摘 要

為解決礦山事故后環(huán)境復(fù)雜、傳統(tǒng)救援方式受限且威脅救援人員安全的問(wèn)題，從本體設(shè)計(jì)、通信技術(shù)、感知技術(shù)、規(guī)劃算法4 個(gè)核心維度，系統(tǒng)綜述礦山救援智能機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、研發(fā)挑戰(zhàn)與未來(lái)方向。梳理了多模態(tài)本體結(jié)構(gòu)、無(wú)線組網(wǎng)通信、多傳感器融合感知及全局-局部路徑規(guī)劃算法的應(yīng)用進(jìn)展。總結(jié)得出，礦山救援智能機(jī)器人已在環(huán)境適應(yīng)與救援效率上取得突破，未來(lái)通過(guò)模塊化本體、多通信融合、高可靠感知及智能規(guī)劃算法優(yōu)化，可進(jìn)一步提升復(fù)雜災(zāi)后場(chǎng)景的作業(yè)能力，為礦山安全救援提供更高效、安全的技術(shù)支撐。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第11期“礦山機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐特刊”

第一作者：劉朝，博士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。E-mail：22B953021@stu.hit.edu.cn

通訊作者：盛譯萱，主要從事人機(jī)交互與生機(jī)電一體化技術(shù)研究工作。E-mail：shengyixuan@hit.edu.cn

作者單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）；鵬城實(shí)驗(yàn)室；大灣區(qū)大學(xué)（籌）；中煤科工機(jī)器人科技有限公司；中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)

引用格式：劉朝，楊晨，高宇，等.礦山救援智能機(jī)器人研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展[J].智能礦山，2025，6(11)：41-46.

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礦山事故具有突發(fā)性強(qiáng)、環(huán)境復(fù)雜、救援難度大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)救援方式常因惡劣條件（如坍塌、有毒氣體、缺氧等）而受限，嚴(yán)重威脅救援人員安全。礦山救援智能機(jī)器人作為保障礦山安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)裝備，近年來(lái)在政策支持與技術(shù)突破的雙重驅(qū)動(dòng)下，取得了顯著進(jìn)展，但仍存在技術(shù)瓶頸和實(shí)際應(yīng)用挑戰(zhàn)。

筆者從本體設(shè)計(jì)、通信技術(shù)、感知技術(shù)、規(guī)劃算法4個(gè)技術(shù)角度，系統(tǒng)綜述了礦山救援智能機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、研發(fā)挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向，旨在為相關(guān)研究提供參考，共同推動(dòng)智能救援機(jī)器人在礦山安全領(lǐng)域的深入發(fā)展。

礦山救援智能機(jī)器人研究現(xiàn)狀

礦山救援智能機(jī)器人呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外在技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用場(chǎng)景上均有顯著進(jìn)展，主要涉及本體設(shè)計(jì)、通信技術(shù)、感知技術(shù)和規(guī)劃算法等領(lǐng)域。本體設(shè)計(jì)從輕量化和防爆技術(shù)方面考慮對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力；通信技術(shù)以無(wú)線組網(wǎng)為主提升地下通信質(zhì)量；感知系統(tǒng)融合激光雷達(dá)、視覺(jué)與氣體檢測(cè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境建模與生命探測(cè)；規(guī)劃算法結(jié)合全局路徑規(guī)劃與實(shí)時(shí)避障策略，優(yōu)化救援效率。礦山救援智能機(jī)器人研究進(jìn)展如圖1所示。

圖1 礦山救援智能機(jī)器人研究進(jìn)展

1.1 本體設(shè)計(jì)

礦山救援智能機(jī)器人本體設(shè)計(jì)需綜合協(xié)調(diào)環(huán)境適應(yīng)性、運(yùn)動(dòng)性能與安全防護(hù)等多維度技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)前研究表明，針對(duì)礦山復(fù)雜地形環(huán)境，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已從單一模態(tài)向多模態(tài)融合方向演進(jìn)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)研發(fā)的“龍?bào)J”機(jī)器人是一款集偵察、搜救、搬運(yùn)等多種功能于一體的綜合救援平臺(tái)。其強(qiáng)大的負(fù)載能力和靈活的移動(dòng)方式，能夠迅速適應(yīng)各種救援場(chǎng)景，為救援人員提供有力的支持。蛇形機(jī)器人依托模塊化關(guān)節(jié)構(gòu)型實(shí)現(xiàn)狹小空間滲透功能，但仍存在負(fù)載與運(yùn)動(dòng)速度方面的缺陷。仿生足式機(jī)器人雖在非結(jié)構(gòu)化地形中展現(xiàn)出四足或六足構(gòu)型的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)，但控制算法復(fù)雜度與續(xù)航方面仍存在技術(shù)瓶頸。

