CN105513340B - 一种基于gps的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，旨在解决露天矿端限量式单道平硐的车辆交通疏导问题，其基本指示原则是：在限量一端未达到极限的情况下，车辆在平硐的任一端准备进入平硐时，只要平硐内无相向的车辆则进入平硐行驶，而在其达到极限的情况下，禁止非限量端进入平硐，优先指示限量端车辆进入，具体解决方法是：在平硐两端分别设置GPS定位扫描区、等候区和红绿灯指示器，并将其通过RS485通讯线与上位工控机相连，每个车辆配备GPS定位终端，由工控机集中接收定位数据和控制指示灯进行疏导；该方法可利用现有露天矿GPS车辆调度系统的定位数据，节约成本，计算量小，原理简单，鲁棒性好，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法

技术领域

本发明属于系统科学与信息技术领域，特别涉及一种基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法。

背景技术

露天矿采矿生产过程中，由于露天采场受地形等条件的限制，为了缩短运输距离，节约运输成本，经常采用汽车-平硐运输。如我国某大型露天矿为了将岩石运送到排土场，在采场和排土场之间修建一条平硐，平硐长约700米，为了节约成本平硐相对狭窄，宽约3米，同一时间内的车辆只能在同一方向上行驶(单道)，且平硐一侧即为排土场，矿车多为45吨大型设备，为了保证转弯半径等，排土场能够容纳的车辆有限，最多容纳8辆，称这类交通环境为端限量式单道平硐。为了对其进行有效的交通控制，防止在平硐内和平硐一侧出现交通堵塞，有必要研究一种交通控制方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，可解决端限量式单道平硐的车辆交通疏导问题，具有计算量小、原理简单、鲁棒性好等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，在平硐的非限量端设置非限量端扫描区及非限量端等候区，非限量端等候区是非限量端扫描区内从扫描中心点至位于平硐非限量端硐口方向基准点A的直线距离为a₁的区域，a₁小于非限量端扫描区的扫描半径R₁，限量端设置限量端扫描区及限量端等候区，限量端等候区是限量端扫描区内从扫描中心点至位于平硐限量端硐口方向基准点B的直线距离为a₂的区域，a₂小于限量端扫描区的扫描半径R₂，其中，a₁和a₂的取值均至少要满足能够获取车辆至少两次GPS坐标数据，记录两个扫描区的中心点坐标。在平硐的两个端口分别安装有连接至上位工控机的红绿灯指示器，要求每个车辆配备GPS定位终端，上位工控机实时接收GPS定位终端的定位数据，判断车辆所在的位置实时状态，利用红绿灯指示器实现交通指示控制。

所述红绿灯指示器通过RS485通讯线与上位工控机相连，GPS定位终端与上位工控机之间通过GPRS或无线数传电台或WIFI方式通信。

所述交通指示控制的规则是：

车辆在平硐两端行驶时，首先进入该端的等候区等候通行指令，在限量端未达到极限的情况下，车辆在平硐的任一端准备进入平硐时，只要平硐内无相向的车辆则进入平硐行驶，而在限量端达到极限的情况下，禁止非限量端进入平硐，优先指示限量端车辆进入。

所述车辆所在的位置状态包括：位于平硐非限量端等候区、向限量端行驶、位于平硐非限量端区域、位于平硐限量端区域、位于平硐限量端等候区、向非限量端行驶，判断方法是：

设置两个扫描区中心点和相应等候区的基准点，基准点是指从扫描区中心点到相应等候区设置的最远距离所对应断面的中点，基准点与扫描区中心点的间距为a₁或a₂，上位工控机实时接收车辆的GPS定位终端的定位坐标数据和行驶方向数据，首先计算该定位坐标与扫描中心点的间距，若间距小于两个扫描区的扫描半径，则进一步计算该点与两个等候区基准点坐标之间的间距，当与非限量端等候区基准点的间距为a₁～0，且距离在不断变小，行驶方向数据为向限量端行驶，则判断为位于非限量端等候区；当与限量端等候区基准点的间距为a₂～0，且距离在不断变小，行驶方向数据为向非限量端行驶，则判断为位于限量端等候区；当与非限量端扫描区中心点的间距为0～R₁，则判断为位于非限量端区域；当与限量端扫描区中心点的间距为0～R₂，则判断为位于限量端区域；当车辆行驶到非限量端等候区，系统经过判断开启绿灯信号后，车辆状态即由位于非限量端等候区变为向限量端行驶；当车辆行驶到限量端等候区，系统经过判断开启绿灯信号后，车辆状态即由位于限量端等候区变为向非限量端行驶。

