CN110119843B - 一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，步骤1)定义井下运输线路网络为单线运输网络，线路由M&P或J节点分隔；车辆到达M&P或J节点时刻为离散事件的触发时刻；步骤2)记录各个车辆预计到达M&P或J节点触发其下一个离散事件k′发生时刻，获得下一个离散事件k′发生的最小时刻和对应车辆，求取该最小时刻与其余各个车辆预计触发其下一个离散事件k′发生时刻的时差；并更新其余车辆包括时差在内的状态信息；步骤3)针对M&P节点或J节点的具体路况，采取避让方式实现各个车辆安全会车通行。本发明通过上述分析建立井下运输道路车辆行进调度模型，描述某一时刻所有车辆的状态信息，为制定安全，高效防拥堵、碰撞的井下运输策略提供帮助。

Description

一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿运输行进分析方法，尤其涉及一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法。

背景技术

随着科技的进步，煤矿开采技术获得了较大提升，包括现场总线组网在内的各类新技术在煤矿井下运输中也获得较为广泛的应用。采煤作业面伴随采掘进度在深度和广度上不断拓展，形成的井下巷道网络以及井下煤炭运输网络也将与之不断拓展。无论是采用早期的井下有轨运输网络，还是现如今采用胶轮车辆为标志的井下无轨运输网络，都因其自动化程度日益增高、实施便利而获得较快发展，这有力推动了井下运输向少人化乃至无人化的未来发展方向。

井下常采用一条主运输大巷巷道，呈树形分布延伸运输线路网络，伴随掘进面的不断变化以及煤矿井下运输网络的日益庞大，必然会给井下运输车辆的运行管理带来不断的挑战；碍于施工难度和地质要求等条件，无论是主巷道和支路巷道的宽度均有限，因此，井下运输线路网络往往采用单线、多站点布网，即无法满足运输车辆在线路区段内会车和超车，调度人员往往利用线路区段间的会车站点，通过通讯联络或信号控制等方式，调度来往车辆，实现多组运行车辆的会车。

为提高运力，势必会有较多的运输车辆被投入其中，行进的各个运输车辆，难免会在同一时段和区段集中出现，单凭调度人员的经验和现场指挥，极有可能造成拥堵甚至碰撞发生。情况一旦出现，将严重影响运输网络整体的运行效率，因此，能否实现对巷道线路区段上的各个车辆行进状态进行动态跟踪，并通过预警判断、制定出节点会车及避让策略，将成为制定安全，高效的井下运输策略，实现未来少人化乃至无人化的运输调度最关键的技术环节。然而，目前为止，尚无可靠的井下运输车辆高效行进策略的具体实施方法。

其次，在一定开采时段，结合巷道尺寸和采煤作业目的地的具体情况，及时掌握每辆车的具体行进轨迹和实时位置，在保证最优运力的情况下，还可为运输车辆的最佳投入数量提供参考依据。同样，目前为止，尚未有具体行之有效的方法。

发明内容

本发明的一个目的是克服在现有井下运输中，难以及时获取全部运输车辆的实时位置、运行轨迹，继而影响后续制定防拥堵、碰撞的运行调度策略的技术问题，提出一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，它包括的步骤是：

步骤1)定义井下运输线路网络为单线运输网络，若干站点构成的节点将井下运输线路分隔成若干线路区段；在线路区段内，车辆只能同方向行进，仅在节点处实施会车等待；在所述节点上以及车辆上分别设有位置定位装置；

节点包括M&P节点和J节点；所述M&P节点定义为会车节点，每次发生会车，只允许有一个车辆等待在会车节点，且待通过会车节点的相反行进方向的车辆只能有一辆；

所述J节点定义为交叉节点，在交叉节点，实现从一个上游方向运输线路来的车辆能从两个或两个以上的下游方向运输线路离开；同一时刻，在下游方向的两个或两个以上的运输线路中至少有一条运输线路无车辆行驶；

