基于救援机器人的矿井GIS技术研究

摘要

我国煤炭生产事故频发，重大恶性事故率上升，救援危险性大。为了在矿井发生瓦斯爆炸等重大事故后及时地开展科学救援工作，有必要研究一种能够代替人来获取事故现场场景信息的，可以自主移动、智能控制的井下机器人救援新方法，结合构建的井下GIS系统确定出科学的救援路线，指导矿山救护队员进行应急救援，达到避免或减少二次伤亡，提高我国煤矿安全事故的救援水平。论文主要从以下几个方面进行研究：
　　 (1)矿井救援机器人的定位与踪迹分析由于救援机器人在矿井下无法接收到GPS 卫星的信号，因此无法使用卫星定位技术进行井下救援。但矿井救援机器人可以依据基于距离的定位算法，建立机器人的导航坐标系，通过X、Y、Z 3个坐标值来描述机器人的位置，并结合人工路标定位的方法进行误差修正。
　　 在矿井发生事故时，为了能够对事故现场环境进行实时监测和信息查询，需要在发生灾变时对救援机器人实时监控与跟踪模拟。GIS 踪迹分析模块可以模拟矿井救援机器人在矿井中的运动状况，实现时间事件数据的输入、显示和分析以及对机器人的定位导航和运行状态的可视化及交互式回放。
　　 (2)构建巷道几何网络模型与救援最短路径分析将GIS 网络分析技术应用于矿井巷道分析是一个全新的课题，它对应对矿井下的紧急情况具有重要的意义。当发生矿井突水、瓦斯和煤尘爆炸、冒顶、火灾、机器设备伤害等灾难时，通过网络分析可以快速计算出最短路径，实现救援机器人的正确导航，以最大限度减少井下人员的伤亡。
　　 (3)井下巷道三维可视化传统的纸质矿图以及根据矿图建立的GIS 都是基于二维平面内的，而要顺利实现机器人的实时定位与自主导航，必须要研究二维数据的三维可视化。使用SketchUp 建立三维模型，利用ArcEngine 提供的SceneControl 控件作为三维显示平台，结合VisualC[＃] .net 实现井下巷道的三维可视化，模拟显示井下救援机器人的工作状况和环境状况。