CN102893232B - 用于布置采矿车定位的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于定位移动采矿车的方法，方法通过在驱动采矿车的同时扫描采矿车的环境来确定扫描数据。基于扫描数据和预存储的环境模型数据来确定位置信息。水平信息与环境模型数据的至少一些相关联，确定采矿车（1）的位置水平，并且基于确定的位置水平来选择要使用的环境模型数据。

Description

用于布置采矿车定位的方法和设备

技术领域

本发明涉及采矿车定位。

背景技术

在矿山中，使用各种采矿车，诸如凿岩装置、装载机器和传送机器。采矿车可以是有人的或无人的。例如可以从控制室遥控无人采矿车，并且它们可以被提供有适合于定位的测量装置。如果可以确定设备的位置，则可以沿着期望的路线来在矿山中引导无人采矿车。例如，可以通过激光扫描器来确定设备的位置。

WO 2007/012198公开了一种用于采矿车的自动导航的方法。操作员通过手动驱动（drive）或通过远程操作来向采矿车教导路线，采矿车沿着该路线可以在没有操作员的干预的情况下移动。在US 5 999 865中公开了用于导向自主车辆的系统以及在US 2006265166中公开了初始化采矿车的位置和方向的方法。

在采矿车的操作区域中的隧道上需要被用作用于路线确定的基础的预先教导的参考模型。该参考模型可以被称为环境模型。通常，通过驱动采矿车通过在操作区域中的所需隧道来教导环境模型。在操作区域的环境模型已经被教导、被绑定到操作区域的坐标系并且被存储在数据系统中时，采矿车被驱动来沿着特定路线来教导用于驱动任务所需的所述路线。导航系统确定采矿车的位置，并且可以与环境模型相关地确定在行驶路线上的路线点的位置。

发明内容

现在提供了一种与用于采矿车定位的布置相关的改进的解决方案。该解决方案特征在于在独立权利要求中限定的内容。在从属权利要求中公开了本发明的一些优选实施例。

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，其中，水平信息与环境模型数据相关联，确定所述采矿车的位置水平，并且基于所确定的位置水平来选择要使用的环境模型数据。根据本发明的第二方面，提供了一种设备，所述设备用于实现该方法，并且被布置来确定所述采矿车的位置水平，并且基于所确定的位置水平来选择要使用的所述环境模型数据。

根据本发明的一个实施例，基于位置信息和预存的路线点数据来导航所述采矿车，其中，至少一个水平数据项与所述路线点数据的至少一些相关联。基于被接收来执行驱动任务的所述路线点数据来在所述采矿车中确定所述位置水平。

本发明提供了在详细说明中将更好地披露的若干优点。本发明使得能够在自动化采矿车控制中使用在垂直方向上的至少部分重叠的区域。可以布置所述采矿车以自动地检测位置水平的改变，并且当需要时，改变位置水平和与位置水平相关联的环境模型数据。

附图说明

在下面，将参考附图结合一些优选实施例更详细地描述本发明的一些实施例，在附图中：

图1是移动采矿设备的示意侧视图，

图2是根据一个实施例的用于对采矿车进行定位和导航的布置的俯视图，

图3图示用于确定采矿车的驱动路线的实施例的设备，以及

图4至6图示根据一些实施例的方法。

具体实施方式

本发明的解决方案特别可应用于与在采矿工业中所需的移动采矿设备相关的安全系统，移动采矿设备诸如各种移动凿岩、装载和传送机器。下面，这种移动采矿设备被称为采矿车。本发明的应用领域不限于在下面说明的采矿车的定位系统，而是，本发明的特征也可以被应用到其他类型的采矿车的定位系统。也应当注意，通常，采矿车也可以指代用于在表面或地下操作区域中的矿石挖掘的各种机器，即，可以将采矿自动化系统至少部分地也定位在除了在实际地下矿中之外的某处。

