CN110456745B - 一种全自动地下采矿运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动地下采矿运输系统，包括：调度控制中心，用于接收并存储数据，发出控制指令，以进行作业调度、运营监控、数据管理和远程操控；车载自动驾驶系统，设置于工程车辆内，用于接收和解析指令、车辆循迹、识别矿物、障碍物和周围工程车辆、与调度控制中心配合实现多车协同作业；车地通信系统，耦接于调度控制中心与车载自动驾驶系统之间，以建立调度控制中心与车载自动驾驶系统双向高速数据传输通道，并传输路侧监控数据至调度控制中心。本发明的全自动地下采矿运输系统，通过调度控制中心、车载自动驾驶系统和车地通信系统的设置，便可有效的实现一个自动化控制采矿运输的效果。

Description

一种全自动地下采矿运输系统

技术领域

本发明涉及一种采矿运输系统，更具体的说是涉及一种全自动地下采矿运输系统。

背景技术

进入21世纪以来，计算机技术、信息技术、检测控制技术的飞速发展，为传统采矿业提供了一个全新的发展机遇，传统采矿业正在进入一个信息化、自动化和智能化的崭新而充满活力的发展阶段。随着我国经济的快速发展，对矿产资源的需求日益增大，对采矿效率的要求也逐渐提高。传统采矿业存在着生产效率低下、资源消耗过多、人力成本和安全隐患较高等问题，这与现代采矿业的发展速度不匹配，成为了制约行业发展的瓶颈。

近年来，我国矿山安全事故频发，这不仅与一些矿山企业安全意识淡薄、安全基础设施薄弱有关，更重要的是我国数字化矿山建设没有跟上矿业的高速发展，我国矿山尤其是地下矿井，主流仍然是劳动密集型生产模式，极大地增加了矿山安全事故发生的几率。借鉴国外发达国家矿业发展之路，数字化矿山建设将是解决矿山安全的根本之路，最终通过全自动无人地下采矿系统实现零伤亡安全生产。

高度自动化、智能化的采矿技术可以减少对人的依赖，从而减少大量人力支出，提升了经济效益和安全性能。同时自动化作业能根据实际情况合理分配资源，迅速调度对应的工程机械进行协同作业，提升作业效率，从而提高经济效益。智能化采矿就是利用自动控制技术和智能控制技术，通过对采矿设备进行自主控制能力的提升以及对整个地下采矿过程进行智能化监控和遥控，促使矿山生产达到最佳状态和最优水平。但现有系统只能实现遥控作业，无法有效提升作业效率和安全性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结合全自动无人运输地下铲运车、车地通信系统和调度控制中心，实现地下采矿运输作业的全自动化，以提升地下矿产资源的开采效率、降低人力成本、减少了人员伤亡的几率，并增加经济效益的全自动地下采矿运输系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种全自动地下采矿运输系统，包括：

调度控制中心，用于接收并存储数据，发出控制指令，以进行作业调度、运营监控、数据管理和远程操控；

车载自动驾驶系统，设置于工程车辆内，用于接收和解析指令、车辆循迹、识别矿物、障碍物和周围工程车辆、与调度控制中心配合实现多车协同作业；

车地通信系统，耦接于调度控制中心与车载自动驾驶系统之间，以建立调度控制中心与车载自动驾驶系统双向高速数据传输通道，并传输路侧监控数据至调度控制中心。

作为本发明的进一步改进，所述调度控制中心包括：

系统监控模块，用于实现地下矿井作业状态的宏观观测、关键区域单车作业监控和关键路侧区域监控；

作业调度模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于对矿区运营计划进行解析和全局路径规划，输出控制指令调度铲运车的排班和多车协同控制；

数据管理模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于地下采矿运输系统数据的存储、随机查询和数据挖掘；

紧急停车模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于在紧急情况下进行单车急停和全矿区急停；

远程操控模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于远程操控模式下输出指令控制完成运输作业；

中心通信模块，耦接于车地通信系统，还耦接于系统监控模块、作业调度模块、数据管理模块、紧急停车模块和远程操控模块，以提供系统监控模块、作业调度模块、数据管理模块、紧急停车模块和远程操控模块与车地通信系统之间的通信。

作为本发明的进一步改进，所述车地通信系统包括：

数据传输模块，耦接于中心通信模块，还耦接于车载自动驾驶系统，以构建中心通信模块与车载自动驾驶系统之间的通信，以在车载自动驾驶系统与中心通信模块之间双向传输数据和图像视频信息，以及将车辆状态、环境感知和矿区监控信息实时传回至中心通信模块，同时，将车辆控制命令和路径规划信息实时传输至车载自动驾驶系统；

数据服务模块，耦接于数据传输模块，以对经过数据传输模块的数据、图像视频信息、车辆状态、环境感知、矿区监控信息、车辆控制命令和路径规划信息进行维护处理；

路侧监控模块，耦接于数据传输模块，还耦接于外部路侧监控摄像头，以接收外部路侧监控摄像头的监控图像后传输到数据传输模块。

作为本发明的进一步改进，所述车载自动驾驶系统包括：

车载通信模块，耦接于数据传输模块，传输数据、图像视频信息、车辆状态、环境感知、矿区监控信息、车辆控制命令和路径规划信息至数据传输模块内；

规划决策模块，耦接于车载通信模块，以接收车载通信模块输出的车辆控制命令和路径规划信息控制车辆的行为决策和局部路径规划；

感知定位模块，耦接于规划决策模块，还耦接于车载通信模块，以感知矿区环境，识别矿物、障碍物和其他工程车辆，同时实现车辆的实时定位，输出矿区监控信息、环境感知、车辆状态至车载通信模块；

运动控制模块，耦接于规划决策模块，受规划决策模块控制驱动车辆动作以及反馈车辆状态；

故障诊断模块，耦接于车载通信模块、规划决策模块、感知定位模块和运动控制模块，以进行车载端数据记录和车辆的实时故障诊断。

作为本发明的进一步改进，所述调度控制中心中远程操控具体步骤如下：

1）调度员在调度控制中心客户端上选中所需要远程操控的车辆，并申请获取车辆视频监控数据；

2）车辆视频监控数据在调度控制中心客户端显示，调度员便可选择远程操控指令；

3）调度员选择远程操控指令：若车辆为停车状态，则直接进入远程操控模式；若车辆为非停车状态，则调度控制中心为车辆规划一条停车路径，由车载自动驾驶系统控制车辆减速停车，停车后进入远程操控模式；

4）调度员在远程操控台上通过控制车辆的转向角、车速和制动压力等值控制车辆的运行，在控制过程中需要通过调度控制中心客户端观察车辆的详细运行信息及视频监控信息；

5）调度员在远程操控模式下控制车辆运行至期望位置后，下达停车制动指令；

6）调度员在调度控制中心客户端上退出远程操控模式，系统将退回远程操控前的驾驶模式。

作为本发明的进一步改进，所述远程操控模式为系统的降级运行模式，在该模式下，调度员通过实时观察车载自动驾驶系统提供的车辆周围视频、车辆自身状态和车载自动驾驶系统设备状态信息，远程操控地下铲运车。