當(dāng)前研究熱點(diǎn)已轉(zhuǎn)向碳纖維框架等輕量化材料與液壓伺服-電機(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成優(yōu)化，旨在實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)效能與能源效率的協(xié)同提升。在安全防護(hù)方面，傳統(tǒng)隔爆技術(shù)會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人本體質(zhì)量過(guò)高而制約機(jī)動(dòng)性能。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出了短時(shí)防爆技術(shù)體系，通過(guò)本安型電路優(yōu)化設(shè)計(jì)與局部隔爆結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，成功將CUMT-V型機(jī)器人整機(jī)質(zhì)量壓縮至80 kg以下，同時(shí)滿足甲烷濃度1.5%的防爆標(biāo)準(zhǔn)。耐腐蝕合金外殼與全密封傳感器艙體的組合設(shè)計(jì)，提升了設(shè)備在極端濕度與高粉塵工況下的防護(hù)等級(jí)。但需指出，此類(lèi)創(chuàng)新設(shè)計(jì)仍需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化爆炸沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證其長(zhǎng)期可靠性，目前技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵階段。

1.2 通信技術(shù)

通信技術(shù)是礦山救援智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，需綜合考量環(huán)境適應(yīng)性和通信質(zhì)量等多方面因素?？紤]到礦下崎嶇蜿蜒的礦道以及粗糙的礦壁會(huì)吸收電磁波，使無(wú)線通信的功率大幅衰減，無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)成為當(dāng)前礦山機(jī)器人的主流通信技術(shù)，包括WiFi+中繼器、ZigBee組網(wǎng)技術(shù)、Mesh組網(wǎng)技術(shù)等。

WiFi是當(dāng)前應(yīng)用最廣、技術(shù)發(fā)展最成熟的無(wú)線通信技術(shù)，受限于礦下復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，其通信距離和通信質(zhì)量受到限制，常需要配合中繼器來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高速率無(wú)線通信，如西安科技大學(xué)的馬宏偉教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款“不倒翁”式中繼器，適用于在礦山內(nèi)快速建立WiFi組網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)事故井下應(yīng)急救援無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的快速搭建。

Zigbee技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、功耗低、可靠性高，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)，較為適合礦下作業(yè)環(huán)境，但其通信速率低也使其無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。相比之下，Mesh技術(shù)同樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)，但能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離和更高速率通信，且布置上相對(duì)更簡(jiǎn)單，更具有適用性，西安科技大學(xué)的鄭學(xué)昭就基于Mesh組網(wǎng)技術(shù)研發(fā)了一套井下無(wú)線通信系統(tǒng)且經(jīng)受住了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

近年來(lái)隨著5G技術(shù)的發(fā)展，其低時(shí)延高帶寬的特性受到社會(huì)的關(guān)注，但其穿透力弱的固有缺陷能否適應(yīng)煤礦井下環(huán)境還有待檢驗(yàn)?？紤]到救援機(jī)器人常需要配合攝像頭執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，優(yōu)先級(jí)較高的控制指令容易被視頻的大量數(shù)據(jù)淹沒(méi)，降低機(jī)器人響應(yīng)速度，沈陽(yáng)建筑大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種雙通道系統(tǒng)，提高了指令通信的穩(wěn)定性。

1.3 感知技術(shù)

礦山救援機(jī)器人感知技術(shù)是保障礦山救援效率與安全的關(guān)鍵。礦山救援機(jī)器人需要在復(fù)雜多變的環(huán)境中作業(yè)，感知技術(shù)使其能夠?qū)崟r(shí)獲取周?chē)h(huán)境信息，從而做出合理決策。常見(jiàn)的感知技術(shù)包括激光雷達(dá)、多目視覺(jué)、氣體傳感器、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、生命探測(cè)等。