离散事件模型定义为，在井下运输线路网络中，每辆车到达M&P节点或J节点时刻为触发离散事件发生时刻，车辆各自运动轨迹通过M&P节点或J节点进行约束，每辆车在节点间线路区段内顺序运动，只在节点处实施会车等待；

定义以车辆行驶时长为X轴，以节点为Y轴，车辆行驶里程位置信息为Z轴，建立三维坐标系；

步骤2)车辆由发车地点按一定时间间隔先后向采煤作业面发车，将当前离散事件记为k,在k发生时刻，更新各个车辆的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P或J节点信息、预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息的状态属性；

通过各个车辆预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息，即对应触发其下一个离散事件k′发生时刻，比较获得井下运输线路网络中下一个离散事件k′发生的最小时刻和对应车辆，并求取其余各个车辆触发下一个离散事件k′发生时刻和所述最小时刻的时差；并将时差同步更新到其余各个车辆其各自预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息中；

步骤3)根据车辆在所述最小时刻触发的下一离散事件k′发生在M&P节点还是J节点，结合M&P节点或J节点所处路段区间的车辆的状态属性，采取相应避让等待方式实现各个车辆安全会车通行；

步骤4)重复步骤2、3；使各个车辆在采煤作业面和发车地点往返运行；

步骤5)间隔发车的每个车辆途经相应节点形成的运行轨迹约束通过三维坐标系进行展示；描述出某一时刻所有车辆在运输道路上的位置；根据各个车辆的状态属性，结合当前每辆车和途经节点的定位位置，预测出各个车辆在触发其下一离散事件k′发生的下一时刻在M&P节点或J节点是避让等待还是前进；从而构建出整个井下运输线路网络中车辆的三维调度模型。

所述步骤2)中：

每个车辆预计到达其下一个M&P节点或J节点，即预计触发其下一个离散事件k′运行时间表达式为：

i＝1,2，……，N；N∈自然数

其中：

x(i,k)为车辆i在当前离散事件k发生后，所处的实时里程位置数，单位为米；

x_d为M&P节点或J节点里程桩的向量，即M&P节点或J节点实际里程位置数，单位为米；

P(i,k′)指车辆i触发其下一个离散事件k′所预计到达的下一个M&P节点或J节点；

x_d(P(i,k′))为车辆i预计到达的下一个M&P节点或J节点里程桩的向量，即车辆i预计到达的下一个M&P节点或J节点的实际里程位置数，单位为米；

V(i,S(i,k))为当前离散事件k发生时，车辆i在预计到达的下一个M&P节点或J节点之前所处的线路区段S中的匀速行驶速度向量为V；其中V，单位为米/分钟,S∈自然数；

z(i)为车辆i预计到达下一个M&P节点或J节点，即车辆i预计触发其下一个离散事件k′发生时，所需时长；单位为分钟；

比较井下运输线路网络中各个车辆预计到达其各自下一个M&P节点或J节点所需时间[z(i),i,]，获得z(i)最小值t_min，即z(i)_min＝t_min，对应车辆为i_tmin；即获得整个井下运输线路网络中，距下一离散事件k′发生的最小时刻为dtnext_min＝t_min，单位为分钟；

求取其余各个车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点的时刻和所述最小时刻的时差dtnext_sheng＝dtnext-t_min；将dtnext_sheng一一对应的更新到其余各个车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]其各自预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息的状态属性中；

这里，相比所述最小时刻，时差dtnext_sheng表示车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点的剩余时间，即预计触发其各自下一离散事件k′的剩余时间；

dtnext：车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点所需时间，即预计触发其各自下一离散事件k′的发生时间；其中，车辆i_tmin的dtnext为dtnext_min＝t_min。

所述步骤3)中：

若在z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻，车辆i_tmin触发下一离散事件k′发生在M&P节点，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；

根据车辆i状态属性的更新结果，判断发生下一离散事件k′所在的M&P节点的下游方向的路段区间中，是否有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]，行驶方向是否与车辆i_tmin相反；