作为本发明的进一步改进，所述调度控制中心还包括地图管理模块，所述地图管理模块包括：

地图创建模块，以创建可通行区域的便捷，提供地图容器；

地图编辑模块，耦接于地图创建模块，以在地图创建模块提供的地图容器内的可通行区域边界的基础上添加地图单元，形成一张可用的地图；

地图维护模块，耦接于地图编辑模块，以对可用的地图进行维护，具有自动维护和人工维护两种功能；

地图发布模块，耦接于地图编辑模块，以接收地图编辑模块形成的可用的地图，并将该地图发布出去，其中在同一时间内，仅允许有一张地图处于发布状态。

作为本发明的进一步改进，所述地图创建模块创建地图的步骤如下：

（1）地图编制员设置地图原点；

（2）由人工驾驶车辆司机驾驶安装了定位与通信装置的车辆运行至可通行区域，并通知地图编制员；

（3）地图编制员在调度控制中心客户端上选择进入地图采集作业界面，并通知人工驾驶车辆司机开始采集地图；

（4）人工驾驶车辆司机驾驶车辆沿着可通行区域低速运行两圈，运行过程中应保证车辆状态平稳；

（5）完成上述过程后保存采集的数据，调度控制中心即可获得可通行区域的信息，汇总后可形成可通行区域的轮廓信息；

（6）若可通行区域轮廓内还存在不可通行区域时，可同样采用上述方法采集到不可通行区域的轮廓信息，将两次采集到的轮廓信息进行叠加，便可得到无人驾驶区域可通行区域的边界信息，完成地图容器的创建。

作为本发明的进一步改进，所述地图发布模块发布地图的具体步骤如下：

1，地图编制员在调度控制中心客户端提交地图发布申请，申请内容中应详细列出新发布地图与原地图的差异，并通知调度员与调度长；

2，所有正在执行任务的调度员仔细阅读地图发布申请，确认不会对自己所负责的车辆造成重大影响，在调度控制中心内接受该申请；

3，所有调度员均接受发布申请后，调度长需确认发布新地图对整个矿区作业的影响，若影响可不批准发布新地图；

4，调度长批准后，新地图正式发布，同时，地图编制员与调度员将在新地图发布成功后立即收到新地图发布提醒信息。

本发明的有益效果，1、本发明将调度控制中心、车地通信系统和车载自动驾驶系统三者有机地整合起来，可实现地下采矿运输的全自动作业。2、本发明通过调度控制中心的实时监控和远程操控，可以及时发现和应对突发事件，同时，自动化作业减少了对人的依赖，从而减少了人员伤亡的几率，提高了地下矿井作业的安全性。3、本发明中的车地通信系统采用多模式冗余通信架构，丰富了车地无线传输路径，增强了传输系统可靠性。4、本发明中的全自动化作业能根据实际情况合理分配资源，迅速调度对应的工程机械进行协同作业，提升作业效率。同时，自动化作业减少对人的依赖，从而减少了大量人力支出，提升了经济效益。5、本发明中的调度控制中心通过数据管理可以掌握地下采矿运输系统的运营状态，大数据积累后可通过数据挖掘进一步优化系统的参数设计，从而提升系统性能。

附图说明

图1是全自动地下采矿运输系统示意图；

图2是全自动地下采矿运输系统架构图；

图3是全自动地下采矿运输系统组织管理图；

图4是全自动地下采矿运输系统作业流程；

图5是全自动地下采矿运输系统外部接口关系图；

图6是地下矿井地图管理图；

图7是调度控制中心架构图；

图8是车地通信系统架构图；

图9是车载自动驾驶系统传感器布置图；

图10是车载自动驾驶系统硬件拓扑图；

图11是车载自动驾驶运行模式转换图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

图1为全自动地下采矿运输系统示意图。采矿运输系统分为上下两层，采矿机械在上层进行采矿，矿物通过垂直通道被送入地下，地下铲运车在下层装载区执行装载，完成装载并接到驶离指令后，自动运输矿物前往卸载区进行卸载工作，传送站在位于卸载区，矿物通过传送带运往地面。

如图2所示，全自动地下采矿运输系统包含三个方面：调度控制中心、车地通信系统和车载自动驾驶系统。

1、调度控制中心主要实现运输系统监控、作业调度、数据管理、紧急停车以及远程操控功能。

（1）系统监控

运输系统监控室对矿井作业状态的宏观观测，包括地下铲运车的位置信息、地下铲运车作业状态信息、矿井当前任务分配情况、矿井任务进度和地下环境信息。地下铲运车的作业状态监控是利用车地通信系统将必要地下铲运车状态数据实时回传到调度控制中心，当调度控制中心工作人员在监控软件HMI中选中地下铲运车时，可以查看该车当前的任务分配和作业状态，如车载自动驾驶系统传感器是否异常、执行机构是否正常工作、以及铲运车本身状态是否正常。

（2）任务调度

根据矿井任务量对地下铲运车的作业任务进行调度和对地下铲运车的行驶路径进行全局规划。若有多辆地下铲运车同时运行，调度控制中心在调度作业任务时会进一步管理多车协同作业，保证矿井作业的安全性和高效性。

地下矿井车辆众多，如不加协调，可能频繁出现运行冲突导致死锁的情况。调度控制中心提供车队协同控制功能，可大幅降低死锁发生的概率，还能尽量减少车辆在运行过程中不必要的减速与停车。调度控制中心分析可能发生冲突的车辆计划路径，当检测到冲突时，系统给相关车辆发送速度修正指令（包括减速或停车等指令），以便让其他车辆顺利通过冲突区域。对于单行道、交叉路口等同一时刻只允许一辆车使用的区域，调度控制中心将自动为该区域分配车辆，在车辆通过区域后自动释放该区域给其他车辆，如果车辆在该区域内停车，则车辆保持对该区域的占用锁定。

（3）数据管理

调度控制中心对矿井的必要运营数据进行汇总、存储、查询和分析，包含以下数据内容：地下铲运车状态信息、车辆视频监控信息、车载自动驾驶系统运行数据信息、地下矿井视频监控信息、调度控制中心运行数据信息、车地通信系统运行数据信息、各系统故障与报警信息和各设备的故障信息。调度控制中心通过数据查询功能可以掌握地下采矿运输系统各组成部分的运营状态，及时发现问题，通过调整实现最优，同时，大数据积累后可通过数据挖掘进一步优化系统的参数设计，从而提升系统性能。

（4）紧急停车

调度控制中心在每套调度控制中心客户端旁配置了一套紧急停车按钮，供调度长/调度员在紧急情况下用于实现紧急停车功能，确保整个系统运行的安全性。根据功能需要，设置两种类型的紧急停车按钮，即可对单个指定地下铲运车下发紧急停车指令的“单停”按钮和对整个无人驾驶车队下发紧急停车指令的“全停”按钮。运行控制中心的紧急停车按钮在车辆运行过程中任何情况下均保证与地下铲运车稳定建立连接，以保证紧急情况下由调度员发送紧急停车命令给地下铲运车。

（5）远程操控

远程操控指调度控制中心调度员通过远程控制操作台对地下铲运车进行人工操控，以应对突发事件或故障事件，保证矿山作业的效率和安全性。

为应对突发事件或处理车载自动驾驶系统无法处理的复杂场景，调度控制中心可以通过远程操控来改变地下铲运车的状态。远程操控模式下，调度控制中心可以直接控制铲运车的转向角、车速和制动压力等。由于调度控制中心的优先级高于车载自动驾驶系统，调度控制中心的远程操控可以打断车载自动驾驶系统的无人驾驶作业。