所述交通指示控制的实现过程为：

首先设定初始状态：初始状态所有车辆处于非限量端，设置记录非限量端等候区车数的变量为V₁＝0，记录向限量端行驶车数的变量为V₂＝0，记录限量端等候区车数的变量为V₃＝0，记录向非限量端行驶车数的变量为V₄＝0，记录限量端区域车数的变量为V₅＝0；

步骤1：上位工控机接收到某车辆的GPS实时定位数据，主要包含时间、经纬度坐标数据、速度及方向数据；

步骤2：计算获取的GPS车辆坐标与非限量端和限量端扫描区中心点的距离D，若D≤R₁，则该车辆已经进入非限量端区域，转步骤3；若D≤R₂，则该车辆已经进入限量端区域，转步骤9；

步骤3：计算GPS定位数据点坐标与非限量端等候区基准点的距离d₁，若d₁>a₁，则转步骤1，继续接收该车辆的下一点的定位数据；

步骤4：若d₁≤a₁，则说明该车已经进入非限量端等候区；此时依据GPS传回的行驶方向数据初步判断车辆的行驶方向，为提高准确性，继续等待接收该车辆的第二次GPS定位数据，并继续计算第二次定位数据与非限量端等候区基准点A的距离d₂，若d₂<d₁，说明该车辆在向限量端行驶，若d₂＝d₁，说明该车辆在非向量端静止等待，此时转步骤6；若d₂>d₁，说明该车辆是刚驶出平硐，要驶离非限量端，转步骤8；

步骤5：判断该车辆进入非限量端等候区进行等待后，记录非限量端等候区车数的变量为V₁加1；

步骤6：当有车在非限量端等待后，获取记录当前车辆状态V₁，V₂，V₃，V₄，V₅所有变量的值；

步骤7：若V₁>0，向非限量端行驶车数的变量为V₄＝0，且向限量端行驶车数V₂+限量端车数V₅<限量端容量，则工控机开启非限量端绿灯信号并将记录向限量端行驶车数的变量V₂加1，车辆驶入平硐。否则，转步骤1；

步骤8：当非限量端工控机根据GPS定位数据判断出车辆驶出平硐，并驶离非限量端等候区后，将记录向非向量端行驶车数的变量V₄减1，转步骤1；

步骤9：计算接收到的GPS定位点坐标与限量端等候区基准点的距离d₃，若d₃>a₂，转步骤1，继续接收下一点；

步骤10：若d₃≤a₂，则说明该车已经进入限量端等候区；此时依据GPS传回的行驶方向数据初步判断车辆的行驶方向，为提高准确性，继续等待接收该车辆的第二次GPS定位数据，并继续计算第二次定位数据与限量端等候区基准点B的距离d₄，若d₄<d₃，说明该车辆在向非限量端行驶；若d₄＝d₃，说明该车辆在限量端静止等待，此时转步骤12；若d₄>d₃，说明该车辆是刚驶出平硐，正驶入限量端，转步骤14；

步骤11：判断该车辆进入限量端等候区后，记录限量端等候区车数的变量为V₃加1；

步骤12：当有车在限量端等待后，获取记录当前车辆状态V₁，V₂，V₃，V₄，V₅所有变量的值；

步骤13：若V₃>0，向限量端行驶车数的变量为V₂＝0，则工控机开启限量端绿灯信号并将记录向非限量端行驶车数的变量V₄加1，记录限量端区域车数的变量为V₅减1，车辆驶入平硐，否则，转步骤1；