若无车辆g或有车辆g但行驶方向与车辆i_tmin相同；

则车辆i_tmin按原行进方向沿运输线路继续前行；

若z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻，发生下一离散事件k′所在的M&P节点的下游方向路段区间中，存在车辆g且行驶方向与车辆i_tmin相反，

则车辆i_tmin停在触发下一离散事件k′的M&P节点进行等待，等待时长为车辆g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]更新后的剩余时间dtnext_sheng；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]经辅道途经M&P节点，意味车辆i_tmin等待时长结束，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；车辆g经辅道会车后重返运输线路并按原方向继续行进，此后，车辆i_tmin也按原行进方向沿运输线路继续前行。

所述步骤3)中还包括：

若在z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻,车辆i_tmin由连接J节点的一条运输线路到达J节点触发其下一个离散事件k′，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；

根据车辆i状态信息的更新结果，判断与该J节点连接的至少两条下游运输线路路段区间中，是否有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]，行驶方向是否与车辆i_tmin相反，

若至少两条下游运输线路路段区间中，全都无车辆g或至少一条有车辆g但行驶方向与车辆i_tmin相同，则车辆i_tmin继续按原行进方向前行，

若至少两条下游运输线路路段区间之中，一部分运输线路路段区间中无车辆，另一部分运输线路的路段区间中有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]且车辆g与车辆i_tmin行进方向相反，形成对开行驶状态；

则车辆i_tmin首先进入与J节点连接的一条无车辆的下游运输线路路段区间中进行避让；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]按时差dtnext_sheng由小至大的顺序依次通过J节点会车，车辆i_tmin避让时长为车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]更新后的剩余时间dtnext_sheng的最大值；伴随车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]每辆车的会车，都同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息一次；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]全部会车完成后，车辆i_tmin再由与J节点连接的一条无车辆的下游运输线路路段区间退回到其触发下一个离散事件k′发生时的运输线路继续行进，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息。

发明原理是：

井下运输线路，因矿井地质条件等原因限制，常采用单线敷设模式。运输车辆在单条线路中行进，只能在设有的线路节点中完成会车，单纯依赖人工调度防止井下运输车辆拥堵甚至相撞事件，往往存在工作强度大，可靠性低的不足。这是因为,井下巷道一般包括一条主巷道和各个支路巷道，支路巷道分别对应通往各个采煤作业面站点；在主运输巷道或分支巷道内的对向行驶的车辆难免会在巷道线路中相遇，当调度不利时，往往造成线路堵塞。

针对这种情况，本申请利用井下运输线路中，各个车辆预计到达井下运输线路中的M&P或J节点触发其下一个离散事件k′发生时刻，获得下一个离散事件k′发生的最小时刻和对应车辆，求取该最小时刻与其余各个车辆预计触发其下一个离散事件k′发生时刻的时差；并更新车辆包括时差在内的状态信息；利用所述最小时刻和时差，针对M&P节点或J节点的具体路况，可获得某一时刻所有车辆在运输道路上距离其下一个离散事件k′发生时刻的位置；然后利用车辆行驶里程位置信息、行驶速度、方向信息、行驶时长信息，建立起矿山车辆三维调度模型，预测出触发下一个离散事件k′发生车辆下一时刻在节点是等待还是前进，完成相关车辆的安全会车。同理实现网络中各个车辆在M&P节点或J节点触发下一个离散事件k′发生时，是等待还是前进以及相应的安全会车，通过完成井下运输道路上车辆的行进描述，实现构建出整个井下运输线路网络中各个车辆安全，高效防拥堵的井下运输策略。