在该模式下，调度员通过实时观察车载自动驾驶系统提供的车辆周围视频、车辆自身状态和车载自动驾驶系统设备状态信息，远程操控地下铲运车。当出现装载点位置偏差、交叉路口死锁或系统故障等异常情况时，调度员可以通过远程操控的方式进行处理。调度员进行远程操控时按如下步骤进行：

1）调度员在调度控制中心客户端上选中所需要远程操控的车辆，并申请获取车辆视频监控数据。

2）车辆视频监控数据在调度控制中心客户端显示，调度员便可选择远程操控指令。

3）调度员选择远程操控指令：若车辆为停车状态，则直接进入远程操控模式；若车辆为非停车状态，则调度控制中心为车辆规划一条停车路径，由车载自动驾驶系统控制车辆减速停车，停车后进入远程操控模式。

4）调度员在远程操控台上通过控制车辆的转向角、车速和制动压力等值控制车辆的运行，在控制过程中需要通过调度控制中心客户端观察车辆的详细运行信息及视频监控信息。

5）调度员在远程操控模式下控制车辆运行至期望位置后，下达停车制动指令。

6）调度员在调度控制中心客户端上退出远程操控模式，系统将退回远程操控前的驾驶模式。

2、车地通信系统实现双向高速数据传输服务和路侧监控服务。

（1）车地通信系统是调度控制中心和车载自动驾驶系统之间通信的桥梁，承担着两者间低延时、高速率、大容量和高安全性传输数据，以及图像视频信息传输任务。车地通信系统将车辆状态、环境感知和矿区监控信息实时传回至调度控制系统，同时，将车辆控制命令和路径规划信息实时传输至车载自动驾驶系统，实现各子系统间安全和高效的信息互联。

（2）车地通信系统为调度控制中心提供路侧监控服务。

车地通信系统在矿区关键位置设置了视频监控设备，包括装载区、卸载区、交叉口、停车场、大曲率弯道路口和易发生事故路段，可将矿区关键位置的视频监控数据传送至调度控制中心。路侧监控服务主要用于监控矿区的环境状态和路侧设备附近的车辆运行状态。以便调度控制中心的工作人员能及时了解地下采矿运输系统的运营状态，处理突发事件。

3、车载自动驾驶系统承担矿物的自动装卸和自动运输任务，由感知定位模块、决策规划模块、运动控制模块和故障诊断模块组成。

（1）感知定位模块执行2大功能：环境感知和车辆定位。1）环境感知处理从传感器获取的原始信息，进行滤波、聚类、前后景分离、障碍物识别和融合跟踪操作，利用传感器可以感知静态障碍物、周围其他工程车辆，以及铲斗中的矿物量。铲斗中矿物量的识别由激光雷达和摄像头配合完成，通过对点云、图像数据进行信息融合、降噪滤波、感兴趣区域分割、特征提取和分类，确定铲斗中矿物的高度及粒度大小，从而准确判断矿物装载量的合理性。环境感知模块会对障碍物和矿物建立生命周期，预测其变化轨迹，既为后续决策规划提供参考，又为下一时刻环境感知信息处理提供依据。2）实时定位任务融合激光雷达和IMU信息，利用激光SLAM技术计算出地下铲运车的位置信息，同时根据构建的地图判断局部可通行区域，具体步骤如下：1）前端匹配。2）后端优化。3）回环优化。4）地图更新。

（2）决策规划模块执行2大功能：行为决策和局部路径规划。1）决策任务根据地下铲运车当前的任务调度情况，结合环境感知和车辆定位结果，确定地下铲运车下一时刻的运动行为。2）根据环境感知和车辆定位信息，以及车辆的行为决策，根据从调度控制中心获取的目标全局路径，在局部可通行区域进行可行性搜索规划，得出一条安全且高效的车辆行驶轨迹。

车载自动驾驶系统根据指令内容解析需要执行的任务，然后根据车载自动驾驶系统状态进行决策和局部路径规划。同时车载自动驾驶系统的决策与规划也为后续的车辆运动控制提供依据，驱动地下铲运车执行矿物运输任务。

（3）运动控制模块执行2大功能：车辆上层动力学控制和车辆状态显示。1）车辆上层动力学控制根据期望轨迹和车辆当前位姿状态进行车辆纵横向动力学解算，得出横向期望前轮转角、纵向期望驱动/制动强度，以及铲斗的期望铲装位置。2）车辆状态显示指车辆指示灯，如转向灯、自动驾驶警示灯，以及HMI指示性设备的控制，用以向外界指示地下铲运车当前所处的作业状态。

（4）故障诊断模块执行2大功能：数据记录和实时故障诊断。1）数据记录功能对车载传感器原始数据、车载自动驾驶系统的计算数据以及地下铲运车的任务调度数据进行同步和序列化，并进行本地存储。2）故障诊断功能实时监控车载自动驾驶系统的运行状态，校验不同模块间所交换数据的合法性，判断系统各部分是否正常，若发现异常则立即触发应急处理措施，保障安全。

车载端数据分为2类：运营数据和详细数据。

1、运营数据主要是指地下铲运车的状态量，如位置、速度、以及当前作业任务类型。根据实时性的要求，运营数据可以分为2类:1）需要实时向调度控制系统回传的数据，实时运营数据不在本地存储，仅用于向调度控制中心回传。2）每隔固定的时间，地下铲运车会返回停车场进行状态确认，在停车场的时间里将非实时运营数据上传到调度控制中心，由调度控制中心进行数据分类存储。这种设计可以减少人工干预（相比于换SD卡或硬盘的方式），提升系统自动化程度。在停车场向调度控制中心上传完数据后，将删除本地数据。

2、详细数据包含车载自动驾驶系统所采集的传感器原始数据，以及算法的中间计算结果，如环境感知结果、实时定位结果和决策规划结果。详细数据仅存储于车载自动驾驶系统本地，保存时长为24h，当超过24h时，车载自动驾驶系统会自动覆盖历史数据。

图3是全自动地下采矿运输系统的运营组织管理架构，运营组织方式分为运营计划、运营管理及监督、车辆运行和车辆维护任务。

1、运营计划任务分为两个方面：1）确定各个运营管理岗位的工作任务。2）根据矿井基本信息、车辆设备状态和矿井产能需求，制定运输车队的运营时间表。运营计划编制员在办公室根据运行控制中心的运营数据制定运营计划，同时运营计划编制员可通过全自动地下采矿运输系统预留的运营计划输入接口向运行控制中心输入运输车队的作业计划。

2、运行控制中心执行运营管理及监督任务包括：1）地下矿区地图管理。2）车辆运行状态监督。3）车辆运行路径管理。4）车辆运行调度。5）矿区视频监控。在运行过程中，车载自动驾驶与运行控制中心设备通过通信系统进行数据交互。运行控制中心通过获取车辆运行数据对车辆的运行情况实时监督，同时运行控制中心也会根据运行情况对地下铲运车进行管理。

运行控制中心位于调度控制中心，调度长、调度员和地图编制员在此办公。运行控制中心内设置了多套调度控制中心客户端，分别供调度长、调度员（可能有多个）和地图编制员使用。同时，每套客户端包含两个显示屏，主显示屏用于显示矿井地图信息、车辆运行状态信息和系统运行状态信息，第二显示屏用于显示视频监控信息，可显示的视频信息有矿井关键位置视频信息和车载视频监控信息。

