CN112099492A - 含避让点的管制区内agv动态交通管制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动引导车领域，本发明公开了一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法及系统，该方法包括：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，得到车辆在各路径点的运行时间；根据所述路径数据和所述各路径点的运行时间计算路径交叉，在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式；选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略；下发最优的管制策略给各车辆。本发明可解决AGV在含避让点的双向单行路径上的通过问题，避免出现多车之间的碰撞，提高AGV在含避让点的双向单行路径上通行效率，降低AGV的等待时间。

Description

含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法及系统

技术领域

本发明涉及自动导引车技术领域，尤其涉及一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法及系统。

背景技术

在AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引车)领域，多车在同一个地图中运行时，可能出现车辆之间的碰撞或者死锁等问题，为了解决这类问题，除了依靠AGV自身的传感器进行检测之外，较多的方式是通过引入集中调度系统来进行控制。

专利文献【CN110603181A】公开了一种智能驾驶车辆让行方法、装置及车载设备，通过引入道路监测单元来确定特定区域内，是否有车辆需要避让其他车辆，从而通过调度系统对车辆进行避让控制，以防止区域内的碰撞。

专利文献【CN105654756B】公开了一种自主式交通管制方法，通过地标来确定车辆是否到达预先设计好的交通管制区域，并通过不同车辆进入管制区后发送的交通消息先后顺序，来确定车辆在管制区域内的优先通行权利。这种方式无需引入道路监测单元，通行优先权可根据车辆的先后顺序进行自主调整，提高了通行效率。

专利文献【CN104331079A】公开了一种针对AGV的交通管制系统及管制方法，用以保证多车在可能发生车辆交汇的区域的有序通行。通过设置特定功能的地标，来确定车辆在管制区域内的位置，并利用集中调度系统确定优先通行权利。

专利文献【CN107179773B】公开了一种AGV的避让调度控制方法及系统，其中方法包括：规划当前AGV的当前任务行走路径；检测当前任务行走路径上是否有冲突点，有则转避让判断步骤，否则规划正在执行路径并转任务执行步骤；避让判断步骤：找出最远不冲突点作为正在执行路径，检测正在执行路径不为空时转任务执行步骤，检测正在执行路径为空时判断冲突AGV是否为空闲AGV，是则规划冲突AGV的避让任务，否则等待预设时间转冲突点检测步骤；任务执行步骤：控制当前AGV前进执行任务，正在执行路径完毕判断当前任务是否存在剩余路径，是则转冲突点检测步骤，否则将当前AGV切换为空闲状态。该发明可以给路径上的空闲AGV选择规划出避让路径，保证AGV的作业效率。

然而上述现有技术存在如下技术缺陷：

在多个AGV需要同时占用某特定区域时，由于路径资源的冲突，车辆需要通过一定的策略在时间上避免同时占用导致车辆之间出现碰撞或者拥堵。上述方案中，专利文献【CN110603181A】采用路侧设备对车辆在特定区域的位置及通行权进行采集和确定，需要增加额外的设备。专利文献【CN105654756B】通过车辆之间的通信由车端自行确定通行权，通行优先权只能根据到达指定管制区域的时间先后依次确定。专利文献【CN104331079A】通过集中调度系统来控制车辆在管制区域的通行权，但是通行权必须通过特定功能的地标来确定，无法根据车辆实际的运动情况来确定，效率不高。专利文献【CN107179773B】虽然给出了冲突AGV的避让判断时间计算方法及避让流程，但是，在两个AGV有冲突时，选择哪一个AGV去避让另一个AGV的方法是只通过AGV的任务执行状态(即局部路径是否为空)来确定，没有基于两个AGV的全局路径计算AGV分别到达避让点的时间以及等待时间，可能会导致避让AGV的避让时间较长，而非避让AGV长时间等待的现象，降低运行效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法及系统，针对多个AGV需要同时占用一个含避让点的特定管制区域，无需引入路测设备，通过集中调度系统进行计算，判断车辆之间的路径交叉关系，并进行最优的动态管制。