本申请充分利用井下煤炭运输网络中车辆行进中的包括运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息的状态属性，预测出各个车辆触发下一个离散事件k′发生后的下一时刻在M&P节点或J节点是避让等待还是前进；并从车辆行进时间、节点(站点)、车辆运行里程三个层面全面直观的建立起整个井下运输线路网络中车辆的三维调度模型，实现对巷道线路区段上的各个车辆行进状态进行动态跟踪，通过预警判断、制定出节点会车避让的高效防拥堵的井下运输策略。本申请有益效果为，所建离散事件矿井车辆行进调度模型对井下车辆行进分析具有很好的描述，在很大程度上防止车辆碰撞并解决调度困难的问题。井下各个车辆的自主会车行进，以保障车辆运输线路畅通为根本前提，还可以获取车辆投入数量上限的数据，也为实现安全，高效的井下运输提供了参考依据。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明井下运输车辆行进路线示意图；

图3为本发明井下运输车辆行进时间、里程、站点运行轨迹轴测仿真示意图；

图4为本发明井下运输车辆行进时间、里程、站点运行轨迹侧视仿真示意图；

图5为本发明井下运输车辆行进时间、里程运行轨迹正视仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1-图5中，提供一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，它包括的步骤是：

步骤1)定义井下运输线路网络为单线运输网络，若干站点构成的节点将井下运输线路分隔成若干线路区段；在线路区段内，车辆只能同方向行进，仅在节点处实施会车等待；在所述节点上以及车辆上分别设有位置定位装置；位置定位装置可以借鉴zigbee网络定位方式或WiFi网络定位方式或者采用专利号201510101629X煤矿井下移动目标定位方法与系统实现。位置定位装置主要包括在煤矿井口设有漏泄电缆数字接收基站，沿漏泄电缆依次连接多个中继器，中继器可以设置在节点处，相对应的在各个中继器上分别连接定频无线发射器，安装在机车上的定位接收终端接收定频无线发射器信号并通过数字发射台经漏泄电缆与数字接收基站通讯，所述数字接收基站经解码器与地上服务器连接。由此，在该装置基础上结合利用煤矿井下移动目标定位方法实现本申请所述节点以及车辆的定位。同时地上服务器还可以成为本申请煤矿运输行进分析方法的硬件支持设备。

节点包括M&P节点和J节点；所述M&P节点定义为会车节点，每次发生会车，只允许有一个车辆等待在会车节点，且待通过会车节点的相反行进方向的车辆只能有一辆；

所述J节点定义为交叉节点，在交叉节点，实现从一个上游方向运输线路来的车辆能从两个或两个以上的下游方向运输线路离开；同一时刻，在下游方向的两个或两个以上的运输线路中至少有一条运输线路无车辆行驶；

离散事件模型定义为，在井下运输线路网络中，每辆车到达M&P节点或J节点时刻为触发离散事件发生时刻，车辆各自运动轨迹通过M&P节点或J节点进行约束，每辆车在节点间线路区段内顺序运动，只在节点处实施会车等待；

定义以车辆行驶时长为X轴，以节点为Y轴，车辆行驶里程位置信息为Z轴，建立三维坐标系；

步骤2)车辆由发车地点按一定时间间隔先后向采煤作业面发车，将当前离散事件记为k,在k发生时刻，更新各个车辆的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P或J节点信息、预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息的状态属性；

通过各个车辆预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息，即对应触发其下一个离散事件k′发生时刻，比较获得井下运输线路网络中下一个离散事件k′发生的最小时刻和对应车辆，并求取其余各个车辆触发下一个离散事件k′发生时刻和所述最小时刻的时差；并将时差同步更新到其余各个车辆其各自预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息中；

步骤3)根据车辆在所述最小时刻触发的下一离散事件k′发生在M&P节点还是J节点，结合M&P节点或J节点所处路段区间的车辆的状态属性，采取相应避让等待方式实现各个车辆安全会车通行；

步骤4)重复步骤2、3；使各个车辆在采煤作业面作业和发车地点往返运行；

步骤5)间隔发车的每个车辆途经相应节点形成的运行轨迹约束通过三维坐标系进行展示；描述出某一时刻所有车辆在运输道路上的位置；根据各个车辆的状态属性，结合当前每辆车和途经节点的定位位置，预测出各个车辆在触发其下一离散事件k′发生的下一时刻在M&P节点或J节点是避让等待还是前进；从而构建出整个井下运输线路网络中车辆的三维调度模型。