3、地下铲运车在无人驾驶作业区内运行时，车载自动驾驶系统可实现：1）自动装载。2）自动卸载。3）车辆自主定位。4）车辆循迹控制。5）障碍物检测。6）鸣笛控制。7）车灯控制。8）紧急情况处理。

4、全自动地下采矿运输系统具备定期维护提示功能。采矿运输系统会记录下每辆铲运车从上次维护/维修后累计执行作业任务的时间，当该时间达到指定的时长后，自动提示调度员对该车进行定期维护。在维修区对地下铲运车进行故障检修和定期维护，确保地下铲运车在运行过程中的稳定性。

如图4所示，全自动地下采矿运输系统作业流程如下：

1、调度控制中心和车地通信系统的启动与检查

（1）启动调度控制中心，包括三个方面：1）调度控制中心硬件上电。2）上电后自行初始化，完成自检过程。3）启动调度控制中心软件。若启动失败则通过HMI提示调度员，调度员根据具体情况进行维护和处理。若启动成功，则进入车地通信系统的启动过程。

（2）启动车地通信系统，包括三个方面：1）车地通信系统硬件上电，通信系统物理总开关位于调度控制中心，便于操作和维护。2）上电后自行初始化，完成自检过程。3）自行启动，进入工作状态。若启动失败则通过HMI提示调度员，调度员根据具体情况进行维护和处理。调度控制中心和车地通信系统都启动成功后结束启动。调度控制中心与车地通信系统只在首次运行时上电，上电后通常7×24小时不间断运行，仅在必要时断电维护/检修。

2、车载自动驾驶系统上电自检

调度控制中心根据运输需求，通知停车场操作员将处于关闭状态的车载自动驾驶系统上电，停车场操作员按照如下顺序进行车辆电气设备的上电操作：1）开启车辆系统电源（电池组）。2）开启电源总开关（发动机）。3）旋转车辆钥匙至 ON 位置。完成上述操作后，车载自动驾驶系统即上电进行自检。自检过程中，车载自动驾驶系统对系统自身状态、车载传感器状态、车辆状态和底层执行器进行检查。车载传感器自检由车载自动驾驶系统接收传感器（包括激光雷达、毫米波雷达和摄像头）设备的数据，并进行故障诊断来实现。车辆状态自检则通过读取车辆底层诊断报文实现。车载自动驾驶系统将自检结果信息通过车地通信系统反馈给调度控制中心。4）停车场操作员等待自动驾驶车载端系统自检3分钟，期间若无异常情况发生，则通过手持设备通知调度控制中心的调度员自检过程正常。

3、远程启动发动机

车载自动驾驶系统自检通过后，按如下步骤远程启动发动机：1）调度员通知停车场操作员将安装在车辆上的自动/人工模式切换开关拨动至“自动”位置，此时车辆进入无人驾驶模式，显示相应的模式指示灯。2）调度员通过调度控制中心的客户端程序授权自动驾驶车载端系统，启动发动机。3）停车场操作员等待自动驾驶车载端系统启动发动机，并确认整个过程无异常情况发生后离开车载端系统，通过手持设备通知调度员发动机启动正常。

4、车载自动驾驶系统静态测试

远程启动发动机后，车载自动驾驶系统将启动静态测试，静态测试的主要目的是判断车辆底层执行机构功能是否正常。静态测试的过程为：车载自动驾驶系统向车辆底层执行机构发送特定控制信号，并接收车辆反馈的执行结果信息，通过控制信号与执行结果的比较来判断车辆执行机构的状态。

5、停车场出发

经过静态测试确认车辆执行机构正常后，车载自动驾驶系统处于待机状态，等待调度控制中心为其分配作业任务并规划运行路径。通过运营计划输入方式或调度员分配方式为车辆分配作业任务，作业任务包括发车、装载、卸矿、加油、加水、收车任务。调度控制中心通过任务式路径规划方式为车辆规划运行路径，规划的路径信息将显示在调度员的调度控制中心客户端界面上。调度员需要在调度控制中心客户端上确认路径信息，然后车辆才能启动并离开停车场。

6、装载区装载

调度控制中心在装载区内为地下铲运车设置了等车点，地下铲运车到达装载区后，可能出现以下三种情况：1）等车点无车且收到调度控制中心转发的“进车信号”，铲运车将直接运行至装车点停车。2）等车点无车但尚未收到调度控制中心转发的“进车信号”，铲运车将运行至等车点停车等候。3）等车点已有车辆排队，此时铲运车停在上一排队车辆的后方一定距离处。当有多辆地下铲运车等待装载时，会形成一个等待装载队列。调度控制中心会根据装载区的作业情况安排队列中的铲运车依次进行装载，按照先进先出的原则进行。

7、道路运输

道路运输场景，即地下铲运车在车载自动驾驶系统的控制下根据规划路径在地下矿井运输道路上运行的场景。该场景中，车载自动驾驶系统主要是控制车辆跟随运行路径，同时判断前方障碍物是否与自身轨迹冲突，若冲突，则临时调整轨迹，避免碰撞。调度控制中心需根据车辆所处的区域状态判断冲突情况，为每辆铲运车规划合理轨迹。道路运输涉及3种具体工况：单车道工况、双车道工况和交叉路口工况。

1、对于单车道工况，其道路分为单车道区域和单车道接近区域。1）在单车道区域同一时间仅允许一辆车通过，不允许会车。2）单车道接近区域为停车等候区，若单车道内有对向车辆行驶，则在该区域停车等候。

2、对于双车道工况，车辆靠左侧行驶在对应车道内，除非特殊情况（障碍物阻挡），不允许超越中心线，双车道内允许会车。

3、对于交叉路口工况，其道路分为交叉路口区域和交叉路口接近区域。1）交叉路口区域同一时间仅允许一辆车通过，当该区域内已有车辆时，禁止其他车辆进入。2）交叉路口接近区域则为车辆停车等候区，若交叉路口区域内有车辆行驶，则在交叉路口接近区域停车等候。

地下铲运车行驶路径上可能出现障碍物。当地下铲运车探测到障碍物时，首先停车等待并报告调度控制中心，此时有3种处理方式：1）调度控制中心规划绕过障碍物区域的路径。2）操控人员远程操控通过障碍物区域。3）现地支持人员去现场排除障碍物。

8、卸载区卸载

调度控制中心在卸载区内为地下铲运车设置了等车点，地下铲运车达到卸载区后，可能出现以下三种情况：1）卸载区内无车作业，且等车点也无车排队，此时铲运车可直接进入卸载区进行卸载作业。2）卸载区内有车在进行卸载作业，等车点无车排队，此时铲运车停在等车点停车等候。3）卸载区内有车在进行卸载作业，等车点已有车排队，此时铲运车停在上一排队车辆的后方一定距离处。当有多辆地下铲运车等待卸载时，会形成一个等待卸载队列。调度控制中心会根据卸载区的作业情况安排队列中的铲运车依次进行卸载，按照先进先出的原则进行。

9、加油加水

车载自动驾驶系统能够实时获取到车辆当前油量、水量信息，并传输给调度控制中心。1）当油量不足时，调度控制中心将提醒调度员是否执行加油作业。2）当水量不足时，调度控制系统将提醒调度员是否执行加水作业。

