[发明专利]一种基于多维度定位及深度学习的自动化采煤系统及方法

权利要求书

1.一种基于多维度定位及深度学习的自动化采煤系统，其特征在于：包括系统主机(1)与若干个监测分站(2)组成；监测分站分别布置在每个支架顶梁(3)下方和支架底座(4)上方；每个监测分站(2)包括双轴倾角传感器(5)和激光定位系统(6)；系统主机(1)与监测分站(2)之间或监测分站(2)相互之间通过无线或有线方式实现数据传输；

所述双轴倾角传感器(5)位于监测分站(2)内，用以获得工作面煤层倾斜方向的角度分布特征和监测煤层的俯仰斜角度变化特征以及工作面推进方向支架顶梁(3)和支架底座(4)的倾角，据此计算获得每个支架的低头、仰头位态；

所述激光定位系统(6)位于监测分站(2)内，包括两个或两个以上的激光发射单元(7)和一个激光接收单元(8)，同一个监测分站(2)的激光发射单元(7)之间间隔一定距离。

2.一种基于多维度定位及深度学习的自动化采煤方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于多维度定位及深度学习的自动化采煤系统进行控制，包括如下步骤：

(a)确立激光定位系统(6)的定位准则；

(b)以工作面下端头第一个支架底座(4)上方的监测分站(2)位置坐标为原点，确定第一个支架顶梁(3)下方监测分站(2)位置坐标，然后以第一个支架顶梁(3)下方监测分站(2)为基点，确定第二个支架底座(4)上方监测分站(2)位置坐标，直至确定出工作面所有液压支架各监测分站处位置的相对坐标；

(c)通过系统主机(1)将各液压支架顶梁和底座监测分站(2)位置坐标及双轴倾角数据进行处理，得到以第一个支架底座(4)上方监测分站(2)位置为坐标原点，包括整个工作面液压支架顶梁、底座位置的相对坐标及支架底座和顶梁在倾斜方向上的倾角和推进方向上的俯仰斜角度，同时在系统主机(1)屏幕上展现工作面液压支架的上窜或下滑以及超前或滞后情况；

(d)根据液压支架监测分站(2)安装位置顶梁的厚度a，底座的厚度b，顶梁和底座沿工作面推进方向的倾角θ1和θ2，计算得到相应液压支架处对应的煤层厚度或采高为h＝a+b+(z1-z2)tan(θ1-θ2)，其中，两个监测分站(2)沿采Z轴即采高方向的坐标分别为z1，z2；

(e)基于第一个液压支架底座监测分站(2)安装位置为基点，通过双轴倾角传感器(5)和激光定位系统(6)测量获得工作面所有液压支架的顶梁、底座的位置坐标及沿走向和倾向的角度，包括每个支架的支护高度和前方煤层厚度，进一步计算获得每个支架前方煤体顶底板详细参数的多维坐标系统(x，y，z，φ，θ)，其中x，y，z为以第一个支架底座(4)为基点的工作面煤层顶板或底板的空间三轴坐标，φ和θ分别为煤层顶板或底板的倾向和走向角度；

(f)在工作面回采过程中，通过系统主机(1)建立深度学习模型，模型中的输入层以每个液压支架前方顶板和底板的x，y，z，φ，θ参数为输入指标，输出层为煤壁前方待采未知区域的煤层褶曲形态，包括三维坐标、煤层厚度、顶底板倾斜角度和俯仰斜角度，隐含层神经元个数根据实际需要确定；

(g)将深度学习模型输出的指标，包括煤层的各位置预测的顶底板三维坐标、煤层厚度、顶底板倾斜角度和俯仰斜角度传输给采煤机，指引采煤机割煤滚筒随煤层褶曲形态的变化实时调整，实现自动化割煤，同时系统主机(1)对工作面多维度参数进行监控，包括液压支架的上窜或下滑、超前或滞后、低头或抬头，通过发送指令给电液控制系统对液压支架进行调整。

3.根据权利要求2所述的基于多维度定位及深度学习的自动化采煤方法，其特征在于：激光定位系统(6)的定位准则为：在平面XY坐标系统中，确定一个激光定位系统(6)内两个激光发射单元A和B之间距离为d，坐标分别为A(0，0)和B(d，0)，其各自发射激光束与A、B两点之间连线的夹角分别为α、β，则另一个激光定位系统(6)内激光接收单元的空间相对坐标为C(xc，yc)为确定某个液压支架顶梁(或底座)监测分站(2)处的位置坐标，然后通过激光定位系统(6)测得相邻液压支架底座(或顶梁)的相对位置坐标；

若将上述坐标系统由平面XY坐标系统调整为三维XYZ坐标系统，则定位同样适用。