所述步骤2)中：

每个车辆预计到达其下一个M&P节点或J节点，即预计触发其下一个离散事件k′运行时间表达式为：

i＝1,2，……，N；N∈自然数

其中：

x(i,k)为车辆i在当前离散事件k发生后，所处的实时里程位置数，单位为米；

x_d为M&P节点或J节点里程桩的向量，即M&P节点或J节点实际里程位置数，单位为米；

P(i,k′)指车辆i触发其下一个离散事件k′所预计到达的下一个M&P节点或J节点；

x_d(P(i,k′))为车辆i预计到达的下一个M&P节点或J节点里程桩的向量，即车辆i预计到达的下一个M&P节点或J节点的实际里程位置数，单位为米；

V(i,S(i,k))为当前离散事件k发生时，车辆i在预计到达的下一个M&P节点或J节点之前所处的线路区段S中的匀速行驶速度向量为V；其中V，单位为米/分钟,S∈自然数；

z(i)为车辆i预计到达下一个M&P节点或J节点，即车辆i预计触发其下一个离散事件k′发生时，所需时长；单位为分钟；

比较井下运输线路网络中各个车辆预计到达其各自下一个M&P节点或J节点所需时间[z(i),i,]，获得z(i)最小值t_min，即z(i)_min＝t_min，对应车辆为i_tmin；即获得整个井下运输线路网络中，距下一离散事件k′发生的最小时刻为dtnext_min＝t_min，单位为分钟；

求取其余各个车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点的时刻和所述最小时刻的时差dtnext_sheng＝dtnext-t_min；将dtnext_sheng一一对应的更新到其余各个车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]其各自预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息的状态属性中；

这里，相比所述最小时刻，时差dtnext_sheng表示车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点的剩余时间，即预计触发其各自下一离散事件k′的剩余时间；

dtnext：车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点所需时间，即预计触发其各自下一离散事件k′的发生时间；其中，车辆i_tmin的dtnext为dtnext_min＝t_min。

所述步骤3)中：

若在z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻，车辆i_tmin触发下一离散事件k′发生在M&P节点，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；

根据车辆i状态属性的更新结果，判断发生下一离散事件k′所在的M&P节点的下游方向的路段区间中，是否有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]，行驶方向是否与车辆i_tmin相反；

若无车辆g或有车辆g但行驶方向与车辆i_tmin相同；

则车辆i_tmin按原行进方向沿运输线路继续前行；

若z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻，发生下一离散事件k′所在的M&P节点的下游方向路段区间中，存在车辆g且行驶方向与车辆i_tmin相反，

则车辆i_tmin停在触发下一离散事件k′的M&P节点进行等待，等待时长为车辆g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]更新后的剩余时间dtnext_sheng；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]经辅道途经M&P节点，意味车辆i_tmin等待时长结束，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；车辆g经辅道会车后重返运输线路并按原方向继续行进，此后，车辆i_tmin也按原行进方向沿运输线路继续前行。

针对车辆i_tmin由连接J节点的一条运输线路到达J节点的情况，因此所述步骤3)中还包括：

若在z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻,车辆i_tmin由连接J节点的一条运输线路到达J节点触发其下一个离散事件k′，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；

根据车辆i状态信息的更新结果，判断与该J节点连接的至少两条下游运输线路路段区间中，是否有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]，行驶方向是否与车辆i_tmin相反，

若至少两条下游运输线路路段区间中，全都无车辆g或至少一条有车辆g但行驶方向与车辆i_tmin相同，则车辆i_tmin继续按原行进方向前行，

若至少两条下游运输线路路段区间之中，一部分运输线路路段区间中无车辆，另一部分运输线路的路段区间中有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]且车辆g与车辆i_tmin行进方向相反，形成对开行驶状态；

