CN105425789A - 一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明目的是为了避免无人驾驶机车在发生异常情况下造成安全事故，提供一种基于规则的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑设计方法，以实现对矿机机车在无人驾驶状态下实现对机车的可信性控制。本发明将机车控制逻辑设计成逻辑判断规则集合，同时将多种信息分析处理简化为逻辑上0与1的判决条件，兼顾了逻辑设计的简洁性和执行的高效性、同时将信息简化为在逻辑规则制定时充分考虑故障导向安全原则，充分保证了系统操作的高可信性；采用逻辑判断规则执行的方式，减小了系统的开发难度，有利于标准化；利用规则执行的方式，实现了程序代码与规则库的分离，提高了系统的开发速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，具体来说是基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构。
背景技术
矿井无人驾驶系统控制逻辑是指矿井机车在无人驾驶的状态下通过机车获取的事件信息经过逻辑控制规则的匹配推导最终给出正确的执行指令。其目的是保证矿井机车在无人驾驶的情况下能够自主、安全、可靠的完成运输任务，避免驶人员在矿井环境下进行人工操作，提高了井下运输工作的安全性。
机车控制器是整个矿井无人驾驶系统最核心的部件，调度信息、进路信息、行车速度、路况信息、位置信息等都要经过机车控制器处理内部的控制逻辑进行分析处理才能输出最终的行车状态，因此无人驾驶系统是否安全可靠都取决于机车控制逻辑能否实现在机车出现故障时导向安全。目前国内尚缺乏一套基于规则匹配的高可信的基于规则匹配的矿井无人驾驶机车控制逻辑结构。
发明内容
本发明的目的是为了避免无人驾驶机车在发生异常情况下造成安全事故，提供一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，以实现对矿机机车在无人驾驶状态下实现对机车的可信性控制。
一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，所述的控制逻辑结构包括信息输入层、规则匹配层、状态输出层，各层之间通过通讯总线完成双向通信；
a、所述的规则匹配层是指通过机车控制逻辑规则集合以及控制逻辑规则匹配库形成的逻辑规则匹配层，具体过程如下：
a1、结合机车的系统结构确定机车的控制需求；所述控制需求是指各设备之间的控制关系；再基于故障安全性原则确定机车控制逻辑规则集合；所述控制规则集合是指各控制状态执行需满足的逻辑规则推导式集合；
a2、按照特定的编码规范，将规则组的集合转换为二进制代码，形成特定编码方式，结合步骤a1中的机车控制逻辑规则集合形成形式化的逻辑规则匹配库，进而实现控制逻辑规则匹配层；
b、所述的信息输入层通过信息分类，对机车的信息输入设备和设备的状态进行编号，依照步骤a2中的特定编码方式按设备编号由小到大的顺序生成输入设备信息表，并将设备信息表发送至逻辑规则匹配层，实现信息输入；
c、所述的状态输出层是指逻辑规则匹配层将设备信息表中的各种事件触发信息与逻辑规则匹配库中相应的事件触发条件进行匹配，并将匹配规则生成的执行指令生成状态执行表并发送至各控制设备，实现状态输出。
1、所述步骤a1中结合机车的系统结构确定机车的控制需求以及基于故障安全性原则将机车各设备之间的状态控制关系表示为逻辑控制规则集合的过程如下：
1.1、根据系统结构给出各设备的功能以及各设备之间的控制关系，该控制关系即是指两者之间的事件触发条件；
1.2、依照故障安全性法则确定各设备状态控制与各事件触发条件之间的逻辑关系；
1.3、对上述确定的逻辑关系，结合机车的控制需求生成相应的机车逻辑控制规则集合。