（1）若选择执行加油操作，调度员可按如下方式执行加油作业：

1）调度员选择进行加油作业。

2）调度员从矿井地图界面获取当前加油点所在位置（加油点可能随油罐车的位置而发生变动）。

3）调度员与加油操作员联系，通知当前需要进行加油作业，加油操作员等待铲运车到来。

4）调度员（通过调度员分配方式）为铲运车分配作业任务。

5）调度控制中心根据作业任务为铲运车规划一条从车辆当前位置至加油点的路径，并发送至车载自动驾驶系统。

6）车载自动驾驶系统收到规划路径后，中断当前正在执行的任务，转而执行加油任务。

7）铲运车在车载自动驾驶系统的控制下运行至加油点，并通知调度控制中心远程关闭车辆发动机。

8）发动机关闭后，调度员通知加油操作员，加油操作员将车辆上的自动/人工驾驶模式切换开关拨至“人工”位置。

9）加油操作员为铲运车添加燃油。

10）加满燃油后，加油操作员将车辆上的自动/人工驾驶模式切换开关拨至“自动”位置，并在离开铲运车到达安全位置后通知调度员。

11）在确认加油操作员已离开铲运车后，调度员远程启动车辆发动机。

12）调度员在调度控制中心客户端上确认已完成加油任务。

13）调度控制中心将为铲运车分配加油任务前铲运车所执行的任务，并规划运行路径。

14）经过调度员确认后，调度控制中心将规划路径发送至车载自动驾驶系统，由车载自动驾驶系统控制车辆继续执行任务。

（2）若选择执行加水操作，调度员可按如下方式执行加水作业：

1）调度员选择进行加水作业。

2）调度员从矿井地图界面获取当前加水点所在位置。

3）调度员与加水操作员联系，通知当前需要进行加水作业，加水操作员等待铲运车到来。

4）调度员（通过调度员分配方式）为铲运车分配作业任务。

5）调度控制中心根据作业任务为铲运车规划一条从车辆当前位置至加水点的路径，并发送至车载自动驾驶系统。

6）车载自动驾驶系统收到规划路径后，中断当前正在执行的任务，转而执行加水任务。

7）铲运车在车载自动驾驶系统的控制下运行至加水点，并通知调度控制中心远程关闭车辆发动机。

8）发动机关闭后，调度员通知加水操作员，加水操作员将车辆上的自动/人工驾驶模式切换开关拨至“人工”位置。

9）加水操作员为铲运车加水。

10）加水完成后，加水操作员将车辆上的自动/人工驾驶模式切换开关拨至“自动”位置，并在离开铲运车到达安全位置后通知调度员。

11）在确认加水操作员已离开铲运车后，调度员远程启动车辆发动机。

12）调度员在调度控制中心客户端上确认已完成加水任务。

13）调度控制中心将为铲运车分配加水任务前铲运车所执行的任务，并规划运行路径。

14）经过调度员确认后，调度控制中心将规划路径发送至车载自动驾驶系统，由车载自动驾驶系统控制车辆继续执行任务。

10、停车场泊车

当地下铲运车连续运行一定时间，地下铲运车需要返回停车场接受检查或维护。这种情况下，调度控制中心为地下铲运车分配收车任务，收车任务中指定了停车点位置信息。调度控制中心根据收车任务为车辆规划一条从当前位置到停车点的路径信息，并发送给车载自动驾驶系统。车载自动驾驶系统根据规划路径驶入停车场，若有多辆铲运车驶入停车场，则在停车场的等车点进行排队等候停车，按先后顺序将地下铲运车停泊在指定停车点。

11、车载自动驾驶系统关闭

地下铲运车在停车场泊车后，将运营数据上传到调度控制中心，数据上传完成后，调度员向车载自动驾驶系统发送远程关闭车辆发动机指令，车载自动驾驶系统控制车辆关闭发动机。发动机关闭后，调度员通知停车场操作员关闭车辆电源。停车场操作员按照下述步骤关闭车辆电源：1）将车辆上的自动/人工模式切换开关拨至“人工”位置。2）旋转车辆钥匙至 OFF 位置。3）关闭电源总开关（发动机）。4）关闭车辆系统电源（电池组）。

图5给出了全自动地下采矿运输系统的外部接口关系图。全自动地下采矿运输系统与外部的接口可分为人员接口和设备接口。

1、与全自动地下采矿运输系统进行信息交互的人员主要包括：运营计划编制员、调度长、调度员、地图编制员、停车场操作员、加油操作员、加水操作员、网络管理员。

（1）运营计划编制员：1）根据矿井产能需求、车辆设备状态和矿井基本情况制定运营计划。2）向地下采矿运输系统输入运输车队的作业计划。

（2）网络管理员：负责管理和维护全自动地下采矿运输系统的通信网络。

（3）调度长：运行控制中心的责任主管人员,工作职责如下：1）负责正确理解和统筹地下矿井的总体产量和运营计划。2）为调度员与地图编制员分配工作任务。3）对全自动地下采矿运输系统总体运行情况进行监督。4）为生产作业的安全和突发事件负责。

（4）地图编制员：1）创建地下矿井地图。2）管理和维护地下矿井地图。3）发布地下矿井地图。

（5）调度员：1）接受并执行调度长分配的作业任务。2）监督所负责的地下铲运车作业情况。3）在异常和突发情况下对地下铲运车的运行情况进行干预。

运行控制中心的任务分为：1）采矿运输系统的运营管理。2）采矿运输系统的运营监督。调度长、调度员与地图编制员为运行控制中心的工作人员。在一个工作班内，运行控制中心内仅允许有一位调度长和一位地图编制员，但可以有多位调度员。同时调度长还负责紧急情况下的协调、指挥与决策。

（6）现地支持人员：1）负责对故障的地下铲运车的救援工作。2）现场排除矿物运输过程中的障碍物。

（7）停车场操作员：1）检查并确认车辆状态。2）车载自动驾驶系统上电操作。3）停车场状态维护，即保证停车场清洁、路标位置正确和车辆停泊位置准确。4）车载自动驾驶系统断电操作。

（8）加油操作员：1）确认车载自动驾驶系统行驶至正确加油点。2）确认当前加油车属于调度控制中心指派的合法加油车。3）确认车载自动驾驶系统已经停止发动机后，通过手持设备锁定当前车载自动驾驶系统，防止调度控制中心对该车载系统进行误操作。4）执行加油动作。5）加油完成后通过手持设备解除对当前车载系统的锁定，并通知调度控制中心，表明当前车辆加油完毕，可以驶离。

（9）加水操作员：1）确认车载自动驾驶系统行驶至正确加水点。2）确认当前加水车属于调度控制中心指派的合法加水车。3）确认车载自动驾驶系统已经停止发动机后，通过手持设备锁定当前车载自动驾驶系统，防止调度控制中心对该车载系统进行误操作。4）执行加水动作。5）加水完成后通过手持设备解除对当前车载系统的锁定，并通知调度控制中心，表明当前车辆加水完毕，可以驶离。

（9）人工驾驶车辆司机：在无人驾驶作业区域内运行的人工驾驶车辆都安装有定位与通信装置，人工驾驶车辆司机可以驾驶车辆与地图编制员配合，共同完成地图采集工作。

2、与全自动地下采矿运输系统进行信息交互的设备主要包括：车载自动驾驶系统、人工驾驶矿用工程车辆（可能包含洒水车、人工驾驶地下铲运车、通勤车和指挥车，本方案中统称为人工驾驶车辆）、传送站。

1）车载自动驾驶系统：调度员通过调度控制中心的客户端向车载自动驾驶系统发送作业指令，地下铲运车接收和执行这些指令。同时，全自动地下采矿运输系统接收车载自动驾驶系统反馈的状态数据信息。