本发明的含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，包括：

获取路径数据：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，所述路径数据包括路径点编号、路径点运行方向和路径点之间运行里程；对所述路径数据进行预处理，得到车辆在各路径点的运行时间t_i；

计算路径交叉：根据所述路径数据和所述各路径点的运行时间t_i计算路径交叉，路径交叉的充要条件为时间和空间上的重合；在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式以防止时间计算误差导致计算路径交叉失败；

管制策略优化：选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略，若车辆i的等待时间为T_waiti，则最优的管制策略为：

管制命令下发：下发最优的管制策略给各车辆。

进一步的，所述获取路径数据中：

各路径点运行时间t_i的计算方法如下：

其中，t_i-1为车辆在上一个路径点的运行时间，s_i和v_i分别为车辆从第i-1个点到第i个点的运行里程及运行平均速度，t_{turn_i}为车辆在第i个点的转弯时间，如果无需转弯，则为0。

进一步的，所述获取路径数据中：

计算所述各路径点运行时间t_i时，根据包括起点、终点和转弯在内的场景，增加车辆在路径上的加速时间和减速时间。

进一步的，所述获取路径数据中：

所述路径规划算法包括Dijkstra算法和A*算法。

进一步的，所述计算路径交叉中：

若车辆1在路径点i处的运行时间窗为T₁₁～T₁₂，车辆2在路径点i处的运行时间窗为T₂₁～T₂₂，当满足如下关系之一时，则表明车辆1与车辆2将路径点i处相遇，发生路径的交叉：

T₂₁≤T₁₁≤T₂₂

T₂₁≤T₁₂≤T₂₂

T₁₁≤T₂₁≤T₁₂

T₁₁≤T₂₂≤T₁₂。

进一步的，所述计算路径交叉中：

时间窗的选择采用当前路径点前后一个路径点之间的时间。

进一步的，所述计算路径交叉中：

在车辆运行过程时，随着车辆当前所在位置的更新，车辆还未通过的路径点的时间信息也需要进行动态的更新。

进一步的，所述管制策略优化中：

在计算等待时间时，先对各车辆的优先级进行定义，优先级高的车辆在相同情况下具备优先通行权。

本发明的含避让点的管制区内AGV动态交通管制系统，包括：

路径数据获取模块：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，所述路径数据包括路径点编号、路径点运行方向和路径点之间运行里程；对所述路径数据进行预处理，得到车辆在各路径点的运行时间t_i；

路径交叉计算模块：根据所述路径数据和所述各路径点的运行时间t_i计算路径交叉，路径交叉的充要条件为时间和空间上的重合；在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式以防止时间计算误差导致计算路径交叉失败；

管制策略优化模块：选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略，若车辆i的等待时间为T_waiti，则最优的管制策略为：

管制命令下发模块：下发最优的管制策略给各车辆。

本发明的有益效果在于：

(1)通过时间空间冲突计算，准确获取AGV在双向单行路径上的是否相遇，以及相遇的位置和时间，并给出了管制和避让策略，避免出现AGV的碰撞。

(2)在进行管制避让策略选择时，通过分析AGV之间的相遇位置和时间，以及不同管制避让策略下各AGV可能的运行时间和等待时间，给出满足最优时间效率的管制策略，保证在含避让点的双向单行路径上管制避让的通行效率最优。

附图说明

图1含避让点的双向单行路径管制区示意图；

图2管制区内AGV动态交通管制方法流程图；

图3栅格地图规划路径示例；

图4路径交叉示意图；

图5车辆经过管制区示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明中管制区域定义为在栅格地图上绘制的特定区域，区域内的车辆通行需要按照指定的规则进行。在绘制管制区域时，主要考虑如果车辆不进行提前管制，则会出现车辆相向而行导致的互锁现象。

