摘 要

面向?yàn)?zāi)變條件下礦井應(yīng)急偵測(cè)的高可靠、快部署與安全合規(guī)需求，圍繞防爆與結(jié)構(gòu)適配、定位導(dǎo)航、環(huán)境感知與建模、通信控制以及系統(tǒng)協(xié)同5 個(gè)維度，概括現(xiàn)有技術(shù)脈絡(luò)與實(shí)踐進(jìn)展，歸納工程化落地所面臨的共性難題，包括適應(yīng)性與輕量化、續(xù)航與防護(hù)之間的權(quán)衡，復(fù)雜環(huán)境下感知退化與定位誤差的累積，受限空間中通信鏈路脆弱與能耗約束，以及協(xié)同機(jī)制、接口標(biāo)準(zhǔn)與可擴(kuò)展性不足等?；诖?，提出以多平臺(tái)協(xié)同、跨模態(tài)輕量融合、邊緣智能與標(biāo)準(zhǔn)化工程支撐為核心的演進(jìn)路徑，強(qiáng)調(diào)由采集-理解-推演-決策的閉環(huán)體系，提升魯棒性與任務(wù)效率。

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：劉英杰，博士，研究員，博士研究生導(dǎo)師，中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司三級(jí)首席科學(xué)家，現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院有限公司應(yīng)急科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、學(xué)術(shù)帶頭人，主要從事礦山應(yīng)急救援技術(shù)與裝備的相關(guān)研究工作。 E-mail：290783585@qq.com

作者單位：煤炭科學(xué)研究總院有限公司

引用格式：劉英杰，馬龍.礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與展望[J].智能礦山，2025，6(11)：24-30.

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礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人是提升災(zāi)害響應(yīng)能力與作業(yè)安全性的重要技術(shù)手段。在災(zāi)害發(fā)生初期快速實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)環(huán)境探測(cè)、生命體征初步識(shí)別、有害氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急通信鏈路快速建立等任務(wù)，通過(guò)遠(yuǎn)程操控、自主導(dǎo)航與環(huán)境感知等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)救援模式的功能延展和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

現(xiàn)階段礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人技術(shù)尚處于發(fā)展初期，尚未形成面向復(fù)雜礦井災(zāi)害環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化與系統(tǒng)化解決方案。受井下空間不規(guī)則性、持續(xù)環(huán)境擾動(dòng)及I類(lèi)防爆標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格約束，現(xiàn)有系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、防護(hù)性能、導(dǎo)航精度、通信魯棒性以及多機(jī)器人協(xié)同等方面仍存在諸多不足，難以滿(mǎn)足災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)對(duì)救援裝備高可靠性、高適應(yīng)性的迫切需求。

為系統(tǒng)梳理礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵問(wèn)題，筆者圍繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位導(dǎo)航、環(huán)境感知、通信控制與系統(tǒng)協(xié)同等5個(gè)核心技術(shù)開(kāi)展綜述，著重歸納現(xiàn)階段研究成果與實(shí)踐案例，深入分析現(xiàn)有技術(shù)的能力邊界與不足之處，旨在為構(gòu)建高效、安全、智能的礦山災(zāi)害應(yīng)急救援體系提供參考。

礦井災(zāi)變環(huán)境及對(duì)救援裝備的適應(yīng)性要求

與常規(guī)工業(yè)環(huán)境顯著不同，礦井災(zāi)變環(huán)境主要為空間狹窄、災(zāi)害類(lèi)型復(fù)雜、環(huán)境擾動(dòng)劇烈以及信息鏈路受限等特點(diǎn)，特別是在I類(lèi)防爆標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格約束下，要求裝備具備以下3個(gè)方面的高度適應(yīng)性和可靠性。

（1）災(zāi)變礦井通常伴隨空間狹窄、巷道頻繁轉(zhuǎn)折及坍塌等情況，限制了救援裝備的通行能力。因此，救援裝備必須具備高通過(guò)性和靈活性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重小型化、模塊化，并結(jié)合多關(guān)節(jié)柔性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以提升在復(fù)雜地形中的穿越效率。

（2）災(zāi)變環(huán)境為高溫、高濕、高粉塵和有毒氣體等極端工況，對(duì)裝備的密封性、散熱性和電磁兼容性提出更高要求；井下通信信號(hào)受阻，裝備須具備邊緣自治和任務(wù)容錯(cuò)能力，以確保在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）救援裝備必須滿(mǎn)足I類(lèi)防爆標(biāo)準(zhǔn)，確保電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及防護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，特別是在礦井高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中的可靠性；裝備還須具備智能感知與響應(yīng)靈活性，以適應(yīng)動(dòng)態(tài)災(zāi)變環(huán)境并有效執(zhí)行任務(wù)。