2）人工驾驶车辆：为保证无人驾驶作业的安全性，所有进入无人驾驶作业区域的人工驾驶车辆均须安装定位与通信装置。此处人工驾驶车辆包括但不限于洒水车、人工驾驶地下铲运车、通勤车、指挥车。安装了定位与通信装置的人工驾驶车辆可实时获取自身定位信息，连同车辆运行的基本状态信息一并反馈给全自动地下采矿运输系统。

3）传送站：传送站位于卸载区，铲运车需要将矿物直接倾泻在传送站，矿物被传送带运走。地下铲运车在倾泻矿物时，须获取传送站当前的运行情况，避免在传送站出现异常的情况下向传送站卸料。

图6给出了地下矿井地图管理图。调度控制中心提供地下矿井地图管理功能，为地下铲运车提供基础的运行地图数据。地下矿井地图定义了无人驾驶系统作业区域与可通行区域，同时将可通行区域划分为不同的地图单元。在不同的地图单元内，根据单元类别设定了地下铲运车的基础运行策略。地图管理模块可实现对矿井地图的管理和维护操作，包括地图创建、地图编辑、地图维护和地图发布功能。

1、地图创建

此处的地图创建，仅指创建可通行区域的边界，其目的是提供一个地图容器，以容纳后续地图编辑过程中添加地图单元。地下矿井地图由不同的无人驾驶功能区域组成，这些功能区域也即地图单元。

本实施例中采用车辆采集方式创建地图。其主要步骤如下：

（1）地图编制员设置地图原点，本实施例中以调度控制中心作为地图原点。

（2）由人工驾驶车辆司机驾驶安装了定位与通信装置的车辆运行至可通行区域，并通知地图编制员。

（3）地图编制员在调度控制中心客户端上选择进入地图采集作业界面，并通知人工驾驶车辆司机开始采集地图。

（4）人工驾驶车辆司机驾驶车辆沿着可通行区域低速运行两圈，运行过程中应保证车辆状态平稳。

（5）完成上述过程后保存采集的数据，调度控制中心即可获得可通行区域的信息，汇总后可形成可通行区域的轮廓信息。

（6）若可通行区域轮廓内还存在不可通行区域时，可同样采用上述方法采集到不可通行区域的轮廓信息。将两次采集到的轮廓信息进行叠加，便可得到无人驾驶区域可通行区域的边界信息。

2、 地图编辑

地图编制指在上述可通行区域边界的基础上添加地图单元，形成一张实际可用的地下矿井地图。地下矿井地图编制工作主要包括以下内容：

（1）地图编制员根据实际情况调整可通行区域内外边界。

（2）地图编制员将可通行区域划分为不同的地图单元，根据功能可分为如下几种类型单元：

1）停车场单元，简称停车场。

2）道路单元，简称道路。

3）装载单元，简称装载区。

4）卸载单元，简称卸载区。

5）障碍物单元，简称障碍物。

6）交叉路口单元，简称交叉路口。

（3）地图编制员为不同的地图单元设置属性：

1）停车场可设置停车位数量、位置、停车方向和停车场入口属性。

2）道路可设置行车道宽度、路肩宽度、车道数量、车道方向、车道限速和车道入口属性。

3）装载区可设置装载设备类型、入换方式、车辆数量限制和速度限制属性。每张矿井地图必须至少有一个装载区。

4）卸载区可设置卸料口位置、卸料方向、车辆数量和速度限制属性。

5）障碍物为不可通行区域，应使用较深的颜色标记，以便与其他单元区分。

6）交叉路口可设置接近区域长度和通行规则，通常采用的通行规则包括先进入接近区域的车辆优先通行、有人驾驶车辆优先通行、重载车辆优先通行、上坡车辆优先通行以及干线车辆优先通行。

3、地图维护

地下矿井地图的维护分为自动维护和人工维护。

（1）自动维护是指在铲运车运动过程中利用SLAM构建局部地图信息，在已有本地地图的基础上进行局部信息的更新。同时，调度控制中心会定期获取车载端地图，通过匹配多个车载端地图的异同，用概率方法估计最优地图。

（2）人工维护是指因作业区域变化等原因导致地形发生比较大的变化时，由调度长发起的地图重新采集工作。

4、地图发布

矿井地图发布是指将矿井地图投入使用，全自动地下采矿运输系统将立即使用该地图进行作业。同一时间内，仅允许有一张矿井地图处于发布状态。由于矿井地图的发布可能会影响正在作业的地下铲运车，因此矿井地图的发布必须要经过如下严格的程序：

（1）地图编制员在调度控制中心客户端提交地图发布申请，申请内容中应详细列出新发布地图与原地图的差异（指出变更的区域及具体变更内容），并通知调度员与调度长。

（2）所有正在执行任务的调度员（指已被分配车辆的调度员）仔细阅读地图发布申请，确认不会对自己所负责的车辆造成重大影响（或通过人工干预手段可控制影响），在调度控制中心内接受该申请。

（3）所有调度员均接受发布申请后，调度长需确认发布新地图对整个矿区作业的影响，若影响可不批准发布新地图。

（4）调度长批准后，新地图正式发布。同时，地图编制员与调度员将在新地图发布成功后立即收到新地图发布提醒信息。

地图发布对应两种更新选择：强制更新和选择更新。1）强制更新是指因作业区域的变化而导致地形发生比较大的变化时，需要所有车辆在收到新地图发布提醒信息后停车等待，下载新地图。2）定期更新是指铲运车在每次卸载完成以后，在卸载区附近进行短时间的更新。两种更新方式更新的都是整张地图。

如图7所示，调度控制中心主要由调度控制中心服务器、数据库服务器、紧急停车按钮、远程控制操作台、中央显示屏、停车场终端和内部交换机构成。其中，调度控制中心服务器、数据库服务器、紧急停车按钮、远程控制操作台、中央显示屏位于运行控制中心内，停车场终端位于停车场内。

1、调度控制中心服务器

调度控制中心服务器为全自动地下采矿运输系统的核心设备，其主要工作：1）完成调度控制中心的主要计算任务，如计算从车辆当前位置到卸载点的卸载路径或计算车辆与障碍物之间的安全距离。2）承担调度控制中心的外部接口管理任务。

调度控制中心配置了两套调度控制中心服务器，采用双机热备冗余的结构。正常情况下，两套服务器同时运行，但是，同一时间仅一套服务器作为主机使用，而另一套服务器作为备机。当作为主机的服务器出现故障导致不可用时，系统能够自动切换至备机进行工作，此时主机与备机的关系发生转换。

2、数据库服务器

数据库服务器用于存储系统运行的日志信息，含所有地下铲运车的车辆状态信息、有人驾驶车辆的基本状态信息和定位信息、调度控制中心运行状态信息、车载自动驾驶系统运行状态信息、车地通信系统运行状态信息、系统故障信息、调度长/调度员控制指令和地图发布信息。

通过对整个系统的数据存储于分析可以掌握地下采矿运输系统的运营状态，同时，大数据积累后可通过数据挖掘进一步优化系统的参数设计，从而提升系统性能。

3、紧急停车按钮

调度控制中心在每套调度控制中心客户端旁配置了一套紧急停车按钮，供调度长/调度员在紧急情况下用于实现紧急停车功能，确保整个系统运行的安全性。根据功能需要，设置两种类型的紧急停车按钮，即可对单个指定地下铲运车下发紧急停车指令的“单停”按钮和对整个无人驾驶车队下发紧急停车指令的“全停”按钮。“全停”按钮采用铅封或类似形式进行处理，防止误触。