步骤14：若判断车辆刚驶入限量端，则记录向限量端行驶车数的变量为V₂减1，记录限量端区域车数的变量V₅加1，转步骤1。

与现有技术相比，本发明通过露天矿GPS车辆调度系统，实时实现车辆的定位，通过工控机和红绿灯来实现车辆进出的交通控制，计算量小，原理简单，鲁棒性好，避免车辆在单道平硐的相遇造成交通堵塞问题及在排土场出现车辆饱和问题，在露天矿平硐运输、小区停车场甚至交通监控疏导等领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明端限量式单道平硐车辆通行控制方法的组织结构图。

图2是本发明的具体实施示意图。

图3是本发明具体实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明中，端限量式单道平硐是指：平硐相对狭窄，同一时间内的车辆只能在同一方向上行驶(单道)，且平硐的一端处能够容纳的车辆数目有限(端限量)。

本发明基本原则是：在限量端未达到极限的情况下，车辆在平硐的任一端准备进入平硐时，只要平硐内无相向的车辆则进入平硐行驶，而在其达到极限的情况下，禁止非限量端进入平硐，优先指示限量端车辆进入。

本发明提供的解决方案是：如图1和图2所示，在平硐两端分别划定GPS扫描区和红绿灯指示器，并将红绿灯指示器通过RS485通讯线与上位工控机相连，每个车辆配备GPS定位终端，由工控机集中接收GPS定位数据和控制指示灯进行车流控制；工控机的控制算法思想是：实时接收每个车辆GPS定位终端的定位数据，监控每个车辆的实时位置状态(平硐非限量端区域、平硐非限量端等候区、平硐限量端区域、平硐限量端等候区、向非限量端行驶、向限量端行驶六个状态)；通过车辆GPS定位数据，确定车辆位置状态，实时监控平硐内各方向车辆数和限量端车辆数；通过车辆数实时变更当前控制的相位状态：限量端红非限量端绿、限量端绿非限量端红，最终通过当前的相位状态下达相应的红绿灯指示指令。

本发明基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，具体包括如下部分：

端限量式单道平硐车辆通行控制方法，具体包括如下部分：

部分1：本发明涉及的硬件部分主要有：GPS定位终端、工控机、红绿灯和红绿灯控制模块。在平硐两端分别通过选取GPS扫描中心点坐标和扫描半径确定扫描区域，具体地：在平硐的非限量端设置非限量端扫描区及非限量端等候区，非限量端等候区是非限量端扫描区内从扫描中心点至平硐非限量端硐口方向基准点的直线距离为a₁的区域，a₁小于非限量端扫描区的扫描半径R₁，限量端设置限量端扫描区及限量端等候区，限量端等候区是限量端扫描区内从扫描中心点至平硐限量端硐口方向基准点的直线距离为a₂的区域，a₂小于限量端扫描区的扫描半径R₂。然后将红绿灯指示器通过RS485通讯线与上位机(工控机)相连；每个车辆配备GPS定位终端，由工控机通过GPRS或无线数传电台或WIFI等无线方式集中接收GPS定位数据和控制指示灯的开关来进行交通控制。

部分2：GPS扫描区的设定是在限量端和非限量端的区域分别选择一个固定点作为扫描区的中心点，并记录测量相应的坐标，工控机实时采集的GPS车辆定位数据(经、纬度)，并计算该实时坐标与中心点坐标的距离，并根据终端返回的方向数据来判断车辆行驶方向，判断车辆是否进入限量端等候区或非限量端等候区。

部分3：上位机进行集中控制指示交通的主要发明思路。

其具体控制主要有如下几个状态：

状态1：通过GPS定位实时监控每个车辆的位置状态(平硐非限量端区域、平硐非限量端等候区、平硐限量端区域、平硐限量端等候区、向非限量端行驶、向限量端行驶六个状态)；