2、所述步骤a2中的形成形式化的逻辑规则匹配库的过程如下：
2.1、确定编码规则：二进制代码格式定义为类别、编号、状态三个字段，其中编号字段占一个字节，类别、状态字段共用一个字节；
2.2、依照信息的流向信息将机车设备分为输入设备和状态输出设备两个类别，并对各类别设备及其状态进行编号并且按上述编码规则对各设备进行编码；
2.3、将上述1.3中所述的逻辑控制规则集合，结合已有的设备及状态编码，生成形式化的逻辑匹配规则库。
3、所述信息输入层通过信息分类实现信息输入的过程如下：
3.1、给出各状态输出设备所输出的控制状态，依照控制状态将与之相关的输入设备状态信息分为一类，并且将这些信息按信息输入设备编号进行排序；
3.2、将上述3.1中所提到的各种信息及状态，依照2.1中所述编码规则进行编码；
3.3、将上述所分类信息按照其状态输出设备控制状态的编号由小到大排序生成输入状态信息表，并将生成的输入状态信息表先进行备份然后发送至逻辑匹配层；
3.4、通过逻辑匹配层将设备信息表中的各种事件信息放入逻辑规则库中进行匹配，生成最终的状态执行表。
4、所述状态输出层实现状态输出的过程如下：
4.1、将上述3中输入状态信息表中的事件信息按与之相关的事件触发条件进行匹配；
4.2、按照状态输出设备的编号找到各设备状态相应的控制规则，将各分类的信息输入到相应控制匹配规则中进行逻辑判断；
4.3、判断无误后，给出相应的状态执行指令，按照状态输出设备的编号生成状态执行表并发送给相应状态输出设备。
与现有技术相比，本发明的有益之处体现在：
本发明将机车控制逻辑设计成逻辑判断规则集合，保证了逻辑的完整性、严密性，同时将多种信息分析处理简化为逻辑上0与1的判决条件，兼顾了逻辑设计的简洁性和执行的高效性、同时将信息简化为在逻辑规则制定时充分考虑故障导向安全原则，对高风险的操作需要严格的条件验证，而对于低风险的操作则验证相对简易，充分保证了系统操作的高可信性；采用逻辑判断规则执行的方式，减小了系统的开发难度，有利于标准化；利用规则执行的方式，实现了程序代码与规则库的分离，若要为控制逻辑添加新的判定规则，只需要更新规则库与配置库，提高了系统的开发速度。
附图说明
图1矿井机车无人驾驶系统结构图。
图2逻辑规则生成示意图。
图3信息匹配示意图。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述：
具体实施方式
如图1所示，一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，所述的控制逻辑结构包括信息输入层、规则匹配层、状态输出层，各层之间通过通讯总线完成双向通信，
a、所述的规则匹配层是指通过机车控制逻辑规则集合以及控制逻辑规则匹配库形成的逻辑规则匹配层，具体过程如下：
a1、结合机车的系统结构确定机车的控制需求；所述控制需求是指各设备之间的控制关系；再基于故障安全性原则确定机车控制逻辑规则集合；所述控制规则集合是指各控制状态执行需满足的逻辑规则推导式集合；
a2、按照特定的编码规范，将规则组的集合转换为二进制代码，形成特定编码方式，结合步骤a1中的机车控制逻辑规则集合形成形式化的逻辑规则匹配库，进而实现控制逻辑规则匹配层；
b、所述的信息输入层通过信息分类，对机车的信息输入设备和设备的状态进行编号，依照步骤a2中的特定编码方式按设备编号由小到大的顺序生成输入设备信息表，并将设备信息表发送至逻辑规则匹配层，实现信息输入；
c、所述的状态输出层是指逻辑规则匹配层将设备信息表中的各种事件触发信息与逻辑规则匹配库中相应的事件触发条件进行匹配，并将匹配规则生成的执行指令生成状态执行表并发送至各控制设备，实现状态输出。
1、所述步骤a1中结合机车的系统结构确定机车的控制需求以及基于故障安全性原则将机车各设备之间的状态控制关系表示为逻辑控制规则集合的过程如下：
1.1、按照图2所示的系统结构给出各设备的功能以及各设备之间的控制关系，该控制关系即是指两者之间的事件触发条件；