綜上，礦井災(zāi)變環(huán)境對(duì)救援裝備提出了全方位的適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求，涵蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)、環(huán)境適配、通信保障及智能控制等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，深入理解災(zāi)變環(huán)境的復(fù)雜性是推動(dòng)礦井災(zāi)變偵測(cè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析

針對(duì)礦井災(zāi)變應(yīng)急場(chǎng)景，研究者從多角度展開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，形成了以結(jié)構(gòu)創(chuàng)成、定位導(dǎo)航、環(huán)境感知、通信控制與系統(tǒng)協(xié)同為核心的技術(shù)架構(gòu)，礦井災(zāi)變應(yīng)急救援機(jī)器人核心技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，防爆本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)成決定了機(jī)器人在災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)的生存能力與越障性能，是所有功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)保障；同步定位與自主導(dǎo)航技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)路徑規(guī)劃和任務(wù)精確執(zhí)行的前提；環(huán)境感知與災(zāi)區(qū)建模技術(shù)支撐對(duì)災(zāi)情態(tài)勢(shì)的準(zhǔn)確感知與判斷；通信控制與抗干擾技術(shù)確保地面與井下的信息通暢與穩(wěn)定交互；系統(tǒng)協(xié)同與多機(jī)器人任務(wù)執(zhí)行則是將多平臺(tái)、多任務(wù)能力集成化、體系化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 礦井災(zāi)變應(yīng)急救援機(jī)器人核心技術(shù)架構(gòu)

圍繞上述5個(gè)關(guān)鍵方向，系統(tǒng)梳理當(dāng)前主流技術(shù)路徑與研究進(jìn)展，剖析典型方案的優(yōu)劣與適用場(chǎng)景，并指出面臨的主要技術(shù)瓶頸，為構(gòu)建高可靠、高智能化的礦井應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

2.1 防爆本體結(jié)構(gòu)構(gòu)成

礦井災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)提出極高適應(yīng)性要求，目前主流的礦井災(zāi)變偵測(cè)機(jī)器人樣機(jī)如圖2所示，包括隔爆兼本安型與本安型2種。

圖2 部分礦井災(zāi)變偵測(cè)機(jī)器人樣機(jī)

（1）隔爆兼本安型機(jī)器人方案多采用全密封包覆式殼體設(shè)計(jì)，部分運(yùn)用可調(diào)履帶支撐臂的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)通過(guò)性的提升，具備良好的越障能力，適用于碎石堆積、淤泥浸泡等典型井下災(zāi)區(qū)場(chǎng)景。部分系統(tǒng)已集成液壓冗余驅(qū)動(dòng)、高溫隔熱層等增強(qiáng)模塊，用于井下高熱區(qū)環(huán)境作業(yè)。北京凌天智能裝備集團(tuán)股份有限公司、中信重工機(jī)械股份有限公司、安徽海馬特救援科技股份公司、山東國(guó)興智能科技股份有限公司、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、山東科技大學(xué)等均推出了相應(yīng)的產(chǎn)品或樣機(jī)。

（2）本安型機(jī)器人方案以小型化與輕量化為研發(fā)目標(biāo)，如中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司提出的ZRK便攜式礦用本安探測(cè)機(jī)器人，具有高便攜性與高移動(dòng)靈活性的特點(diǎn)。

礦井災(zāi)變偵測(cè)機(jī)器人的核心瓶頸問(wèn)題是I類(lèi)防爆要求與小型化、輕量化、大載荷比、靈活運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)續(xù)航及強(qiáng)場(chǎng)景適應(yīng)性之間的兼容問(wèn)題。礦井災(zāi)變環(huán)境中，偵測(cè)設(shè)備必須滿(mǎn)足I類(lèi)防爆要求，以確保安全性，但同時(shí)又面臨小型化、輕量化、大載荷比、強(qiáng)越障能力、靈活運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)續(xù)航等多方面需求的兼容問(wèn)題。目前礦井災(zāi)變偵測(cè)機(jī)器人在上述方面存在較大難度，無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足多個(gè)技術(shù)需求，導(dǎo)致裝備的適應(yīng)性和綜合作業(yè)能力受到嚴(yán)重限制，制約了礦井災(zāi)變偵測(cè)機(jī)器人在大范圍礦井災(zāi)變救援現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用。