则车辆i_tmin首先进入与J节点连接的一条无车辆的下游运输线路路段区间中进行避让；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]按时差dtnext_sheng由小至大的顺序依次通过J节点会车，车辆i_tmin避让时长为车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]更新后的剩余时间dtnext_sheng的最大值；伴随车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]每辆车的会车，都同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息一次；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]全部会车完成后，车辆i_tmin再由与J节点连接的一条无车辆的下游运输线路路段区间退回到其触发下一个离散事件k′发生时的运输线路继续行进，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息。

图2中，a节点为起点车站点，a节点与b节点之间的行驶里程位置信息为相距2000米。b节点与c节点之间相距200米。b节点与e节点之间相距1600米。c节点与d节点之间相距1600米。d节点与g节点之间相距1200米。d节点与f节点之间相距1200米。c是M&P节点、b、d是J节点，g、e、f为采煤作业面。定义四辆车辆先后从a节点出发，4辆车辆的目的地分别为采煤作业面(g，f，e，g)，其中，车辆一和车辆四的目标地同为采煤作业面g；车辆出发时间间隔为5分钟，车辆在到达采煤作业面之后停留5分钟后原路返回。

图3至图5中，定义以车辆行驶时长为X轴，以节点为Y轴、车辆行驶里程位置信息为Z轴，建立三维坐标系；

坐标X轴中，a、b、c、d、e、f、g表示节点(站点)；坐标Y轴中0、10、……60表示车辆行驶时长，单位为分钟；坐标Z轴中0、1000、……6000表示车辆行驶里程位置信息，单位为米。图2至图5中描述了各车辆所到达的站点和里程以及节点，分别用粗实线，虚线，细实线，双实线对应车辆一至车辆四的行进轨迹，例如结合图2，行进轨迹为粗实线的车辆一从节点a出发，第一站到达2000米外的节点b,车辆一按照车速20公里/小时,则通过三维坐标可以获得车辆一预计到达节点b需要6分钟，其他节点(站点)以及其他车辆的行进轨迹以此类推。从图2中还可看出，车辆一、四终点为站点g，里程为5000米；车辆二终点为站点f，里程为5000米；车辆三终点为站点e，里程为3600米。

图2至5中，通过三维坐标方式直观的描述了各车辆行驶时间与行驶里程以及节点(站点)之间的关系，另外，从图5中可以看出因会车需要产生的等待时间。结合图2、图3，图4，在图5中，车辆一和车辆四的任务路线相同，都是前往采煤作业面g,因此必然存在一个会车点，理论分析上，车辆一行驶时长在第23.6分钟时，即将以整个运输网络中最小时间到达节点d，在节点d触发下一个离散事件k′，触发时刻同步更新包括车辆四在内的各个车辆的状态属性；车辆一至四的发车间隔为5分钟，在离散事件k′发生时，忽略车辆四诸如风阻等行进误差，车辆四按照车速18公里/小时计算,在第23.6分钟时刻，车辆四已通过节点c以外近400米，距离节点d剩余约1200米行程，而节点d和节点c之间没有节点可会车，因此，相比下一个离散事件k′发生的最小时间，车辆四按照车速18公里/小时计算,到达节点d的时差为4分钟，为实现单行线路中会车，车辆一在节点d将按车辆四到达节点d的剩余时间dtnext_sheng4分钟进行等待，等待时长与图中A点横线线段的长度一致。由此验证了该三维调度模型的等待时长与理论分析结果的等待时长的一致性。而且更为直观。针对节点d为定义的J节点，车辆一按预设程序规定，采取进入紧挨节点d连接的无车辆的节点f的运输线路路段区间中进行避让，待车辆四通过节点d后，车辆一再退至其触发下一个离散事件k′发生的节点d朝节点c运输线路继续行进，由此会车完成。类似的，各个车辆在途径各个M&P节点或J节点触发各自的离散事件，根据状态属性信息的更新，预测出各个车辆下一时刻在M&P节点或J节点是避让等待还是前进；实现井下各个车辆的自主会车行进，从而建立起整个井下运输线路网络中车辆的三维调度模型。同时，通过三维调度模型，我们在图5中还可以看出各车辆在车站的停留时间，结合步骤一中对节点和离散事件模型定义的约束条件，以保障车辆运输线路畅通为根本前提，可以获取车辆投入数量上限的数据，为实现安全，高效的井下运输提供参考依据。