（1）单车紧急停车。调度员通过设置在运行控制中心内的单车紧急停车按钮向该车发送紧急停车命令。该命令通过车地通信系统发送至车载自动驾驶系统，并由车载自动驾驶系统控制车辆按照紧急制动流程进行停车。

（2）车队紧急停车。调度员可以通过设置在运行控制中心内的车队紧急停车按钮同时向无人驾驶区域内所有的地下铲运车发送紧急停车命令。该命令通过车地通信系统发送至所有无人驾驶地下铲运车，并由车载自动驾驶系统控制车辆按照紧急制动流程进行停车。

紧急情况包括以下十个方面： 1）车载自动驾驶系统软件异常。2）车载自动执行机构异常。3）铲运车本身故障。4）车载自动驾驶系统传感器异常。5）车地通信系统异常。6）路径偏离异常。7）障碍物的出现。8）锁定设备切换。9）工控机异常。10）车辆发生起火。

4、远程控制操作台

远程控制操作台用于实现在无人驾驶模式下对指定地下铲运车的远程遥控驾驶功能，供特殊情况下或紧急情况下调度员远程操作地下铲运车。

5、中央显示屏

由于调度控制中心客户端显示屏大小有限，无法直观的向调度长或调度员提供整个矿区的监控信息，可能会导致一些决策失误。中央显示屏的目的在于消除这些可能出现的失误，它提供了以下信息：1）所有车辆的位置信息。2）所有车辆的位置信息。3）矿区关键位置视频信息。4）障碍物信息。

矿井关键区域包括：1）装载区。2）卸载区。3）交叉口。4）停车场。5）大曲率弯道路口。6）易发生事故路段。

6、停车场终端

停车场终端供停车场操作员使用，停车场终端上仅能登录停车场操作员账户，通过该账户仅能查看矿井地图中限定区域（指停车场内及停车场入口附近）的车辆信息和视频监控信息。停车场操作员可通过该终端将停车场的相关信息反馈给调度长或调度员，但不具备向地下铲运车下发控制指令的功能。同时调度控制中心的车辆启动指令也通过停车场终端发送给停车场操作员。

图8给出了车地通信系统架构。车地通信系统是全自动地下采矿运输系统的重要组成部分，作为调度控制中心和车载自动驾驶系统之间的桥梁，提供连续、双向、大容量且安全可靠的信息传输通道。车地通信系统将车载自动驾驶系统运行状态信息、车辆视频监控信息和故障信息实时传回至调度控制中心，车载自动驾驶系统的运营数据存储在调度控制中心的服务器。同时将调度控制中心任务调度信息和人工干预指令信息实时传输至车载自动驾驶系统，实现各子系统间安全和高效的信息互联。

车地通信系统为调度控制中心提供路侧监控服务。车地通信系统在矿区关键位置设置了视频监控设备，可将矿区关键位置的视频监控数据传送至调度控制中心。

通过部署每辆车的车载交换机，系统最大可以提供LTE和WiFi双冗余的网络传输链路。LTE系统和WiFi系统的接入是通过车载网络终端。LTE系统采用TD-LTE和FDD-LTE两种制式设计，TD-LTE和FDD-LTE网络同时传输数据，共同承载地下铲运车无人驾驶业务数据。当LTE系统其中一种制式网络出现异常时，车载网络终端自动切换至另一种制式网络；当LTE系统两种制式网络均出现异常时，车载自动驾驶系统与调度控制中心之间的业务通信将由WiFi信息通道确保。WiFi系统作为LTE系统的补充，丰富了车地无线传输路径，增强传输系统冗余性和可靠性。

多模式通信方式之间可根据实际通信带宽需求进行灵活切换，当数据量较大时，LTE通信和WiFi通信将同时作为通信手段。需要说明的是车地通信系统可以加入更多通信方式，只是本实施例只采用LTE&WiFi双网覆盖方案。

图9中给出了车载自动驾驶系统的传感器布置方案。

1、激光雷达共三个，地下铲运车前面安装两个激光雷达，分布于左右，其中一个激光雷达配合摄像头专门用于识别铲斗中是否装满了矿物，若没有装满则继续进行装载工作，确保装载工作的合理性。地下铲运车的后面安装另外一个激光雷达。

2、毫米波雷达共两个，分布于地下铲运车的前、后位置。

3、摄像头共两个，分布于地下铲运车车顶的前、后位置。

4、IMU和通信天线布置于地下铲运车车顶。

其中，激光雷达一方面用于定位，另一方面用于障碍物识别和跟踪。在定位过程中会融合IMU信息，提高定位更新频率和平滑性。毫米波雷达用于障碍物检测和跟踪，作为激光雷达的补充，增强障碍物检测能力。摄像头用于记录地下铲运车作业过程中的视频数据，便于事故分析，也可用于调度控制中心对地下铲运车的远程操控。无线通信用于与调度控制中心交互数据，包括定位数据、车辆状态数据、视频推流数据和业务调度数据。

图10为车载自动驾驶系统的硬件拓扑，计算单元中有与传感器进行数据交互的板卡，传感器和车辆底层通过这些板卡与计算单元中运行的算法产生数据交换。

1、激光雷达的数据通过以太网交换机1汇聚后与计算单元的网卡1相连。

2、毫米波雷达分别与计算单元的不同CAN卡相连。

3、摄像头的视频数据通过以太网交换机2汇聚后与计算单元的网卡1相连。双模式通信模块直接与计算单元网卡2 相连。

4、计算单元与车辆底层也通过CAN总线进行数据交互，车辆底层与计算单元的CAN卡2相连。

如图11所示，车载自动驾驶系统的运行模式包括如下四种：人工驾驶模式、无人驾驶模式、远程操控模式和视距遥控驾驶模式。全自动地下采矿运输系统应在车辆上配置模式指示灯，不同的模式下指示灯的状态不同。模式之间的转换必须在停车状态下进行。

1、人工驾驶模式针对地图采集、调试或故障等场景所提供的地下铲运车驾驶模式。在该模式下，车辆完全由司机/现地支持人员控制，此时车载自动驾驶系统仅进行日志记录。

2、无人驾驶模式下，全自动地下采矿运输系统负责控制车辆的运行。后端根据运营计划或调度员指令为地下铲运车分配作业任务，并将作业任务转化为路径指令发送至车载自动驾驶系统。接收运行路径信息后，车载自动驾驶系统将控制车辆循迹行驶，完成作业任务。

3、远程操控模式为系统的降级运行模式，在该模式下，调度员通过实时观察车载自动驾驶系统提供的车辆周围视频、车辆自身状态和车载自动驾驶系统设备状态信息，远程操控地下铲运车。4、视距遥控驾驶模式是故障下的降级运行模式，由现地支持人员执行，现地支持人员执行视距遥控驾驶车辆前应获得调度长和调度员的授权。