2.2 同步定位與自主導(dǎo)航技術(shù)

同步定位與建圖（SLAM）是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)，自主導(dǎo)航又是確保救援機(jī)器人高效開(kāi)展礦井災(zāi)區(qū)偵查與救援任務(wù)的關(guān)鍵。礦井環(huán)境為典型的GNSS信號(hào)拒止環(huán)境，災(zāi)變環(huán)境空間狹窄且結(jié)構(gòu)變化頻繁，極大挑戰(zhàn)導(dǎo)航定位精度和可靠性。

（1）在硬件方面，目前基于UWB的定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)井下移動(dòng)裝備定位的主要方式，動(dòng)態(tài)定位精度為1 m以上，且需要依托定位基站，只能作為人員駕駛裝備的輔助定位，無(wú)法應(yīng)用到礦井災(zāi)變應(yīng)急救援機(jī)器人的自主作業(yè)中。部分煤礦井下通過(guò)將激光雷達(dá)、IMU、4D毫米波雷達(dá)、里程計(jì)、深度相機(jī)等多傳感器用于無(wú)人駕駛裝備的融合建圖與定位，但仍需數(shù)量龐大的攝像頭（路測(cè)系統(tǒng)）進(jìn)行定位精度補(bǔ)償，否則運(yùn)動(dòng)定位偏差>30 cm，在礦井災(zāi)變情況下該定位方式無(wú)法實(shí)施。

（2）在井下定位建圖算法方面，作為目前最先進(jìn)的算法之一，LIO-SAM通過(guò)引入激光雷達(dá)關(guān)鍵幀的滑動(dòng)窗口來(lái)限制計(jì)算復(fù)雜度，利用因子圖進(jìn)行聯(lián)合IMU和激光雷達(dá)約束優(yōu)化，盡可能獲得更高的建圖精度，并且使算法的工作速度更快更準(zhǔn)確。上述方法在礦山井下實(shí)際場(chǎng)景的應(yīng)用如圖3所示。

圖3 多種融合建圖方法在礦山井下實(shí)際場(chǎng)景的應(yīng)用

礦井災(zāi)變發(fā)生后，在面對(duì)井下GNSS拒止、多灰塵低光照環(huán)境，導(dǎo)致雷達(dá)感知性能受限、導(dǎo)航數(shù)據(jù)在高粉塵低光照條件下退化，多源融合算法在井下受限算力平臺(tái)實(shí)時(shí)處理能力不足等特殊環(huán)境及較多限制時(shí)，保證SLAM系統(tǒng)的建圖精度、實(shí)時(shí)性、累積誤差和可靠性之間的平衡，是礦井災(zāi)變發(fā)生后建圖、定位與導(dǎo)航面臨的核心難題，也限制了偵測(cè)機(jī)器人在此類(lèi)特殊環(huán)境下的自主導(dǎo)航能力。

2.3 環(huán)境感知與災(zāi)區(qū)建模技術(shù)

井下災(zāi)變環(huán)境具有顯著的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)性，造成感知數(shù)據(jù)獲取難度大、感知精度波動(dòng)大以及模型構(gòu)建不確定性高等問(wèn)題?，F(xiàn)階段多類(lèi)型滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)防爆的傳感器得到了應(yīng)用，部分已取得煤安證書(shū)的環(huán)境感知傳感器如圖4所示。

圖4 部分已取得煤安證書(shū)的環(huán)境感知傳感器

（1）激光雷達(dá)在井下巷道結(jié)構(gòu)擾動(dòng)區(qū)域可實(shí)現(xiàn)對(duì)塌方體、障礙物及巷道輪廓的實(shí)時(shí)還原，但在高粉塵、高濕及多反光環(huán)境中存在建模稀疏、細(xì)節(jié)缺失的問(wèn)題。

（2）基于視覺(jué)的多尺度語(yǔ)義分割方法具備良好的場(chǎng)景理解能力，能輔助識(shí)別障礙類(lèi)型、通行區(qū)域及人員遺留物，但在低照度及強(qiáng)煙塵遮擋條件下圖像質(zhì)量受限，影響其感知效果。

