CN113377107B - 一种混同作业路权控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混同作业路权控制系统及控制方法，通过车联网，高精度地图，交通运输调度，路权控制等技术实现人工驾驶和无人驾驶混合，可以在提高工作效率的同时，减少人力；无人驾驶车辆在综合管理平台的控制下，不需要进行休息，而人工驾驶的司机可以配合减少一些平台监控人员的负担，对路况随时发生的问题进行汇报，在当前无人驾驶并不完全成熟的情况下，进行过渡。

Description

一种混同作业路权控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于矿区路权控制技术领域，尤其涉及一种既要提高矿区里采矿效率，又要实现有人无人混合矿物运输的道路路权管制方法。

背景技术

现有的车联网，高精度地图，交通运输调度，路权控制等技术目前在一些特定的领域，都分别有一定的应用，但是没有针对矿区特殊的场景，无法适用矿区无人驾驶和有人驾驶混同作业的场景。

车联网是指通过在车辆仪表台安装车载终端设备，实现对车辆所有工作情况和静、动态信息的采集、存储并发送。车联网系统一般具有实时实景功能，利用移动网络实现人车交互；

高精度地图是为矿区建立道路的拓扑关系，并记录更详细的车道和交通信息，为车辆行驶和路权控制提供依据；

交通运输调度在收到车辆的目标信息后，为无人矿卡和有人驾驶车辆分配完整运行路线图和期望速度，通过调度任务调整车辆行驶速度来尽可能避免可能存在的冲突，减少由于路权带来的等待，在调度中心内存在预测模块，通过实时上传车辆信息预测关键路段（单行道，交叉路口、十字路口等）路权冲突，并通过优化单车行驶速度调整车辆在各路段的时间，减少等待和冲突，行驶速度的上下限需满足高精地图的速度限制要求；

路权控制通过中心化的计算，为每辆车辆的运行分配合理的道路权限，用来使同行效率最大化。

传统的采矿场景都是人工控制，针对矿区无人驾驶和有人驾驶混同作业的场景，存在如下问题：现场有适合无人驾驶和不适合无人驾驶的区域，(无人驾驶->有人驾驶接管->无人驾驶)的路权控制策略；另外在现场实施过程中，无人驾驶无法同时全部铺开 (无人驾驶车辆有些老车改造无法实施，但资产又不能丢弃)，所以有些车辆采用有人驾驶，有些车辆采用无人驾驶的路权控制策略，随着社会的高速发展，年轻一代继续从事矿工的意愿越来越低，通过人工驾驶和无人驾驶混合，可以在提高工作效率的同时，减少人力，是目前解决人力不足的一种很好的替代方案。

发明内容

一种矿区混同作业路权控制系统，包括通讯模块，监控中心，遥控中心，和高精度地图，其中，

所述通讯摸块用于电铲和所述监控中心，车辆之间，车辆与所述控制中心之间的通信；

所述监控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；

所述遥控中心用于控制车辆有人驾驶和无人驾驶的状态切换；

所述高精度地图用于规划车辆行驶的轨迹线、装载区、卸载区、驶入排队点、驶离排队点以及停靠点信息；

所述路权控制系统将车辆分为无人驾驶、有人驾驶两个阶段，在装载区外为无人驾驶，在装载区里是有人驾驶，所述有人驾驶是指人不在车辆上，而是通过远程遥控驾驶车辆前行。

进一步地，所述通讯摸块包括在矿区的装载区内的电铲上安装的V2X模块和5G通讯模块，用于将电铲的位置信息和朝向发送至所述监控中心；在车辆上安装的V2X模块和5G通讯模块，用于无人驾驶矿卡之间，无人驾驶矿卡与有人驾驶矿卡之间，无人驾驶矿卡、有人驾驶矿卡与所述监控中心之间的连接，将车辆的位置和速度信息发送至所述监控中心；电铲和有人驾驶矿卡之间通过V2X模块通信；还包括安装在所述遥控中心的V2X模块。

进一步地，所述监控中心包括交通运输调度模块和路权控制模块，其中，所述交通运输调度模块在收到无人驾驶矿卡和有人驾驶矿卡的目的地后，计算一条完整的道路，发送给无人驾驶矿卡或有人驾驶矿卡；所述路权控制模块用于在无人驾驶矿卡和有人驾驶矿卡在道路行驶过程中，为车辆发放道路运行许可。