车辆所在的位置状态判断方法是：

设置两个扫描区中心点和相应等候区的基准点，基准点是指从扫描区中心点到相应等候区的最远距离所对应断面的中点，如图2中点A、B所示，基准点与扫描区中心点的间距为a₁或a₂，上位工控机实时接收车辆的GPS定位终端的定位坐标数据和行驶方向数据，首先计算该定位坐标与扫描中心点的间距，若间距小于两个扫描区的扫描半径，则进一步计算该点与两个等候区基准点坐标之间的间距，当与非限量端等候区基准点的间距为a₁～0，且距离在不断变小，行驶方向数据为向限量端行驶则判断为位于非限量端等候区；当与限量端等候区基准点的间距为a₂～0，且距离在不断变小，行驶方向数据为向非限量端行驶则判断为位于限量端等候区；当与非限量端扫描区中心点的间距为0～R₁，则判断为位于非限量端区域；当与限量端扫描区中心点的间距为0～R₂，则判断为位于限量端区域；当车辆行驶到非限量端等候区，系统经过判断开启绿灯信号后，车辆状态即由位于非限量端等候区变为向限量端行驶；当车辆行驶到限量端等候区，系统经过判断开启绿灯信号后，车辆状态即由位于限量端等候区变为向非限量端行驶。

状态2：通过车辆位置状态实时监控平硐内各方向车辆数和限量端车辆数，GPS定位数据每隔一定时间进行回传，通常可以设置为5-10秒，并且保证该车辆在行驶a₁和a₂这段距离时能够至少获得两次以上的定位数据；

状态3：通过车辆数的判断，实时变更当前红绿灯控制器的相位状态：左红右绿、左绿右红，此处，左指的是非限量端，右指的是限量端，如图2所示。

如图3所示，所述交通控制主要步骤如下：

首先设定初始状态：初始状态所有车辆处于非限量端，设置记录非限量端等候区车数的变量为V₁＝0，记录向限量端行驶车数的变量为V₂＝0，记录限量端等候区车数的变量为V₃＝0，记录向非限量端行驶车数的变量为V₄＝0，记录限量端区域车数的变量为V₅＝0。

步骤1：上位工控机接收到某车辆的GPS实时定位数据，通常露天矿为大型运输车辆，行驶缓慢，可以设置5秒回传一次坐标数据，主要包含时间、经纬度坐标数据、速度及方向数据等。

步骤2：计算获取的GPS车辆坐标与非限量端和限量端扫描区中心点的距离D，若D<＝R₁，则该车辆已经进入非限量端区域，转非限量端步骤3；若D<＝R₂，则该车辆已经进入限量端区域，转限量端步骤9。

非限量端判断步骤：

步骤3：计算GPS定位数据点坐标与非限量端等候区基准点的距离d₁，若d₁>a₁，则转步骤1，继续接收该车辆的下一点的定位数据。

步骤4：若d₁≤a₁，则说明该车已经进入非限量端等候区；此时可以依据GPS传回的行驶方向数据初步判断车辆的行驶方向，为提高准确性，继续等待接收该车辆的第二次GPS定位数据，并继续计算第二次定位数据与非限量端等候区基准点的距离d₂，若d₂<d₁，说明该车辆在向限量端行驶，若d₂＝d₁，说明该车辆在非向量端静止等待，此时转步骤6；若d₂>d₁，说明该车辆是刚驶出平硐，要驶离非限量端，转步骤8；

步骤5：判断该车辆进入非限量端等候区进行等待后，记录非限量端等候区车数的变量为V₁加1。

步骤6：当有车在非限量端等待后，获取记录当前车辆状态V₁，V₂，V₃，V₄，V₅所有变量的值。

步骤7：若V₁>0，向非限量端行驶车数的变量为V₄＝0，且向限量端行驶车数V₂+限量端车数V₅<限量端容量，则工控机开启非限量端绿灯信号并将记录向限量端行驶车数的变量V₂加1，车辆驶入平硐。否则，转步骤1。