由此，本发明中具体实施方式的描述，并非是对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明技术方案前提下，本领域普通技术人员对技术方案所做出的任何变形和改进将仍属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，其特征在于，它包括的步骤是：

步骤1)定义井下运输线路网络为单线运输网络，若干站点构成的节点将井下运输线路分隔成若干线路区段；在线路区段内，车辆只能同方向行进，仅在节点处实施会车等待；在所述节点上以及车辆上分别设有位置定位装置；

节点包括M&P节点和J节点；所述M&P节点定义为会车节点，每次发生会车，只允许有一个车辆等待在会车节点，且待通过会车节点的相反行进方向的车辆只能有一辆；

所述J节点定义为交叉节点，在交叉节点，实现从一个上游方向运输线路来的车辆能从两个或两个以上的下游方向运输线路离开；同一时刻，在下游方向的两个或两个以上的运输线路中至少有一条运输线路无车辆行驶；

离散事件模型定义为，在井下运输线路网络中，每辆车到达M&P节点或J节点时刻为触发离散事件发生时刻，车辆各自运动轨迹通过M&P节点或J节点进行约束，每辆车在节点间线路区段内顺序运动，只在节点处实施会车等待；

定义以车辆行驶时长为X轴，以节点为Y轴，车辆行驶里程位置信息为Z轴，建立三维坐标系；

步骤2)车辆由发车地点按一定时间间隔先后向采煤作业面发车，将当前离散事件记为k,在k发生时刻，更新各个车辆的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P或J节点信息、预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息的状态属性；

通过各个车辆预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息，即对应触发其下一个离散事件k′发生时刻，比较获得井下运输线路网络中下一个离散事件k′发生的最小时刻和对应车辆，并求取其余各个车辆触发下一个离散事件k′发生时刻和所述最小时刻的时差；并将时差同步更新到其余各个车辆其各自预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息中；

步骤3)根据车辆在所述最小时刻触发的下一离散事件k′发生在M&P节点还是J节点，结合M&P节点或J节点所处路段区间的车辆的状态属性，采取相应避让等待方式实现各个车辆安全会车通行；

步骤4)重复步骤2、3；使各个车辆在采煤作业面和发车地点往返运行；

步骤5)间隔发车的每个车辆途经相应节点形成的运行轨迹约束通过三维坐标系进行展示；描述出某一时刻所有车辆在运输道路上的位置；根据各个车辆的状态属性，结合当前每辆车和途经节点的定位位置，预测出各个车辆在触发其下一离散事件k′发生的下一时刻在M&P节点或J节点是避让等待还是前进；从而构建出整个井下运输线路网络中车辆的三维调度模型。

2.如权利要求1所述一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，其特征在于，所述步骤2)中：

每个车辆预计到达其下一个M&P节点或J节点，即预计触发其下一个离散事件k′运行时间表达式为：

N∈自然数

其中：

x(i,k)为车辆i在当前离散事件k发生后，所处的实时里程位置数，单位为米；

x_d为M&P节点或J节点里程桩的向量，即M&P节点或J节点实际里程位置数，单位为米；

P(i,k′)指车辆i触发其下一个离散事件k′所预计到达的下一个M&P节点或J节点；

x_d(P(i,k′))为车辆i预计到达的下一个M&P节点或J节点里程桩的向量，即车辆i预计到达的下一个M&P节点或J节点的实际里程位置数，单位为米；

V(i,S(i,k))为当前离散事件k发生时，车辆i在预计到达的下一个M&P节点或J节点之前所处的线路区段S中的匀速行驶速度向量为V；其中V，单位为米/分钟,S∈自然数；