本发明主要考虑含避让点的双向单行路径上的管制策略，以提高车辆在此类型路径上的通行效率，如图1所示为含避让点的双向单行路径管制区示意图。

实施例1

本实施例提供了一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法及系统，如图2所示，该管制方法包括以下步骤：

获取路径数据：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，如图3所示为栅格地图规划路径示例，路径数据包括路径点编号、路径点运行方向和路径点之间运行里程；然后对路径数据进行预处理，得到车辆在各路径点的运行时间t_i；

计算路径交叉：根据路径数据和各路径点的运行时间t_i计算路径交叉，路径交叉的充要条件为时间和空间上的重合，如图4所示为路径交叉示意图；在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式以防止时间计算误差导致计算路径交叉失败；

管制策略优化：选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略，若车辆i的等待时间为T_waiti，则最优的管制策略为：

管制命令下发：下发最优的管制策略给各车辆。

该管制系统与上述管制方法相对应，具体包括以下模块：

路径数据获取模块：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，路径数据包括路径点编号、路径点运行方向和路径点之间运行里程；对路径数据进行预处理，得到车辆在各路径点的运行时间t_i；

路径交叉计算模块：根据路径数据和各路径点的运行时间t_i计算路径交叉，路径交叉的充要条件为时间和空间上的重合；在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式以防止时间计算误差导致计算路径交叉失败；

管制策略优化模块：选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略，若车辆i的等待时间为T_waiti，则最优的管制策略为：

管制命令下发模块：下发最优的管制策略给各车辆。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，在获取路径数据时：

各路径点运行时间t_i的计算方法如下：

其中，t_i-1为车辆在上一个路径点的运行时间，s_i和v_i分别为车辆从第i-1个点到第i个点的运行里程及运行平均速度，t_{turn_i}为车辆在第i个点的转弯时间，如果无需转弯，则为0。

具体的，计算各路径点运行时间t_i时，根据包括起点、终点和转弯在内的场景，增加车辆在路径上的加速时间和减速时间。

更为具体的，路径规划算法可采用Dijkstra或者A*等图算法。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，在计算路径交叉时：

若车辆1在路径点i处的运行时间窗为T₁₁～T₁₂，车辆2在路径点i处的运行时间窗为T₂₁～T₂₂，当满足如下关系之一时，则表明车辆1与车辆2将路径点i处相遇，发生路径的交叉：

T₂₁≤T₁₁≤T₂₂

T₂₁≤T₁₂≤T₂₂

T₁₁≤T₂₁≤T₁₂

T₁₁≤T₂₂≤T₁₂。

具体的，时间窗的选择采用当前路径点前后一个路径点之间的时间。

更为具体的，在车辆运行过程时，随着车辆当前所在位置的更新，车辆还未通过的路径点的时间信息也需要进行动态的更新。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，在优化管制策略时：

如图5所示为车辆经过管制区示意图，为计算各车辆的等待时间，假设有两个车辆同时经过管制区：

假设车辆1的任务路径为1-2-3-4-5-6-10，车辆2的路径为11-7-6-5-4-3-2-8，车辆2此时分别在路径点1和路径点11处，通过路径交叉计算步骤，可以判断出车辆将在管制区内相遇。

为了防止车辆在管制区内由于交叉出现相互锁死，在管制区内的管制策略可以有如下几种：

1)车辆1通行，车辆2等待；

2)车辆2通行，车辆1等待；

3)车辆1进入避让点9等待，车辆2通行；

4)车辆2进入避让点9等待，车辆1通行；

不同的管制策略会产生不同的车辆等待时间，可通过各管制策略下的等待时间来选择更优的策略。在计算等待时间时，需要对各车辆的优先级进行定义，优先级高的车在相同情况下具备有限通行权。假设每个车的优先级系数为p_i，优先级高的车辆，系数越大，优先级低的车，系数越小。