（3）紅外與熱成像設(shè)備結(jié)合多通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的紅外圖像目標(biāo)檢測(cè)算法，已可實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫泄漏、人體熱源的初步識(shí)別，但在動(dòng)態(tài)環(huán)境中仍面臨目標(biāo)輪廓不清晰、背景干擾大等問(wèn)題。

（4）氣體感知方面，依賴(lài)多組分傳感器與分布式布設(shè)方式，實(shí)現(xiàn)CH?、O?、CO等濃度的高頻監(jiān)測(cè)與泄漏源定位。

當(dāng)前災(zāi)區(qū)建模研究主要集中于三維環(huán)境重構(gòu)與災(zāi)情演化圖譜生成，但此類(lèi)方法對(duì)算力與數(shù)據(jù)一致性要求較高，尚難以直接部署于井下資源受限的移動(dòng)平臺(tái)；融合感知結(jié)果的語(yǔ)義地圖構(gòu)建成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，典型方法包括基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）進(jìn)行語(yǔ)義關(guān)系建圖，或基于Transformer結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)跨模態(tài)感知融合，有望實(shí)現(xiàn)災(zāi)情狀態(tài)的動(dòng)態(tài)表達(dá)與演化預(yù)測(cè)。

多源感知與建模技術(shù)已取得進(jìn)展，但在井下災(zāi)變高干擾環(huán)境下傳感器可靠性與冗余機(jī)制仍顯薄弱，異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的實(shí)時(shí)性亦受限于平臺(tái)算力?，F(xiàn)有建圖方法多聚焦于靜態(tài)場(chǎng)景，缺乏對(duì)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化與災(zāi)情連續(xù)演化的建模能力。未來(lái)亟須突破傳感器抗干擾設(shè)計(jì)、輕量化融合算法、多尺度語(yǔ)義建圖及環(huán)境演化預(yù)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建具備高魯棒性、精度與實(shí)時(shí)性的感知-建圖一體化系統(tǒng)，以支撐救援機(jī)器人在極端災(zāi)變條件下的智能化作業(yè)。

2.4 通信控制與抗干擾技術(shù)

通信控制系統(tǒng)是礦井災(zāi)變應(yīng)急救援機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、任務(wù)協(xié)同與數(shù)據(jù)回傳的關(guān)鍵支撐。井下環(huán)境普遍存在空間封閉、結(jié)構(gòu)曲折、金屬干擾嚴(yán)重等問(wèn)題，特別是在災(zāi)變場(chǎng)景下，巷道坍塌、高溫?zé)焿m及電磁干擾因素進(jìn)一步加劇通信鏈路的不穩(wěn)定性，嚴(yán)重制約了救援機(jī)器人的作業(yè)效率與任務(wù)可靠性。當(dāng)前井下通信技術(shù)主要包括有線通信、無(wú)線中繼通信與自組網(wǎng)通信3類(lèi)。

（1）有線通信如光纖牽引方案雖具備高帶寬與強(qiáng)抗干擾性，但敷設(shè)復(fù)雜，靈活性差，難以適應(yīng)災(zāi)后動(dòng)態(tài)演化場(chǎng)景。

（2）無(wú)線中繼技術(shù)通過(guò)節(jié)點(diǎn)部署構(gòu)建信號(hào)鏈路，在短距離范圍內(nèi)具備良好通信性能，但節(jié)點(diǎn)易受物理破壞且部署耗時(shí)，不適合應(yīng)急快速響應(yīng)。

（3）自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在災(zāi)變區(qū)域具備一定靈活性與可擴(kuò)展性，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，但在金屬密閉空間與多徑衰落環(huán)境中，通信穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性仍難以保障。

為提升通信魯棒性，部分研究引入認(rèn)知無(wú)線電、多跳中繼與多頻協(xié)同等智能通信策略。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）提出了基站冗余布置、多級(jí)無(wú)線中繼的無(wú)線中繼礦井應(yīng)急通信系統(tǒng)（圖5），實(shí)現(xiàn)了多路徑冗余機(jī)制與動(dòng)態(tài)信道分配，提升了災(zāi)后多機(jī)器人通信能力，取得初步成果，當(dāng)前礦井災(zāi)區(qū)通信仍存在部署復(fù)雜、能源受限、智能化不足等問(wèn)題。

圖5 無(wú)線中繼礦井應(yīng)急通信系統(tǒng)