图1示出采矿车1，在该情况下为装载机器，其前部包括用于传送和装载挖掘的材料的铲斗15。替代地，采矿车1可以例如是提供有箱子的凿岩装置或传送设备。采矿车1包括可移动载体2，其具有多个轮子3，至少一个轮子是被马达4通过功率传送驱动的驱动轮。马达4可以是电机、内燃机、液压马达或用于提供旋转扭矩的任何其他装置。功率传输通常包括齿轮系统5和必要的传动轴6、差速齿轮和其他功率传输元件，用于从马达4向驱动轮传送旋转扭矩。不像图1的示例中那样，采矿车可以替代地被轨道驱动。另外，采矿车1提供有控制系统，该控制系统至少包括第一控制系统7，第一控制系统7被布置来控制采矿设备1的致动器，以驾驶和操作采矿车。

而且，采矿车1可以包括数据传送单元8，第一控制系统7通过数据传送单元8可以通过利用由基站9提供的无线连接来与在采矿车1外部的第二控制系统10建立数据传送连接。第二控制系统10可以位于控制室11中，控制室11可以被布置在矿山外部。控制系统7和10可以是安装有适当软件的计算机。

图1被简化，并且，采矿车1的控制系统通常包括用于实现各种控制功能的多个单元。采矿车1的控制系统可以是分布式的控制系统，例如整体由连接到CAN（控制器区域网络）总线的模块组成并且涉及机器的测量和控制。控制室11的数据系统也可以包括一个或多个服务器、数据库、操作员工作站和到其它网络和系统的连接。

采矿车1的控制系统包括定位系统或单元。根据一个实施例，该定位系统包括至少一个陀螺仪12，通过该陀螺仪，有可能精确地确定采矿车的方向以定位。定位系统进一步包括用于确定采矿车1行驶的距离的装置。例如，一个或多个传感器13可以测量轮子的旋转。基于该测量数据，定位系统确定轮子的旋转运动，然后计算采矿车1行驶的距离。而且，定位系统可以包括一个或多个扫描器14，诸如激光扫描器等，通过该扫描器，有可能确定在采矿车1周围的空间和其形状。

图2图示根据一个实施例的基于扫描和在定位中使用的路线确定的原理和其用途。采矿车1的一侧或两侧可以包括激光扫描器14，通过激光扫描器14，可以确定矿山通道20的轮廓和表面轮廓。扫描器14可以是激光扫描器或超声波扫描器等，通过它，可以观察在采矿车周围的空间。

可以通过教导来创建用于采矿车1的驱动路线21。在该情况下，沿着期望的路径并且基于通过扫描数据处理而获得的位置数据来在人为控制中驱动采矿车1，以预定间隔确定用于路线21的路线点22a、22b、22c，并且将其存储在存储器中。

在期望的路线21已经被教导并且被存储在控制系统的存储器中时，采矿车1可以被控制来自主地导航路线21。在自动控制期间，可以通过使用例如激光扫描器14来确定采矿车1的位置。基于扫描数据和由预存的环境模型确定的墙壁位置数据，有可能确定采矿车1的当前位置，并且在隧道墙壁上不需要独立的标识器，诸如反射器或射频标识器。可以例如通过以下来实现位置数据的确定：执行航位推算并且基于扫描数据和环境模型数据来校正航位推算的结果，以便确定（最终的）位置信息。控制系统基于确定的位置和驱动路线的路线点来控制采矿车的行驶，使得采矿车1沿着路线21。

图2图示从采矿车1上看的采矿车1的操作区域，其中，在坐标轴x和y上二维地确定驱动路线的路线点22a至22c。通常，在采矿环境中，不可获得对于高度坐标的任何一般目的的、可靠的测量，并且因此在环境模型数据和驱动路线数据两者中，在二维中确定坐标。然而，在许多情况下，生产区域由几个部分或完全重叠的区域组成，在该情况下，二维位置信息不是明确的。