（1）激光雷達(dá)能夠發(fā)射激光束并接收反射光，通過(guò)測(cè)量光的飛行時(shí)間或相位差來(lái)計(jì)算物體距離。可快速生成環(huán)境的三維點(diǎn)云圖，幫助機(jī)器人識(shí)別巷道形狀、障礙物位置等信息，實(shí)現(xiàn)自主建圖、定位和避障。

（2）多目視覺(jué)技術(shù)模仿人眼視覺(jué)原理，利用視差計(jì)算物體深度，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的感知，但受光照條件影響大。

（3）將激光雷達(dá)和視覺(jué)傳感獲得的數(shù)據(jù)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等算法，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)被困人員識(shí)別、場(chǎng)景理解等任務(wù)。井下環(huán)境中可能存在多種有毒有害氣體，氣體傳感器可實(shí)時(shí)檢測(cè)瓦斯、一氧化碳等氣體濃度，當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體濃度超標(biāo)，機(jī)器人可及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

（4）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指在井下布置多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，機(jī)器人可接收這些節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)沫h(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、氣壓等，較為全面地了解井下環(huán)境狀況。

（5）傷員搜救是礦山救援機(jī)器人的核心任務(wù)之一。利用雷達(dá)、紅外、聲波等傳感器探測(cè)被困人員的生命體征。雷達(dá)生命探測(cè)儀可檢測(cè)到人體呼吸、心跳等微弱信號(hào)；紅外熱像儀則能通過(guò)捕捉人體散發(fā)的熱量來(lái)定位被困人員。

1.4 規(guī)劃算法

規(guī)劃算法使礦山救援機(jī)器人在復(fù)雜的災(zāi)后環(huán)境中準(zhǔn)確規(guī)劃出快速的救援路線，是礦山救援機(jī)器人研究的核心問(wèn)題。當(dāng)前的主流路徑規(guī)劃分為靜態(tài)全局路徑規(guī)劃和動(dòng)態(tài)局部路徑規(guī)劃。常見(jiàn)的全局路徑規(guī)劃算法包括人工勢(shì)場(chǎng)法、動(dòng)態(tài)窗口法等，局部路徑規(guī)劃算法包括圖搜索、遺傳算法等。

（1）圖搜索算法通過(guò)構(gòu)建環(huán)境模型并搜索最優(yōu)路徑，是路徑規(guī)劃的經(jīng)典方法。安徽理工大學(xué)朱洪波團(tuán)隊(duì)提出了一種基于分層平滑優(yōu)化雙向A*引導(dǎo)DWA算法，將碰撞約束函數(shù)的調(diào)整機(jī)制引入雙向A*算法中，以提高路徑規(guī)劃的效率和安全性；接著采用分層平滑優(yōu)化去除冗余節(jié)點(diǎn)和冗余路段，生成安全光滑的初始全局路徑；最后引導(dǎo)DWA優(yōu)化生成局部修正的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)避障路徑，實(shí)現(xiàn)全局路徑規(guī)劃。

（2）遺傳算法通過(guò)模擬自然進(jìn)化“物競(jìng)天擇”的過(guò)程解決多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。山東科技大學(xué)先通過(guò)拓?fù)鋱D法構(gòu)建礦山環(huán)境模型，利用深度優(yōu)先搜索生成優(yōu)質(zhì)初始路徑種群，運(yùn)用基因重組原理演變出不同的規(guī)劃路徑，再引入基因編輯距離篩選機(jī)制，避免近親繁殖導(dǎo)致多樣性衰減；最后結(jié)合進(jìn)化逆轉(zhuǎn)與退火算子動(dòng)態(tài)更新種群，在保留優(yōu)秀基因的同時(shí)增強(qiáng)算法跳出局部最優(yōu)的能力。

（3）人工勢(shì)場(chǎng)法中，機(jī)器人在環(huán)境中被看作質(zhì)點(diǎn)，在障礙物斥力和目標(biāo)點(diǎn)引力的合力作用下運(yùn)動(dòng)，具有計(jì)算簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)勢(shì)場(chǎng)法易陷入局部極小值問(wèn)題，導(dǎo)致路徑規(guī)劃失敗。燕山大學(xué)鄭維團(tuán)隊(duì)針對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法易陷入局部極小值和目標(biāo)點(diǎn)附近不可達(dá)的問(wèn)題，采用平滑窗格策略，增設(shè)全局路徑子目標(biāo)點(diǎn)，使機(jī)器人能夠逃離局部極小值，完成規(guī)劃任務(wù)。

