0.02 m，高程平均誤差±0.125 m。
該煤層模型以2000國家大地坐標系為參考坐標系，經過坐標變換可轉換為局部東北天地理坐標系，作為長壁綜采工作面導航系統(tǒng)的定位參考坐標系。然后開發(fā)了長壁綜采工作面導航系統(tǒng)（Longwall Mining Workface Navigation System，LMWNS）。
長壁綜采工作面導航系統(tǒng)基本原理是，利用安裝于采煤機機身的具有自動尋北功能的慣性導航裝置測量采煤機機身的運行方位與姿態(tài)、采煤機行走部軸編碼器和截割部軸編碼器測量的行走距離和搖臂擺角，通過相關算法實現(xiàn)采煤機在工作面煤層中的定位，獲得采煤機的運行軌跡和截割軌跡。LMWNS-II由慣性導航系統(tǒng)、嵌入式服務器和電源系統(tǒng)構成。
工作面煤層及煤層頂底板三維模型
長壁綜采工作面導航系統(tǒng)
采煤機與刮板輸送機配套正等側視圖和俯視圖
現(xiàn)場綜采工作面刮板輸送機軌道檢測布置
引用格式：葛世榮,王世佳,曹波,等. 智能采運機組自主定位原理與技術[J]. 煤炭學報,2022,47(1):75-86.
|來源：《煤炭學報》、煤炭行業(yè)知識服務平臺；責任編輯：宮在芹