现在提供一种解决方案，其使得能够确定和使用垂直重叠的驱动路线。至少在环境模型数据的一些中，存在关联水平信息，该信息通过将整个环境模型或一个或多个环境模型点或部分与给定的水平相关联，典型地与和特定高度位置（z）相关的水平相关联。当采矿车1在行驶在预定义的路线时，确定采矿车1的当前位置水平，即，当前驱动情况的水平。基于对于采矿车确定的位置水平来选择要使用的环境模型数据，即，选择环境模型或特定的环境模型部分，与其相关联的水平对应于（以足够的精度）采矿车1的当前位置水平。采矿车1被布置来确定在驱动期间的位置水平，例如，在驱动路线上的给定点处的位置水平，并且当需要时，自动地改变要使用的环境数据。在该情况下，例如，当隧道划分为两个重叠的隧道时，采矿车1可以在进行到上或下隧道时自动地改变以使用正确的环境模型点。

环境模型通常是指表示采矿车的操作区域的模型，可以例如通过在操作区域内驱动采矿车并且扫描墙壁轮廓来确定该模型。在此要在广义上理解扫描以涵盖关于采矿车的当前周围环境的任何类型的数据定义。通常，环境模型包括至少在操作区域的边缘上的位置数据，诸如定义隧道墙壁的点，但是它也可以包括其他数据。驱动路线通常是指数据，基于该数据，采矿车1可以被控制来行驶期望的路线。

图3以简化的形式图示用于控制采矿车的实施例的设备，例如图1的采矿车1的控制系统7。该设备包括定位单元30、控制单元31和存储器32。

定位单元30涉及基于从扫描器15接收的测量数据和在存储器32中预存储的环境模型数据来确定采矿车的当前位置。基于由定位单元30提供的位置数据和在存储器32中预存储和/或在驱动期间接收的驱动路线数据，控制单元31控制采矿车来沿着预定的路线行驶。

定位单元30可以被特定布置来确定位置水平，并且当需要时，基于位置水平来改变用于定位的环境模型数据。

例如，可以通过其中执行一个或多个计算机程序的一个或多个通用数据处理处理器来实现单元30、31。计算机程序包括用于实现与位置水平的确定和/或利用相关联并且结合图4至6图示的特征的至少一些的代码。可以在诸如存储器32或独立的存储介质的计算机可读存储介质上存储计算机程序，从其可以获取计算机程序以在处理器中执行。除了计算机程序实现方式外，或替代其，可以作为硬件实现方式，例如通过使用ASIC（专用集成电路），来执行当前功能的至少一部分。

所述设备也可以包括到其他系统或单元的一个或多个其他接口。所述设备通常连接到数据传送单元8，通过该数据传送单元8，有可能向采矿车1发送驱动路线数据或其他控制数据。应当注意，图3的设备仅是可能的实现方式的一个示例，并且，在下面更详细地公开的当前功能也可以被实现在另一种类型的设备中。例如，一个单元可以涉及定位单元30和控制单元31两者的功能，或者，该设备可以包括当前功能被分布到的多个单元。也应当注意，该设备可以包括若干独立的存储器，例如，用于单元30和31的不同存储器。

图4示出根据一个实施例的方法，可以例如在图3中所示的定位单元30中实现该方法。

在步骤400中，初始化位置水平。有可能例如在驱动任务的开始时进入步骤400，并且，采矿车位于驱动任务的开始位置，并且在步骤400中确定初始位置水平。可以与开始位置（绝对或相对位置）的初始化同时地初始化位置水平。可以基于从用户接收的输入数据或基于诸如定义驱动任务的驱动路线数据的控制数据来执行位置水平的初始化。如果用户初始化错误的水平，则位置的可靠性不可能充分，因为在定位中包括的扫描器测量不对应于所选择的水平的环境模型。

在步骤410中，选择和获取与初始化的位置水平相关联的环境模型点数据，以在采矿车1的驱动期间使用。因此，在该情况下，有可能选择要在驱动任务的至少一部分中使用的环境模型。定位单元30可以从存储器32获取例如与确定的位置水平相关联的特定的环境模型文件。自然地，采矿车1的当前位置可以影响要在步骤410中获取的环境模型数据。