礦山救援智能機(jī)器人研發(fā)挑戰(zhàn)

受限于災(zāi)后復(fù)雜環(huán)境，礦山救援機(jī)器人的研發(fā)面臨多維度技術(shù)挑戰(zhàn)，存在高性能需求與硬件條件限制的矛盾。礦山救援智能機(jī)器人存在的4個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題如圖2所示，本體設(shè)計(jì)的角度需兼容環(huán)境適應(yīng)性、負(fù)載能力、輕量化與防爆設(shè)計(jì)；現(xiàn)有無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)面臨帶寬、功耗與可靠性的三元悖反；感知技術(shù)中多源異構(gòu)傳感器在粉塵、積水等干擾下易出現(xiàn)信號(hào)衰減與失真；規(guī)劃算法層面上，復(fù)雜多變的環(huán)境與傳統(tǒng)算法的實(shí)時(shí)響應(yīng)性和局部極小值規(guī)避存在多目標(biāo)沖突。

圖2 礦山救援智能機(jī)器人存在的4個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 本體設(shè)計(jì)

礦山救援智能機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的核心挑戰(zhàn)集中于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性與安全防護(hù)長(zhǎng)效可靠性2個(gè)方面內(nèi)容。

（1）在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方面，多模態(tài)異構(gòu)系統(tǒng)集成面臨控制算法復(fù)雜性與能耗的固有矛盾，復(fù)合運(yùn)動(dòng)模式切換的穩(wěn)定性不足制約了機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化地形的連續(xù)作業(yè)能力，而輕量化設(shè)計(jì)與負(fù)載性能的平衡仍需突破材料力學(xué)特性與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度的技術(shù)瓶頸。

（2）在安全防護(hù)方面，防爆結(jié)構(gòu)輕量化與抗爆強(qiáng)度的兼容性矛盾突出，新型防護(hù)材料的工程化應(yīng)用受限于成本與制造工藝約束。極端環(huán)境下的密封防護(hù)存在失效風(fēng)險(xiǎn)，高濕度、多粉塵工況加速關(guān)鍵部件的性能衰減，傳感器防護(hù)等級(jí)與感知精度的協(xié)同保障機(jī)制尚未完善。

2.2 通信技術(shù)

應(yīng)對(duì)礦井復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)保證較高的通信質(zhì)量，是救援機(jī)器人通信技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前較好的解決方案，但現(xiàn)有的組網(wǎng)方案都存在一定的問(wèn)題，WiFi+中繼器對(duì)硬件要求較高，且功耗大，難以長(zhǎng)時(shí)間使用；Zigbee技術(shù)和Mesh技術(shù)功耗低，體積小，但帶寬和通信速率上受到限制，難以保證視頻數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。當(dāng)前部分學(xué)者提出有線+無(wú)線混合通信的方案，但始終無(wú)法從根本上解決通信技術(shù)的痛點(diǎn)。

2.3 感知技術(shù)

礦山救援機(jī)器人感知技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)，此類(lèi)挑戰(zhàn)限制了礦山救援機(jī)器人感知的性能和應(yīng)用效果，亟待技術(shù)突破，主要包括以下4個(gè)方面。

（1）礦山環(huán)境復(fù)雜多變，存在大量粉塵、煙霧、積水等干擾因素，導(dǎo)致傳感器信號(hào)衰減或失真，影響感知精度。視覺(jué)傳感器在低光照或強(qiáng)光反射條件下難以準(zhǔn)確識(shí)別。

（2）不同傳感器獲取的數(shù)據(jù)類(lèi)型和格式各異，數(shù)據(jù)融合難度大，難以形成統(tǒng)一的環(huán)境認(rèn)知。

（3）礦山救援場(chǎng)景高度動(dòng)態(tài)，突發(fā)情況多，機(jī)器人需快速準(zhǔn)確地識(shí)別和響應(yīng)，對(duì)感知系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和智能性要求極高。

（4）井下環(huán)境惡劣，傳感器需要具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。目前傳感器的可靠性和穩(wěn)定性不足，部分傳感器在高溫、高濕度、強(qiáng)電磁干擾等條件下容易失效。

2.4 規(guī)劃算法

礦山災(zāi)后環(huán)境具有巷道結(jié)構(gòu)破壞、動(dòng)態(tài)障礙物分布及多物理場(chǎng)耦合等復(fù)雜特征，對(duì)救援機(jī)器人路徑規(guī)劃算法提出了高實(shí)時(shí)性、強(qiáng)魯棒性的嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)的單一規(guī)劃算法難以滿足上述需求。