下面针对上述四种管制策略，分别介绍等待时间的计算方法。

管制策略1：

管制策略1中，车辆1通行，车辆2等待。由于车辆1直接通行，则其等待时间T_wait1＝0。车辆2则将在管制区入口等到，即当车辆2进入路径点7时，将停车等待，因此，车辆2的等待时间为：

T_wait2＝t_1out-t_1in-t_2in

其中，t_1out和t_1in分别是车辆1出管制区的时间和进管制区的时间，t_2in为车辆2进管制区的时间。

结合车辆的优先级系数，则管制策略1的等待时间T₁为：

T₁＝p₁T_wait1+p₂T_wait2

管制策略2：

管制策略2与管制策略1的等待时间计算方法类似，只是车辆的管制策略刚好相反，即：

T_wait1＝t_2out-t_2in-t_1in

T_wait2＝0

总的等待时间T₂为：

T₁＝p₁T_wait1+p₂T_wait2

管制策略3：

管制策略3中，车辆1进入避让点，车辆2通行。车辆1进入避让点后，等待车辆2经过避让点上方的点4后即可从避让点出来继续运行，因此，车辆1的等待时间为车辆从避让点上方的点进入避让点所需要的时间、在避让点等待的时间、以及从避让点出到点4的时间。其中，从进出避让点的时间时确定的，可根据路径信息计算得到(考虑两个点之间运行时间以及在各点处的转弯和调头时间)，这里将其定义为T_1yieldin和T_lyieldout。

车辆1在避让点内的等待时间为车辆2到达避让点的时间开始，到车辆2到达避让区点左上方点3的时间差。车辆1到达避让点的时间可以通过路径规划直接计算得到，表示为T_1yield。车辆2到达点3的时间则需要分为两种情况考虑。

一种情况为车辆1线进入避让点9，然后车辆2才到达路径点5，可以直接继续运行，此时车辆2在避让点内的等待时间为T_2yout-T_1yield，其中T_2yout表示车辆2从当前位置运行到点3的时间，也即车辆2从当前位置到刚好经过避让点的时间。

另一种情况为车辆1进入避让点9之前，车辆2已经到达点5，因此车辆2需要在点5处等待车辆1先进入避让点后，车辆2才能继续运行。因此，此时车辆2在避让点内的等待时间为：T_1yield-T_2yin+T_2ypass，其中，T_2yin为车辆2从当前位置到点5的时间，也即车辆从当前位置到刚好到达避让点前的时间，T_2ypass为车辆2从点5到点3的时间，也即车辆2在避让点前后经过的时间。

综上，车辆1在避让点内的等待时间T_1yieldwait为：

因此，车辆1的总的等待时间T_wait1为：

T_wait1＝T_1yieldin+T_1yieldout+T_1yieldwait

车辆2的等待时间同样也分为两种情况，第一种情况与车辆1的第一种情况相对应，其等待时间为0，第二种情况下，车辆2需要在点5处等待车辆进入避让点，其等待时间为T_1yield-T_2yin，即车辆1进入避让点的时间与车辆2到达避让点入口5的时间差。因此有：