1.2、依照故障安全性法则确定各设备状态控制与各事件触发条件之间的逻辑关系；
1.3、对上述确定的逻辑关系，结合机车的控制需求生成相应的机车逻辑控制规则集合，如图3所示。
2、所述步骤a2中的形成形式化的逻辑规则匹配库的过程如下：
2.1、确定编码规则：二进制代码格式定义为类别、编号、状态三个字段，其中编号字段占一个字节，类别、状态字段共用一个字节；
2.2、依照信息的流向信息将机车设备分为输入设备和状态输出设备两个类别，并对各类别设备及其状态进行编号并且按上述编码规则对各设备进行编码；
2.3、将上述1.3中所述的逻辑控制规则集合，结合已有的设备及状态编码，生成形式化的逻辑匹配规则库。
3、所述信息输入层通过信息分类实现信息输入的过程如下：
3.1、给出各状态输出设备所输出的控制状态，依照控制状态将与之相关的输入设备状态信息分为一类，并且将这些信息按信息输入设备编号进行排序；
3.2、将上述3.1中所提到的各种信息及状态，依照2.1中所述编码规则进行编码；
3.3、将上述所分类信息按照其状态输出设备控制状态的编号由小到大排序生成输入状态信息表，并将生成的输入状态信息表先进行备份然后发送至逻辑匹配层；
3.4、通过逻辑匹配层将设备信息表中的各种事件信息放入逻辑规则库中进行匹配，生成最终的状态执行表。
4、所述状态输出层实现状态输出的过程如下：
4.1、将上述步骤3中输入状态信息表中的事件信息按与之相关的事件触发条件进行匹配；
4.2、按照状态输出设备的编号找到各设备状态相应的控制规则，将各分类的信息输入到相应控制匹配规则中进行逻辑判断；
4.3、判断无误后，给出相应的状态执行指令，按照状态输出设备的编号生成状态执行表并发送给相应状态输出设备。
实施例一：以机车驻车为例。
1、信息分类
与机车驻车控制相关的设备信息包括：
(1)进路信息中车辆行驶到该驻车停靠路段位置；
(2)遥控信息中遥控设备发来驻车指令；
(3)路况信息提示前方有障碍物；
(4)调度指令机车运行任务结束需要驻车；
2、确定逻辑关系
驻车是为了防止机车在速度为0时发生侧滑，依照故障安全性原则此操作为提高机车安全性的操作，因此上述条件为‘或’的关系，即上述任何一个条件发生都驻车操纵都会执行，对于本次操作因此有如下逻辑关系：
(信息1＝＝条件(1))||(信息2＝＝条件(2))||(信息3＝＝条件(3))||(信息4＝＝条件(4))＝1；
3、信息编码
利用编码规则进行编码操作如表1所示；
表1驻车编码状态表
4、确定逻辑控制规则
给出驻车逻辑控制匹配规则；
5、规则匹配给出执行指令
从信息输入层所得到的相应信息的编码为：
信息1＝0x0111；信息2＝0x0210；信息3＝0x0410；信息4＝0x0712；代入控制规则：
故而最终生成驻车执行指令执行驻车操作；
实施例二：以机车加速为例。
1、信息分类
与机车驻车控制相关的设备信息包括：
(1)收到遥控操作设备发来的加速指令||进路信息表提示进入加速路段；
(2)路况信息提示前方无障碍物；
(3)能够检测到当前车速在限制速度以下；
2、确定逻辑关系
机车加速会提高机车运行的风险，依照故障安全性原则此操作为降低机车安全性的操作，因此上述条件为‘与’的关系，即当且仅当上述所有条件发生时加速操纵才会执行，对于本次操作因此有如下逻辑关系：
(信息1＝＝条件(1))&&(信息2＝＝条件(2))&&(信息3＝＝条件(3))＝1；
3、信息编码
利用编码规则进行编码操作如表2所示；
表2驻车编码状态表
4、确定逻辑控制规则
给出驻车逻辑控制匹配规则；
5、规则匹配给出执行指令
从信息输入层所得到的相应信息的编码为：
信息1＝0x0111；信息2＝0x0711；信息3＝0x0410；信息4＝0x0510；代入控制规则：
故而最终生成加速执行指令执行加速操作。
Claims (5)