未來(lái)需重點(diǎn)發(fā)展低功耗、高自組織能力的通信體系，強(qiáng)化通信與任務(wù)調(diào)度的協(xié)同設(shè)計(jì)，構(gòu)建適應(yīng)礦井災(zāi)變條件的高可靠智能通信系統(tǒng)，支撐多機(jī)器人系統(tǒng)在極端環(huán)境中的穩(wěn)定作業(yè)。

2.5 系統(tǒng)協(xié)同與多機(jī)器人任務(wù)執(zhí)行

在礦井災(zāi)變救援任務(wù)中，復(fù)雜環(huán)境、動(dòng)態(tài)災(zāi)情與任務(wù)多樣性對(duì)單一機(jī)器人的能力構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，難以滿(mǎn)足大范圍、多任務(wù)、高效率作業(yè)的實(shí)際需求。多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)，依托于任務(wù)分工、信息共享與行為協(xié)調(diào)機(jī)制，提升救援效率、系統(tǒng)冗余性與環(huán)境適應(yīng)能力，已成為礦井災(zāi)變救援機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要方向。當(dāng)前多機(jī)器人協(xié)同系統(tǒng)主要包括集中式與分布式控制2種架構(gòu)。

（1）集中式模式具備全局路徑優(yōu)化與統(tǒng)一調(diào)度能力，但對(duì)通信鏈路依賴(lài)大，魯棒性較弱。

（2）分布式控制注重個(gè)體自治與局部協(xié)同，具備更強(qiáng)的容錯(cuò)性與動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，適合井下高干擾環(huán)境。但其在任務(wù)一致性與信息融合方面仍存在瓶頸。

煤炭科學(xué)研究總院有限公司機(jī)器人團(tuán)隊(duì)提出基于魯賓斯坦協(xié)商策略的多機(jī)器人任務(wù)劃分與分配算法，從個(gè)體執(zhí)行能力與任務(wù)執(zhí)行情況差異角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)動(dòng)態(tài)劃分與分配，并且在礦區(qū)整體監(jiān)測(cè)任務(wù)中以3架無(wú)人機(jī)為平臺(tái)展開(kāi)了驗(yàn)證，基于魯賓斯坦協(xié)商策略的多機(jī)器人任務(wù)劃分與分配如圖6所示。

圖6 基于魯賓斯坦協(xié)商策略的多機(jī)器人任務(wù)劃分與分配

在系統(tǒng)組成方面，地面異構(gòu)機(jī)器人編組正逐步推廣，履帶式與輪式平臺(tái)通過(guò)任務(wù)劃分與功能互補(bǔ)，協(xié)同完成路徑探測(cè)、物資轉(zhuǎn)運(yùn)與環(huán)境監(jiān)測(cè)等任務(wù)。通過(guò)統(tǒng)一接口協(xié)議與模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)信息同步、路徑讓行與任務(wù)互換等基本協(xié)作功能，提升整體系統(tǒng)的靈活性與適應(yīng)性，多機(jī)器人系統(tǒng)在復(fù)雜災(zāi)變場(chǎng)景下仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

（1）井下資源受限條件下算法需兼顧時(shí)效性與低功耗。

（2）異構(gòu)平臺(tái)之間缺乏統(tǒng)一協(xié)議與語(yǔ)義兼容標(biāo)準(zhǔn)。

（3）災(zāi)情快速演化背景下，系統(tǒng)須具備較強(qiáng)的任務(wù)自適應(yīng)與故障容錯(cuò)能力。

未來(lái)研究應(yīng)聚焦高魯棒性協(xié)同機(jī)制、局部自主規(guī)劃、多模態(tài)感知融合與異構(gòu)協(xié)同接口標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建智能化、協(xié)同性與工程化高度統(tǒng)一的多機(jī)器人系統(tǒng)，支撐礦井災(zāi)變條件下的高效智能應(yīng)急響應(yīng)。

未來(lái)發(fā)展方向與趨勢(shì)展望

隨著井下災(zāi)變事件的頻發(fā)與災(zāi)害類(lèi)型的復(fù)雜化，礦井應(yīng)急偵測(cè)任務(wù)面臨多源擾動(dòng)、結(jié)構(gòu)不確定、信息缺失與風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)演化等挑戰(zhàn)，迫切需要構(gòu)建具備高智能、強(qiáng)協(xié)同與環(huán)境適應(yīng)能力的偵測(cè)體系。傳統(tǒng)依賴(lài)人工操作的模式暴露出響應(yīng)滯后、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、感知效率低等諸多弊端，未來(lái)發(fā)展需重點(diǎn)突破偵測(cè)裝備的系統(tǒng)化融合與決策鏈條的智能化延展。