结合上述分析，策略3总的等待时间T₃为

T₃＝p₁T_wait1+p₂T_wait2

管制策略4：

管制策略4与管制策略3相互对应，根据策略3的分析，对比可以得到在策略4情况下，有车辆2在避让点内的等待时间T_2yieldwait为：

车辆2的总的等待时间T_wait2为：

T_wait2＝T_2yieldin+T_2yieldout+T_2yieldwait

车辆1的等待时间：

策略4总的等待时间T₄为

T₄＝p₁T_wait1+p₂T_wait2

综合上述四种策略的分析，最优的管制策略即为使得等待时间最短的策略，即：

实施例5

本实施例在实施例4的基础上，在下发管制命令时：

得到最优的管制策略之后，根据不同的管制策略，在进行管制控制时，需要有不同的管制命令下发。

对于管制策略1，可对车辆1直接放行；对于车辆2，则需要对车辆2的路径进行处理，对车辆2进入管制区的路径点7的运行方向处理为在该点停车等待。

同样，对于管制策略2，车辆2直接放行，车辆1则在管制区入口停车等待。

对于管制策略3，虽然分析和计算时都分了两种情况，但是实际上在进行管制控制时，可以采用相同的策略进行处理。车辆1生成到避让点的路径，并放行车辆1；车辆2则在避让区路口点处提前设置停车等待命令，当车辆到达路口点处前，进行判断，如果车辆1已经进入避让点，则直接放行，如果还未到达，则等待车辆自动停车等待，待车辆1进入避让点后放行。

策略4与策略3同理可得，不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，包括：

获取路径数据：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，所述路径数据包括路径点编号、路径点运行方向和路径点之间运行里程；对所述路径数据进行预处理，得到车辆在各路径点的运行时间t_i；

计算路径交叉：根据所述路径数据和所述各路径点的运行时间t_i计算路径交叉，路径交叉的充要条件为时间和空间上的重合；在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式以防止时间计算误差导致计算路径交叉失败；

管制策略优化：选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略，若车辆i的等待时间为T_waiti，则最优的管制策略为：

管制命令下发：下发最优的管制策略给各车辆。

2.根据权利要求1所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述获取路径数据中：

各路径点运行时间t_i的计算方法如下：

其中，t_i-1为车辆在上一个路径点的运行时间，s_i和v_i分别为车辆从第i-1个点到第i个点的运行里程及运行平均速度，t_{turn_i}为车辆在第i个点的转弯时间，如果无需转弯，则为0。

3.根据权利要求2所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述获取路径数据中：

计算所述各路径点运行时间t_i时，根据包括起点、终点和转弯在内的场景，增加车辆在路径上的加速时间和减速时间。

4.根据权利要求1所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述获取路径数据中：

所述路径规划算法包括Dijkstra算法和A*算法。

5.根据权利要求1所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述计算路径交叉中：

若车辆1在路径点i处的运行时间窗为T₁₁～T₁₂，车辆2在路径点i处的运行时间窗为T₂₁～T₂₂，当满足如下关系之一时，则表明车辆1与车辆2将路径点i处相遇，发生路径的交叉：

T₂₁≤T₁₁≤T₂₂

T₂₁≤T₁₂≤T₂₂

T₁₁≤T₂₁≤T₁₂

T₁₁≤T₂₂≤T₁₂。

6.根据权利要求1所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述计算路径交叉中：

时间窗的选择采用当前路径点前后一个路径点之间的时间。

7.根据权利要求1所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述计算路径交叉中：

在车辆运行过程时，随着车辆当前所在位置的更新，车辆还未通过的路径点的时间信息也需要进行动态的更新。

8.根据权利要求1所述的一种含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法，其特征在于，所述管制策略优化中：

在计算等待时间时，先对各车辆的优先级进行定义，优先级高的车辆在相同情况下具备优先通行权。

9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的含避让点的管制区内AGV动态交通管制方法的管制系统，其特征在于，包括：

路径数据获取模块：通过路径规划算法获取栅格地图上起点到终点的路径及路径数据，所述路径数据包括路径点编号、路径点运行方向和路径点之间运行里程；对所述路径数据进行预处理，得到车辆在各路径点的运行时间t_i；

路径交叉计算模块：根据所述路径数据和所述各路径点的运行时间t_i计算路径交叉，路径交叉的充要条件为时间和空间上的重合；在处理各路径点的时间时，采用时间窗的方式以防止时间计算误差导致计算路径交叉失败；

管制策略优化模块：选择使车辆因避让产生的等待时间总和最短的管制策略作为最优的管制策略，若车辆i的等待时间为T_waiti，则最优的管制策略为：

管制命令下发模块：下发最优的管制策略给各车辆。

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