基于从扫描器接收的测量数据和在步骤420（410?）中获取的环境模型数据，在驱动期间在连续的基础上确定采矿车1的相对或绝对位置。在步骤420中，确定采矿车1的当前位置。替代地，如果在图4中所示的算法与确定位置数据的功能分离地被实现，则在步骤420中，有可能接收对于采矿车1确定的位置数据。

在步骤430中，确定与采矿车1的当前驱动情况相关联的位置水平。可以基于采矿车1的当前位置和/或在当前驱动情况中进行的另一个检查来确定该位置水平。有可能例如以给定的间隔或基于诸如当驱动分段在改变时的某个其他标准来进行到步骤430。

在步骤440中，基于确定的位置水平来检查是否需要改变位置水平（在步骤400中初始化）。在该情况下，有可能将确定的位置水平与和在使用中的环境模型相关联的一个或多个水平进行比较。如果不必改变位置水平，则基于在步骤440中进行的检查，有可能返回到步骤420。如果位置水平改变使得现在使用的环境模型不与新的位置水平相关联，则基于该位置水平来选择新的环境模型数据。在该情况下，在步骤450中，有可能获取/确定与新的位置水平相关联的环境模型点数据以用在位置定义中（420）。例如，如果存在用于不同水平的不同文件，则在步骤450中，有可能获取要在与对于采矿车确定的位置水平相关联的位置确定中使用的环境模型文件。

因此可以在操作区域的至少一部分中根据水平来划分在环境模型中的点。根据一个实施例，属于在环境模型中的不同水平的点位于例如结合点处，其中，隧道划分为至少部分地在彼此之上或至少彼此接近的不同高度位置的分支。换句话说，相同的x和y坐标或至少接近的那些可以确定与不同水平相关联的若干环境模型点。在该情况下，有可能与水平改变相关地改善定位的操作可靠性，并且使得在水平改变之前或其紧后由多个扫描器14执行的测量能够落在在使用的水平的区域内。

根据一个实施例，除了表示墙壁的位置的点的x和y坐标之外，环境模型确定以适当的精度确定和可用作水平数据的z坐标。可以至少在其中存在至少部分地重叠的操作区域（例如，采矿隧道）的部分中的环境模型中确定z坐标。可以对于每一个点独立地或对于一组点确定z坐标。然而，应当注意，可以以多种方式在环境模型（并且也可以在驱动路线数据）中确定位置水平，例如，可以通过使用用于操作区域的每个至少部分重叠的区域的任何标识符来确定位置水平。

根据一个实施例，至少一个水平数据项与在采矿车1的控制中使用的驱动路线数据的至少一些相关联。在步骤400和/或步骤430中，有可能基于被接收来用于执行驱动任务的驱动路线点数据来确定在采矿车1中的位置水平。可以以多种方式，例如，通过将位置水平数据与和所述水平相关的一组驱动路线点或甚至独立地与每一个驱动路线点相关联来在驱动路线数据中确定位置水平。

根据一个实施例，将驱动路线确定为互连的路线部分，即，每一个具有专用标识符代码的分段。继而，对于每一个分段，有可能如果期望则根据分段特性来定义驱动速度和其他功能的极限值。特定于分段的数据可以被预先存储在采矿车1的控制设备的存储器中，据此，通过向采矿车1仅发送关于在任务中涉及的路线分段的标识符代码的列表来发生最简单的驱动任务的确定。在作为参考被包含在此的公布WO2004/085965中更详细地描述了基于分段的路线确定。

在特定于分段的数据中，现在可以作为新的信息确定水平信息。在步骤430中，采矿车1可以通过检查与采矿车的当前位置相关的分段的水平数据来定义位置水平。在已知每一个分段所属的水平并且另一方面已知其中驱动在每一个特定时刻发生的分段的情况下，有可能基于该信息来确定在那时的采矿车1的位置水平。在该情况下，定位单元30可以基于从控制单元31接收的数据来确定位置水平。可以每次分段在改变时，确定位置水平。