模式转换说明如下：1）人工驾驶模式与无人驾驶模式间可以互相转换，停车场操作员或现地支持人员可通过设置在车辆上的自动/人工模式切换开关进行模式转换。2）无人驾驶模式与远程操控模式间可以互相转换，由调度员在调度控制中心客户端上执行模式转换。3）远程操控模式可转换至视距遥控驾驶模式，由现地支持人员与调度员共同完成模式转换。4）视距遥控驾驶模式可转换为人工驾驶模式，现地支持人员可通过设置在车辆上的自动/人工模式切换开关进行模式转换。5）无人驾驶模式可转换至视距遥控驾驶模式。现地支持人员到达待操作铲运车附近后，通过手持终端向系统申请获得该车辆的视距操作权限，调度员在调度控制中心客户端上确认后，该车辆即进入视距遥控驾驶模式。6）远程操控模式可转换至人工驾驶模式，停车场操作员或现地支持人员可通过设置在车辆上的自动/人工模式切换开关进行模式转换。同一时刻，车载系统只能与1个设备保持通信关系，利用优先级抢占。

综上所述，本实施例的全自动地下采矿运输系统，通过调度控制中心、车载自动驾驶系统和车地通信系统的设置，便可有效的实现全自动控制工程车辆实现采矿运输了。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种全自动地下采矿运输系统，其特征在于：包括：

调度控制中心，用于接收并存储数据，发出控制指令，以进行作业调度、运营监控、数据管理和远程操控；

车载自动驾驶系统，设置于工程车辆内，用于接收和解析指令、车辆循迹、识别矿物、障碍物和周围工程车辆、与调度控制中心配合实现多车协同作业；

车地通信系统，耦接于调度控制中心与车载自动驾驶系统之间，以建立调度控制中心与车载自动驾驶系统双向高速数据传输通道，并传输路侧监控数据至调度控制中心；所述调度控制中心包括：

系统监控模块，用于实现地下矿井作业状态的宏观观测、关键区域单车作业监控和关键路侧区域监控；

作业调度模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于对矿区运营计划进行解析和全局路径规划，输出控制指令调度铲运车的排班和多车协同控制；

数据管理模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于地下采矿运输系统数据的存储、随机查询和数据挖掘；

紧急停车模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于在紧急情况下进行单车急停和全矿区急停；

远程操控模块，耦接于系统监控模块受系统监控模块监控，用于远程操控模式下输出指令控制完成运输作业；

中心通信模块，耦接于车地通信系统，还耦接于系统监控模块、作业调度模块、数据管理模块、紧急停车模块和远程操控模块，以提供系统监控模块、作业调度模块、数据管理模块、紧急停车模块和远程操控模块与车地通信系统之间的通信；所述车地通信系统包括：

数据传输模块，耦接于中心通信模块，还耦接于车载自动驾驶系统，以构建中心通信模块与车载自动驾驶系统之间的通信，以在车载自动驾驶系统与中心通信模块之间双向传输数据和图像视频信息，以及将车辆状态、环境感知和矿区监控信息实时传回至中心通信模块，同时，将车辆控制命令和路径规划信息实时传输至车载自动驾驶系统；

数据服务模块，耦接于数据传输模块，以对经过数据传输模块的数据、图像视频信息、车辆状态、环境感知、矿区监控信息、车辆控制命令和路径规划信息进行维护处理；

路侧监控模块，耦接于数据传输模块，还耦接于外部路侧监控摄像头，以接收外部路侧监控摄像头的监控图像后传输到数据传输模块；所述车载自动驾驶系统包括：

车载通信模块，耦接于数据传输模块，传输数据、图像视频信息、车辆状态、环境感知、矿区监控信息、车辆控制命令和路径规划信息至数据传输模块内；

规划决策模块，耦接于车载通信模块，以接收车载通信模块输出的车辆控制命令和路径规划信息控制车辆的行为决策和局部路径规划；

感知定位模块，耦接于规划决策模块，还耦接于车载通信模块，以感知矿区环境，识别矿物、障碍物和其他工程车辆，同时实现车辆的实时定位，输出矿区监控信息、环境感知、车辆状态至车载通信模块；

运动控制模块，耦接于规划决策模块，受规划决策模块控制驱动车辆动作以及反馈车辆状态；

故障诊断模块，耦接于车载通信模块、规划决策模块、感知定位模块和运动控制模块，以进行车载端数据记录和车辆的实时故障诊断；所述调度控制中心中远程操控具体步骤如下：

1）调度员在调度控制中心客户端上选中所需要远程操控的车辆，并申请获取车辆视频监控数据；

2）车辆视频监控数据在调度控制中心客户端显示，调度员便可选择远程操控指令；

3）调度员选择远程操控指令：若车辆为停车状态，则直接进入远程操控模式；若车辆为非停车状态，则调度控制中心为车辆规划一条停车路径，由车载自动驾驶系统控制车辆减速停车，停车后进入远程操控模式；

4）调度员在远程操控台上通过控制车辆的转向角、车速和制动压力控制车辆的运行，在控制过程中需要通过调度控制中心客户端观察车辆的详细运行信息及视频监控信息；

5）调度员在远程操控模式下控制车辆运行至期望位置后，下达停车制动指令；

6）调度员在调度控制中心客户端上退出远程操控模式，系统将退回远程操控前的驾驶模式；

所述调度控制中心还包括地图管理模块，所述地图管理模块包括：

地图创建模块，以创建可通行区域的便捷，提供地图容器；

地图编辑模块，耦接于地图创建模块，以在地图创建模块提供的地图容器内的可通行区域边界的基础上添加地图单元，形成一张可用的地图；

地图维护模块，耦接于地图编辑模块，以对可用的地图进行维护，具有自动维护和人工维护两种功能；

地图发布模块，耦接于地图编辑模块，以接收地图编辑模块形成的可用的地图，并将该地图发布出去，其中在同一时间内，仅允许有一张地图处于发布状态；

所述地图创建模块创建地图的步骤如下：

（1）地图编制员设置地图原点；

（2）由人工驾驶车辆司机驾驶安装了定位与通信装置的车辆运行至可通行区域，并通知地图编制员；

（3）地图编制员在调度控制中心客户端上选择进入地图采集作业界面，并通知人工驾驶车辆司机开始采集地图；

（4）人工驾驶车辆司机驾驶车辆沿着可通行区域低速运行两圈，运行过程中应保证车辆状态平稳；

（5）完成上述过程后保存采集的数据，调度控制中心即获得可通行区域的信息，汇总后形成可通行区域的轮廓信息；

（6）若可通行区域轮廓内还存在不可通行区域时，同样采用上述方法采集到不可通行区域的轮廓信息，将两次采集到的轮廓信息进行叠加，便可得到无人驾驶区域可通行区域的边界信息，完成地图容器的创建。

2.根据权利要求1所述的全自动地下采矿运输系统，其特征在于：所述远程操控模式为系统的降级运行模式，在该模式下，调度员通过实时观察车载自动驾驶系统提供的车辆周围视频、车辆自身状态和车载自动驾驶系统设备状态信息，远程操控地下铲运车。

3.根据权利要求2所述的全自动地下采矿运输系统，其特征在于：所述地图发布模块发布地图的具体步骤如下：

1，地图编制员在调度控制中心客户端提交地图发布申请，申请内容中应详细列出新发布地图与原地图的差异，并通知调度员与调度长；

2，所有正在执行任务的调度员仔细阅读地图发布申请，确认不会对自己所负责的车辆造成重大影响，在调度控制中心内接受该申请；

3，所有调度员均接受发布申请后，调度长需确认发布新地图对整个矿区作业的影响，若影响可不批准发布新地图；

4，调度长批准后，新地图正式发布，同时，地图编制员与调度员将在新地图发布成功后立即收到新地图发布提醒信息。

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