（1）A*算法，雖能高效規(guī)劃全局最優(yōu)路徑，但礦山災(zāi)后環(huán)境存在巷道塌方、移動(dòng)障礙物等動(dòng)態(tài)干擾時(shí)，全局規(guī)劃算法需反復(fù)重建地圖，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性不足。傳統(tǒng)遺傳算法的迭代耗費(fèi)時(shí)間，難以滿足礦山救援對(duì)時(shí)效性的要求。

（2）局部路徑規(guī)劃算法可用于動(dòng)態(tài)環(huán)境中，人工勢(shì)場(chǎng)法實(shí)時(shí)避障能力強(qiáng)，但當(dāng)?shù)V井中存在U型塌方區(qū)、狹長(zhǎng)通道時(shí)，易引發(fā)“局部極小值”陷阱，導(dǎo)致礦山救援智能機(jī)器人停滯不前。

礦山救援智能機(jī)器人未來(lái)發(fā)展方向

在復(fù)雜多變的礦山災(zāi)害救援環(huán)境中，傳統(tǒng)裝備已難以勝任高效、智能、安全的作業(yè)需求，礦山救援智能機(jī)器人研究正朝著高集成化、智能化與強(qiáng)適應(yīng)性方向發(fā)展。新一代礦山救援智能機(jī)器人技術(shù)方案如圖3所示，本體設(shè)計(jì)趨向模塊化與可重構(gòu)，應(yīng)對(duì)多樣化救援任務(wù)；通信與感知系統(tǒng)日益強(qiáng)化環(huán)境適應(yīng)能力與信息融合水平，確保復(fù)雜場(chǎng)景下的高效協(xié)同與精準(zhǔn)感知；在任務(wù)執(zhí)行層面，智能規(guī)劃與集群協(xié)同將成為關(guān)鍵，推動(dòng)機(jī)器人在動(dòng)態(tài)、多變的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)更高效、更可靠的作業(yè)能力。

圖3 新一代礦山救援智能機(jī)器人技術(shù)方案

3.1 本體設(shè)計(jì)

礦山救援智能機(jī)器人未來(lái)本體設(shè)計(jì)將聚焦結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與功能集成，主要包括以下2個(gè)方面。

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面，模塊化可重構(gòu)架構(gòu)成為核心趨勢(shì)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)偵測(cè)、破拆、運(yùn)輸?shù)裙δ芙M件的快速切換，滿足多災(zāi)種救援場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)需求。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)將深化多模態(tài)融合技術(shù)，發(fā)展輪-履-足復(fù)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)合仿生構(gòu)型與智能控制算法，突破非結(jié)構(gòu)化地形的連續(xù)運(yùn)動(dòng)瓶頸，提升復(fù)雜巷道環(huán)境的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

（2）安全防護(hù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)自適應(yīng)方向，研發(fā)智能防爆系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防護(hù)等級(jí)隨環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，通過(guò)分布式隔爆單元與能量耗散結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)，平衡輕量化與抗爆性能。

3.2 通信技術(shù)

礦山救援智能機(jī)器人未來(lái)的通信技術(shù)從硬件優(yōu)化和通信方式創(chuàng)新方面考慮。

（1）在硬件優(yōu)化層面，鑒于WiFi技術(shù)當(dāng)前的廣泛適用性，對(duì)中繼器進(jìn)行一定的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)不同救援場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)-主站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享鏈路與決策融合。

（2）在通信方式方面，開(kāi)發(fā)一種新的具有高帶寬低時(shí)延高穿透性的無(wú)線通信技術(shù)，更好地應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜救援場(chǎng)景。

（2）因地制宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形環(huán)境，動(dòng)態(tài)地選擇最合適的通信方式，通過(guò)多通信方式融合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的最優(yōu)通信質(zhì)量，在狹小逼仄的隧道內(nèi)，也可采用光纖有線通信等方法保證通信不中斷。

3.3 感知技術(shù)

礦山救援智能機(jī)器人未來(lái)感知技術(shù)發(fā)展圍繞環(huán)境感知與人員搜救感知2方面的核心方向展開(kāi)系統(tǒng)性突破。