根据一个实施例，基于从在采矿车1的操作区域中布置的独立的识别单元或在采矿车1中布置的检测器接收的标识信息来在步骤430中确定位置水平。在操作区域中，例如，与交叉点相关地，可以安装识别单元，其具有采矿车被布置来通过使用短距离无线电连接读取的标识符。

根据另一个实施例，可以至少指示位置水平的起点和/或终点的位置数据与位置水平相关联。水平信息因此可以链接到特定位置，并且可以在步骤430中确定位置水平，并且，可以仅基于在步骤420中确定的采矿车的位置来检测位置水平的改变。在步骤430、440中，因此有可能基于与各种位置水平相关联的位置数据和采矿车的（最新）的位置信息的比较来确定位置水平。

当采矿车的当前位置以足够的精度对应于与新的位置水平相关联的位置时，在步骤450中，定位单元30可以改变位置水平，并且获取与新的位置水平相关联的环境模型。这个实施例使得在其中采矿车控制不使用包括水平数据的驱动路线数据的情况下也能够适当地作用的水平改变。例如，在遥控驱动中，未向采矿车1给予任何路线分段，但是采矿车独自知道它本身的坐标。

上面说明了包括用于定位采矿车1的特定于水平的数据的环境模型的使用。可以通过驱动采矿车1来教导该种类型的环境模型。图5以简化形式图示如何确定包括位置水平数据的环境模型。例如可以通过与采矿车的定位系统操作地连接的环境建模单元或工具来实现图5的步骤。

当产生确定环境模型的需要时，首先确定将确定环境模型（或其第一点）的位置水平。在步骤500中，也可能确定环境模型的起点，并且因此确定环境模型的开始坐标。这个起点可以被用作在环境模型的确定中和可选地也在驱动路线的确定中的参考点。从环境模型的开始区域向教导终止区域开始驱动采矿车1。

在步骤510，例如，基于从扫描器14接收的数据、行驶距离和方向来确定或接收墙壁位置数据。从采矿车1的扫描器接收的测量数据被过滤和处理，并且，基于距离测量在驱动期间确定墙壁位置数据。

在与在步骤500中设置的位置水平（直接或间接）相关联的步骤520中存储墙壁位置数据。应当注意，在环境模型的确定期间，也可能改变位置水平，因此方法可以返回到步骤500。

根据一个实施例，当在教导驱动路线时，一个或多个位置水平数据项与驱动路线数据的至少一些相关联。例如，可以从在驱动路线的教导期间使用的环境模型的位置水平信息或基于用户的输入来获得该位置水平数据项。

图6以简化方式图示确定驱动路线的位置水平数据的主要步骤。例如可以通过路线确定单元来实现图6的步骤，路线确定单元可操作地与采矿车的定位系统进行通信。在步骤600中，首先初始化驱动路线的起点，即，起点的位置和位置水平。

在步骤610中，通过使用适当的环境模型来确定驱动路线的路线点数据。如果通过除了实现图6的功能的单元之外的某个单元来确定路线点的位置数据，则在步骤610中，有可能接收驱动路线点数据。可以通过沿着期望的路线驱动采矿车1来确定驱动路线的路线点，由此基于扫描数据和环境模型来确定位置数据。

在步骤620中与驱动路线的专用当前位置相关联地存储对于驱动路线确定的路线点数据。在步骤620中存储的驱动路线点数据的至少一些与位置水平例如分段特定地（直接或间接）相关联。可以例如在矿山控制系统的数据库中的在任何存储器媒体32上存储驱动路线数据。应当注意，在驱动路线的确定期间，也可能改变位置水平，因此方法可以返回到步骤600。