z(i)为车辆i预计到达下一个M&P节点或J节点，即车辆i预计触发其下一个离散事件k′发生时，所需时长；单位为分钟；

比较井下运输线路网络中各个车辆预计到达其各自下一个M&P节点或J节点所需时间[z(i),i,]，获得z(i)最小值t_min，即z(i)_min＝t_min，对应车辆为i_tmin；即获得整个井下运输线路网络中，距下一离散事件k′发生的最小时刻为dtnext_min＝t_min，单位为分钟；

求取其余各个车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点的时刻和所述最小时刻的时差dtnext_sheng＝dtnext-t_min；将dtnext_sheng一一对应的更新到其余各个车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]其各自预计到达下一个M&P节点或J节点的时间信息的状态属性中；

这里，相比所述最小时刻，时差dtnext_sheng表示车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点的剩余时间，即预计触发其各自下一离散事件k′的剩余时间；

dtnext：车辆h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]预计到达其各自下一个M&P节点或J节点所需时间，即预计触发其各自下一离散事件k′的发生时间；其中，车辆i_tmin的dtnext为dtnext_min＝t_min。

3.如权利要求2所述一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，其特征在于，所述步骤3)中：

若在z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻，车辆i_tmin触发下一离散事件k′发生在M&P节点，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；

根据车辆i状态属性的更新结果，判断发生下一离散事件k′所在的M&P节点的下游方向的路段区间中，是否有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]，行驶方向是否与车辆i_tmin相反；

若无车辆g或有车辆g但行驶方向与车辆i_tmin相同；

则车辆i_tmin按原行进方向沿运输线路继续前行；

若z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻，发生下一离散事件k′所在的M&P节点的下游方向路段区间中，存在车辆g且行驶方向与车辆i_tmin相反，

则车辆i_tmin停在触发下一离散事件k′的M&P节点进行等待，等待时长为车辆g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]更新后的剩余时间dtnext_sheng；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]经辅道途经M&P节点，意味车辆i_tmin等待时长结束，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；车辆g经辅道会车后重返运输线路并按原方向继续行进，此后，车辆i_tmin也按原行进方向沿运输线路继续前行。

4.如权利要求3所述一种基于离散事件模型的煤矿运输行进分析方法，其特征在于，所述步骤3)中还包括：

若在z(i)_min＝dtnext_min＝t_min时刻,车辆i_tmin由连接J节点的一条运输线路到达J节点触发其下一个离散事件k′，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息；

根据车辆i状态信息的更新结果，判断与该J节点连接的至少两条下游运输线路路段区间中，是否有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]，行驶方向是否与车辆i_tmin相反，

若至少两条下游运输线路路段区间中，全都无车辆g或至少一条有车辆g但行驶方向与车辆i_tmin相同，则车辆i_tmin继续按原行进方向前行，

若至少两条下游运输线路路段区间之中，一部分运输线路路段区间中无车辆，另一部分运输线路的路段区间中有车辆g占有，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]且车辆g与车辆i_tmin行进方向相反，形成对开行驶状态；

则车辆i_tmin首先进入与J节点连接的一条无车辆的下游运输线路路段区间中进行避让；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]按时差dtnext_sheng由小至大的顺序依次通过J节点会车，车辆i_tmin避让时长为车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]更新后的剩余时间dtnext_sheng的最大值；伴随车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]每辆车的会车，都同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息一次；

车辆g，g∈h，h∈[[1,N]∩i≠i_tmin]全部会车完成后，车辆i_tmin再由与J节点连接的一条无车辆的下游运输线路路段区间退回到其触发下一个离散事件k′发生时的运输线路继续行进，同步更新车辆i的运行方向信息、占用或将要占用路段区间信息、预计到达的下一个M&P节点或J节点信息、到达下一个M&P节点或J节点的时刻信息。

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