（1）在環(huán)境感知領(lǐng)域，技術(shù)升級(jí)關(guān)注極端惡劣工況下的傳感器可靠性提升與多維數(shù)據(jù)融合。針對(duì)高粉塵、高濕度、強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，開(kāi)發(fā)能適應(yīng)惡劣環(huán)境的傳感器。發(fā)展多維數(shù)據(jù)融合可以為救援決策提供高保真環(huán)境模型，將雷達(dá)環(huán)境建圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)與紅外熱成像的溫場(chǎng)分布疊加，構(gòu)建具有物理屬性的井下數(shù)字孿生體。

（2）在人員搜救感知層面，技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)生物特征識(shí)別與多模態(tài)融合雙重趨勢(shì)。利用視覺(jué)、腦電、肌電等多傳感器采集技術(shù)，偵測(cè)生命體征信號(hào)，提升在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾能力，并保證高精度信號(hào)捕獲性能和傳輸性能。

3.4 規(guī)劃算法

礦山救援智能機(jī)器人的規(guī)劃算法在未來(lái)從多算法融合、集群協(xié)調(diào)作業(yè)、引入大模型方向發(fā)展。通過(guò)融合全局-局部規(guī)劃算法，形成分層決策體系，最終實(shí)現(xiàn)規(guī)劃-避障-重規(guī)劃的全流程。發(fā)展多智能體協(xié)同規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)信息共享、實(shí)時(shí)調(diào)控，應(yīng)對(duì)復(fù)雜的礦井環(huán)境，提高規(guī)劃路徑的魯棒性和實(shí)時(shí)性。

利用大模型的語(yǔ)義理解和時(shí)空推理，實(shí)時(shí)解析救援人員的語(yǔ)音指令，指導(dǎo)機(jī)器人主動(dòng)避開(kāi)語(yǔ)義標(biāo)注的危險(xiǎn)區(qū)域；通過(guò)瓦斯?jié)舛惹€、巖層振動(dòng)頻率等數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)30 min環(huán)境演變趨勢(shì)，優(yōu)先選擇遠(yuǎn)離潛在塌方區(qū)的路線。

總 結(jié)

（1）礦山救援智能機(jī)器人作為保障礦山安全的核心技術(shù)裝備，發(fā)展水平直接關(guān)系到礦山災(zāi)害救援的效率和成功率。綜述了礦山救援智能機(jī)器人在本體設(shè)計(jì)、通信技術(shù)、感知技術(shù)以及規(guī)劃算法等4個(gè)技術(shù)層面的研究成果，剖析了當(dāng)下所面臨的主要挑戰(zhàn)，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作出了預(yù)測(cè)。

（2）在本體設(shè)計(jì)方面，考慮礦山復(fù)雜環(huán)境的特殊性，從輕量化與防爆技術(shù)等維度攻關(guān)，為執(zhí)行救援任務(wù)奠定基礎(chǔ)；在通信技術(shù)領(lǐng)域，以無(wú)線組網(wǎng)為核心技術(shù)路徑，以期突破地下空間復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)信號(hào)傳輸?shù)南拗?；在感知技術(shù)板塊，多模態(tài)傳感設(shè)備和算法具備更全面的環(huán)境感知與生命探測(cè)能力；規(guī)劃算法優(yōu)化了救援行動(dòng)的執(zhí)行效率，全局路徑規(guī)劃的實(shí)時(shí)避障策略，保障機(jī)器人在復(fù)雜多變環(huán)境中的安全穿行。

（3）礦山救援智能機(jī)器人的發(fā)展任重道遠(yuǎn)。未來(lái)，多技術(shù)融合創(chuàng)新將成為關(guān)鍵突破方向，力求實(shí)現(xiàn)本體設(shè)計(jì)、通信、感知與規(guī)劃算法間的無(wú)縫協(xié)同作業(yè)，最大程度發(fā)揮各技術(shù)優(yōu)勢(shì)。智能化水平提升是核心目標(biāo)，借助人工智能等技術(shù)，賦予機(jī)器人更強(qiáng)的自主決策與環(huán)境適應(yīng)能力，使其能夠在瞬息萬(wàn)變的事故現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)優(yōu)化救援策略。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專(zhuān)訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專(zhuān)題報(bào)道等。

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來(lái)，策劃出版了“中國(guó)煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專(zhuān)題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫(kù)”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái)，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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