步骤8：当非限量端工控机根据GPS定位数据判断出车辆驶出平硐，并驶离非限量端等候区后，将记录向非向量端行驶车数的变量V₄减1，转步骤1。

限量端判断步骤：

步骤9：计算接收到的GPS定位点坐标与限量端等候区基准点的距离d₃，若d₃>a₂，转步骤1，继续接收下一点；

步骤10：若d₃≤a₂，则说明该车已经进入限量端等候区；此时依据GPS传回的行驶方向数据初步判断车辆的行驶方向，为提高准确性，继续等待接收该车辆的第二次GPS定位数据，并继续计算第二次定位数据与限量端等候区基准点的距离d₄，若d₄<d₃，说明该车辆在向非限量端行驶；若d₄＝d₃，说明该车辆在限量端静止等待，此时转步骤12；若d₄>d₃，说明该车辆是刚驶出平硐，正驶入限量端，转步骤14；

步骤11：判断该车辆进入限量端等候区后，记录限量端等候区车数的变量为V₃加1；

步骤12：当有车在限量端等待后，获取记录当前车辆状态V₁，V₂，V₃，V₄，V₅所有变量的值；

步骤13：若V₃>0，向限量端行驶车数的变量为V₂＝0，则工控机开启限量端绿灯信号并将记录向非限量端行驶车数的变量V₄加1，记录限量端区域车数的变量为V₅减1，车辆驶入平硐，否则，转步骤1；

步骤14：若判断车辆刚驶入限量端，则记录向限量端行驶车数的变量为V₂减1，记录限量端区域车数的变量V₅加1，转步骤1。

Claims (4)

1.一种基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，其特征在于，在平硐的非限量端设置非限量端扫描区及非限量端等候区，非限量端等候区是非限量端扫描区内从扫描中心点至位于平硐非限量端硐口方向基准点的直线距离为a₁的区域，a₁小于非限量端扫描区的扫描半径R₁，限量端设置限量端扫描区及限量端等候区，限量端等候区是限量端扫描区内从扫描中心点至位于平硐限量端硐口方向基准点的直线距离为a₂的区域，a₂小于限量端扫描区的扫描半径R₂，其中，a₁和a₂的取值均至少要满足能够获取车辆至少两次GPS坐标数据，记录两个扫描区的中心点坐标，在平硐的两个端口分别安装有连接至上位工控机的红绿灯指示器，要求每个车辆配备GPS定位终端，上位工控机实时接收GPS定位终端的定位数据，判断车辆所在的位置实时状态，利用红绿灯指示器实现交通指示控制；

其中，所述交通指示控制的规则是：

车辆在平硐两端行驶时，首先进入该端的等候区等候通行指令，在限量端未达到极限的情况下，车辆在平硐的任一端准备进入平硐时，只要平硐内无相向的车辆则进入平硐行驶，而在限量端达到极限的情况下，禁止非限量端进入平硐，优先指示限量端车辆进入。

2.根据权利要求1所述基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，其特征在于，所述红绿灯指示器通过RS485通讯线与上位工控机相连，GPS定位终端与上位工控机之间通过GPRS或无线数传电台或WIFI方式通信。

3.根据权利要求1所述基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，其特征在于，所述车辆所在的位置状态包括：位于平硐非限量端等候区、向限量端行驶、位于平硐非限量端区域、位于平硐限量端区域、位于平硐限量端等候区、向非限量端行驶，判断方法是：

设置两个扫描区中心点和相应等候区的基准点，基准点是指从扫描区中心点到相应等候区的最远距离所对应的点，基准点与扫描区中心点的间距为a₁或a₂，上位工控机实时接收车辆的GPS定位终端的定位坐标数据和行驶方向数据，首先计算该定位坐标与扫描中心点的间距，若间距小于两个扫描区的扫描半径，则进一步计算该定位坐标与两个等候区基准点坐标之间的间距，当与非限量端等候区基准点的间距为a₁～0，且距离在不断变小，行驶方向数据为向限量端行驶，则判断为位于非限量端等候区；当与限量端等候区基准点的间距为a₂～0，且距离在不断变小，行驶方向数据为向非限量端行驶则判断为位于限量端等候区；当与非限量端扫描区中心点的间距为0～R₁，则判断为位于非限量端区域；当与限量端扫描区中心点的间距为0～R₂，则判断为位于限量端区域；当车辆行驶到非限量端等候区，系统经过判断开启绿灯信号后，车辆状态即由位于非限量端等候区变为向限量端行驶；当车辆行驶到限量端等候区，系统经过判断开启绿灯信号后，车辆状态即由位于限量端等候区变为向非限量端行驶。