（1）加快異構(gòu)偵測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)的部署與應(yīng)用，在滿(mǎn)足I類(lèi)防爆及井下高可靠性運(yùn)行要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)多類(lèi)型、小型化、高機(jī)動(dòng)平臺(tái)協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間內(nèi)多維感知任務(wù)的任務(wù)解耦與能力互補(bǔ)。不同平臺(tái)可搭載激光雷達(dá)、紅外熱成像、多組分氣體傳感、視覺(jué)攝像頭等異構(gòu)傳感器，支持對(duì)障礙物分布、溫升異常、有害氣體泄漏等多種災(zāi)情要素的實(shí)時(shí)獲取，并構(gòu)建語(yǔ)義級(jí)環(huán)境地圖，為后續(xù)輔助決策與災(zāi)情推演提供精確數(shù)據(jù)支撐。

（2）應(yīng)推動(dòng)偵測(cè)任務(wù)從信息采集向智能化感知-推演-決策閉環(huán)體系演進(jìn)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感、大數(shù)據(jù)分析與AI決策算法，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)推演與環(huán)境重構(gòu)的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建面向?yàn)?zāi)變演化全過(guò)程的智能偵測(cè)機(jī)制。同時(shí)，通過(guò)通信中繼、邊緣計(jì)算與圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提升機(jī)器人系統(tǒng)在通信中斷與算力受限條件下的本地感知與自主運(yùn)行能力。

（3）偵測(cè)機(jī)器人與智能單兵裝備深度融合成為重要發(fā)展趨勢(shì)。具備環(huán)境感知、語(yǔ)音交互與圖像傳輸能力的智能頭盔，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員與機(jī)器人系統(tǒng)之間的信息互通與任務(wù)協(xié)同；具備支撐與作業(yè)輔助功能的智能外骨骼系統(tǒng)，則可提升人機(jī)協(xié)同操作效率與災(zāi)區(qū)行動(dòng)能力。二者與異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同部署，有望形成人-機(jī)-網(wǎng)一體化的災(zāi)區(qū)信息感知體系，增強(qiáng)災(zāi)情掌握的廣度、深度與實(shí)時(shí)性。

（4）加強(qiáng)偵測(cè)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化與可推廣性方面的工程支撐，包括異構(gòu)平臺(tái)間的軟硬件接口規(guī)范、防爆電氣系統(tǒng)通用化、傳感模塊可插拔部署機(jī)制等，進(jìn)一步加快智能偵測(cè)裝備的實(shí)地部署能力與技術(shù)迭代效率。

綜上，建設(shè)面向礦井災(zāi)變的高智能、強(qiáng)魯棒性、多平臺(tái)協(xié)同偵測(cè)系統(tǒng)，將是實(shí)現(xiàn)礦山災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)體系智能化躍升的關(guān)鍵支撐方向。

總 結(jié)

（1）圍繞防爆結(jié)構(gòu)創(chuàng)成、同步定位與導(dǎo)航、環(huán)境感知與建圖、通信控制與抗干擾、多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)等5個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方向，梳理了礦井災(zāi)變環(huán)境下對(duì)救援裝備的適應(yīng)性要求，分析了當(dāng)前研究進(jìn)展與典型方案，指出了制約系統(tǒng)實(shí)用化部署的關(guān)鍵瓶頸。

（2）展望了礦井災(zāi)變偵測(cè)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，指出需重點(diǎn)突破異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)與協(xié)同感知能力，推動(dòng)偵測(cè)任務(wù)向感知-推演-決策”閉環(huán)系統(tǒng)演進(jìn)，強(qiáng)化智能單兵裝備與機(jī)器人系統(tǒng)的融合應(yīng)用，構(gòu)建具備高智能、強(qiáng)魯棒、快部署能力的應(yīng)急偵測(cè)體系。

（3）礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測(cè)機(jī)器人將在推動(dòng)礦山災(zāi)害響應(yīng)智能化轉(zhuǎn)型、提升應(yīng)急救援效率與安全性方面發(fā)揮不可替代的重要作用，未來(lái)應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)多學(xué)科交叉融合與工程化應(yīng)用研究，夯實(shí)智能礦山應(yīng)急體系的技術(shù)基礎(chǔ)。

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(huà)革新·改造學(xué)術(shù)園地、專(zhuān)題報(bào)道等。

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

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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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