根据一个实施例，在基于XML（可扩展标记语言）的文件中存储包括水平信息的环境模型和/或驱动路线数据。然而，应当注意，本实施例的应用不限于任何特定的存储格式。

对于本领域内的技术人员显而易见的是，随着技术进步，可以以多种方式来实现本发明的基本思想。因此，本发明和其实施例不限于上述的示例，而是它们可以在权利要求的范围内改变。因此可以将各种特征省略、修改或替换为等同物，并且，在本申请中阐述的特征可以组合以提供各种组合。

Claims (13)

1.一种用于对移动的采矿车进行定位的方法，其中，通过在驱动所述采矿车的同时扫描所述采矿车的环境来确定扫描数据，并且

基于所述扫描数据和预存储的环境模型数据通过定位单元来确定用于所述采矿车的位置信息，所述预存储的环境模型数据包括关于至少操作区域的边缘的位置数据，

其特征在于水平信息与所述环境模型数据的至少一些相关联，

通过所述定位单元确定所述采矿车的位置水平，

基于所确定的位置水平通过所述定位单元来选择要使用的环境模型数据，以及

响应于在驱动期间的位置水平的改变，获取与新的位置水平相关联的环境模型数据以在所述位置信息的确定中使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述采矿车的驱动事件的起点处初始化所述位置水平，并且

获取与所初始化的位置水平相关联的环境模型数据，以在所述采矿车的驱动期间使用。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述位置数据和预存储的驱动路线点数据来驾驶所述采矿车，

至少一个水平数据项与所述驱动路线点数据的至少一些相关联，并且

基于被接收来执行驱动任务的所述驱动路线点数据来在所述采矿车中确定所述位置水平。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述驱动路线被确定为一组分段，每一个分段与水平信息相关联，并且

基于与所述采矿车的当前位置相关的分段的水平数据来确定所述位置水平。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于在所述采矿车的操作区域中接收到的标识信息、基于从在所述采矿车上布置的检测器获得的信息或基于与所述水平信息相关联的位置数据和所述采矿车的位置数据的比较来确定所述位置水平。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据基于所述采矿车的驱动确定的墙壁位置数据和设置的位置水平来确定所述环境模型数据。

7.一种用于确定采矿车位置信息的设备，至少包括用于对移动的采矿车进行定位的数据处理装置，其中，所述设备被布置为基于通过扫描所述采矿车的环境而获得的扫描数据和预存储的环境模型数据来在定位单元中确定所述采矿车的位置信息，所述预存储的环境模型数据包括关于至少操作区域的边缘的位置数据，其特征在于水平信息与所述环境模型数据的至少一些相关联，并且所述设备还被布置为：

通过所述定位单元确定所述采矿车的位置水平，

通过所述定位单元基于所述位置水平来选择要使用的环境模型数据，并且

响应于在驱动期间的位置水平的改变而获取与新的位置水平相关联的环境模型点数据以在所述位置信息的确定中使用。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述设备被布置为在所述采矿车的驱动事件的起点处初始化所述位置水平，并且

所述设备被布置为获取与所初始化的位置水平相关联的环境模型点数据以在所述采矿车的驱动期间使用。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述采矿车被布置为基于所述位置数据和预存储的驱动路线点数据被驾驶，

至少一个水平数据项与所述驱动路线点数据的至少一些相关联，并且

所述设备被布置为基于被接收来执行驱动任务的所述驱动路线点数据来在所述采矿车中确定所述位置水平。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述驱动路线被确定为一组分段，水平信息与每一个分段相关联，并且

所述设备被布置为基于与所述采矿车的当前位置相关的分段的水平信息来确定所述位置水平。

11.根据权利要求7所述的设备，其中，所述设备被布置为基于在所述采矿车的操作区域中接收到的标识信息、或基于从在所述采矿车上布置的检测器获得的信息或基于与所述水平数据相关联的位置数据和所述采矿车的位置信息的比较来确定所述位置水平。

12.根据权利要求7所述的设备，其中，所述设备被布置为根据基于所述采矿车的驱动确定的墙壁位置数据和设置的位置水平来确定所述环境模型数据。

13.一种采矿机器，其特征在于，所述采矿机器包括权利要求7至12的任何一项的设备。