4.根据权利要求3所述基于GPS的露天矿端限量式单道平硐车辆通行控制方法，其特征在于，所述交通指示控制的实现过程为：

首先设定初始状态：初始状态所有车辆处于非限量端，设置记录非限量端等候区车数的变量为V₁＝0，记录向限量端行驶车数的变量为V₂＝0，记录限量端等候区车数的变量为V₃＝0，记录向非限量端行驶车数的变量为V₄＝0，记录限量端区域车数的变量为V₅＝0；

步骤1：上位工控机接收到某车辆的GPS实时定位数据，主要包含时间、经纬度坐标数据、速度及方向数据；

步骤2：计算获取的GPS车辆坐标与非限量端和限量端扫描区中心点的距离D，若D≤R₁，则该车辆已经进入非限量端区域，转步骤3；若D≤R₂，则该车辆已经进入限量端区域，转步骤9；

步骤3：计算GPS定位数据点坐标与非限量端等候区基准点的距离d₁，若d₁>a₁，则转步骤1，继续接收该车辆的下一点的定位数据；

步骤4：若d₁≤a₁，则说明该车已经进入非限量端等候区；此时依据GPS传回的行驶方向数据初步判断车辆的行驶方向，为提高准确性，继续等待接收该车辆的第二次GPS定位数据，并继续计算第二次定位数据与非限量端等候区基准点的距离d₂，若d₂<d₁，说明该车辆在向限量端行驶，若d₂＝d₁，说明该车辆在非向量端静止等待，此时转步骤6；若d₂>d₁，说明该车辆是刚驶出平硐，要驶离非限量端，转步骤8；

步骤5：判断该车辆进入非限量端等候区进行等待后，记录非限量端等候区车数的变量为V₁加1；

步骤6：当有车在非限量端等待后，获取记录当前车辆状态V₁，V₂，V₃，V₄，V₅所有变量的值；

步骤7：若V₁>0，向非限量端行驶车数的变量为V₄＝0，且向限量端行驶车数V₂+限量端车数V₅<限量端容量，则工控机开启非限量端绿灯信号并将记录向限量端行驶车数的变量V₂加1，车辆驶入平硐，否则，转步骤1；

步骤8：当非限量端工控机根据GPS定位数据判断出车辆驶出平硐，并驶离非限量端等候区后，将记录向非向量端行驶车数的变量V₄减1，转步骤1；

步骤9：计算接收到的GPS定位点坐标与限量端等候区基准点的距离d₃，若d₃>a₂，转步骤1，继续接收下一点；

步骤10：若d₃≤a₂，则说明该车已经进入限量端等候区；此时依据GPS传回的行驶方向数据初步判断车辆的行驶方向，为提高准确性，继续等待接收该车辆的第二次GPS定位数据，并继续计算第二次定位数据与限量端等候区基准点的距离d₄，若d₄<d₃，说明该车辆在向非限量端行驶；若d₄＝d₃，说明该车辆在限量端静止等待，此时转步骤12；若d₄>d₃，说明该车辆是刚驶出平硐，正驶入限量端，转步骤14；

步骤11：判断该车辆进入限量端等候区后，记录限量端等候区车数的变量为V₃加1；

步骤12：当有车在限量端等待后，获取记录当前车辆状态V₁，V₂，V₃，V₄，V₅所有变量的值；

步骤13：若V₃>0，向限量端行驶车数的变量为V₂＝0，则工控机开启限量端绿灯信号并将记录向非限量端行驶车数的变量V₄加1，记录限量端区域车数的变量为V₅减1，车辆驶入平硐，否则，转步骤1；

步骤14：若判断车辆刚驶入限量端，则记录向限量端行驶车数的变量为V₂减1，记录限量端区域车数的变量V₅加1，转步骤1。