1.一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，所述的控制逻辑结构包括信息输入层、规则匹配层、状态输出层，各层之间通过通讯总线完成双向通信；
a、所述的规则匹配层是指通过机车控制逻辑规则集合以及控制逻辑规则匹配库形成的逻辑规则匹配层，具体过程如下：
a1、结合机车的系统结构确定机车的控制需求；所述控制需求是指各设备之间的控制关系；再基于故障安全性原则确定机车控制逻辑规则集合；所述控制规则集合是指各控制状态执行需满足的逻辑规则推导式集合；
a2、按照特定的编码规范，将规则组的集合转换为二进制代码，形成特定编码方式，结合步骤a1中的机车控制逻辑规则集合形成形式化的逻辑规则匹配库，进而实现控制逻辑规则匹配层；
b、所述的信息输入层通过信息分类，对机车的信息输入设备和设备的状态进行编号，按照特定编码方式按设备编号由小到大的顺序生成输入设备信息表，并将设备信息表发送至逻辑规则匹配层，实现信息输入；
c、所述的状态输出层是指逻辑规则匹配层将设备信息表中的各种事件触发信息与逻辑规则匹配库中相应的事件触发条件进行匹配，并将匹配规则生成的执行指令生成状态执行表并发送至各控制设备，实现状态输出。
2.如权利要求1所述的一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，其特征在于：所述步骤a1中结合机车的系统结构确定机车的控制需求以及基于故障安全性原则将机车各设备之间的状态控制关系表示为逻辑控制规则集合的过程如下：
2.1、根据系统结构给出各设备的功能以及各设备之间的控制关系,该控制关系即是指两者之间的事件触发条件；
2.2、依照故障安全性法则确定各设备状态控制与各事件触发条件之间的逻辑关系；
2.3、对上述确定的逻辑关系，结合机车的控制需求生成相应的机车逻辑控制规则集合。
3.如权利要求1所述的一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，其特征在于：所述步骤a2中的形成形式化的逻辑规则匹配库的过程如下：
3.1、确定编码规则：二进制代码格式定义为类别、编号、状态三个字段，其中编号字段占一个字节，类别、状态字段共用一个字节；
3.2、依照信息的流向信息将机车设备分为输入设备和状态输出设备两个类别，并对各类别设备及其状态进行编号并且按上述编码规则对各设备进行编码；
3.3、将上述2.3中所述的逻辑控制规则集合，结合已有的设备及状态编码，生成形式化的逻辑匹配规则库。
4.如权利要求1所述的一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，其特征在于：所述信息输入层通过信息分类实现信息输入的过程如下：
4.1、给出各状态输出设备所输出的控制状态，依照控制状态将与之相关的输入设备状态信息分为一类，并且将这些信息按信息输入设备编号进行排序；
4.2、将上述4.1中所提到的各种信息及状态，依照3.1中所述编码规则进行编码；
4.3、将上述所分类信息按照其状态输出设备控制状态的编号由小到大排序生成输入状态信息表，并将生成的输入状态信息表先进行备份然后发送至逻辑匹配层；
4.4、通过逻辑匹配层将设备信息表中的各种事件信息放入逻辑规则库中进行匹配，生成最终的状态执行表。
5.如权利要求1所述的一种基于规则匹配的矿井机车无人驾驶系统控制逻辑结构，其特征在于：所述状态输出层实现状态输出的过程如下：
5.1、将上述4中输入状态信息表中的事件信息按与之相关的事件触发条件进行匹配；
5.2、按照状态输出设备的编号找到各设备状态相应的控制规则，将各分类的信息输入到相应控制匹配规则中进行逻辑判断；
5.3、判断无误后，给出相应的状态执行指令，按照状态输出设备的编号生成状态执行表并发送给相应状态输出设备。
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