进一步地，所述高精度地图中，驶入排队点和驶离排队点是位于道路上接近装载区的位置，用于有人驾驶和无人驾驶的切换，所述遥控驾驶中心在驶入排队点由无人驾驶切换为有人驾驶，从驶入排队点行驶到停靠点，所述遥控驾驶中心在驶离排队点由有人驾驶切换为无人驾驶，从停靠点行驶到驶离排队点；停靠点是位于装载区内，由电铲发送的用来装货的地点；车辆通过高精度地图时刻上报自身位置并不断对比确认。

一种混同作业路权控制系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1：车辆在高精度地图中查找通向装载区的轨迹线，并不断上报自身位置，同时在高精度地图中查找自身是否进入驶入排队点，如果已经到达排队点，则上报监控中心，请求人工接管，否则继续无人驾驶；

S2：监控中心通知遥控中心需要接管的车辆的id，遥控中心通过V2X模块与车辆通信，建立数据控制连接；

S3：装载区内的停靠点不存在其他车辆，并且遥控中心根据高精度地图查找到行驶至停靠点的路径不存在其他车辆的情况下，监控中心通知遥控中心开始远程遥控驾驶即有人驾驶；

S4：遥控中心远程控制车辆沿着高精度地图中的路径行驶到停靠点，此过程中遥控中心需不断确认是否到达高精度地图中的停靠点；

S5：车辆到达停靠点直到装货完成，由电铲通知监控中心完成装货的消息，此时监控中心通知遥控中心准备车辆驶离装载区的操作，遥控中心控制车辆行驶至驶离排队点；

S6：监控中心根据高精度地图确定去驶离排队点的路径没有被占用，通知遥控中心开始驶离操作；

S7：遥控中心控制车辆行驶到高精度地图中的驶离排队点后，通知监控中心切换为无人驾驶，然后按照高精度地图中的轨迹线循迹行驶到卸载区卸货。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过人工驾驶和无人驾驶混合，在提高工作效率的同时，减少人力，是目前解决人力不足的一种很好的替代方案；

2.无人驾驶车辆在综合管理平台的控制下，不需要休息，而人工驾驶的司机可以配合减少一些平台监控人员的负担，对路况随时发生的问题进行汇报，在当前无人驾驶并不完全成熟的情况下，进行过渡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明的整体方案架构图；

图2是本发明的路权控制方法示意图；

图3是本发明的控制策略简化图；

图4是本发明的有人无人混合业务流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

由于矿区内的装载区自身作业环境的原因，不适合矿卡在装载区内进行无人驾驶，只能通过有人远程遥控的方式驶入，所以需要进行无人驾驶和有人驾驶在装载区的切换。

基于以上情况，本发明将矿卡根据无人驾驶还是有人驾驶分成两个阶段。在道路的行驶为无人驾驶，在装载区里行驶的都是远程控制的矿卡，这里的有人驾驶是指，人并不在车上，而是通过远程遥控的方式来驾驶车辆前行。有人驾驶和无人驾驶切换的地点是驶入排队点和驶离排队点，一般设置在将要进入或离开装载区的地方。

高精度地图是有人驾驶和无人驾驶行车基础，车辆按照高精度地图中的车道线循迹行驶，除此以外还有装载区，卸载区，以及，停靠点这些语义信息，车辆通过高精度地图时刻上报自己坐在的位置然后不断对比确认。

如图1所示，本发明通过车联网，高精度地图，交通运输调度，路权控制解决露天矿中有人驾驶与无人驾驶混同作业而不产生交通事故的问题。本发明的实质是一种既要提高矿区里采矿效率，又要实现有人无人混合矿物运输的道路路权管制方案。

如图3和图4所示，一种混同作业路权控制系统，包括通讯模块，监控中心，遥控中心，和高精度地图，其中，

通讯摸块包括在矿区的装载区内的电铲上安装的V2X模块和5G通讯模块，用于将电铲的位置信息和朝向发送至监控中心；在车辆上安装的V2X模块和5G通讯模块，用于无人驾驶矿卡之间，无人驾驶矿卡与有人驾驶矿卡之间，无人驾驶矿卡、有人驾驶矿卡与监控中心之间的连接，将车辆的位置和速度信息发送至监控中心；电铲和有人驾驶矿卡之间通过V2X模块通信；还包括安装在遥控中心的V2X模块；在遇到紧急情况时，通过防撞技术，避免车辆间的事故的发生。

监控中心包括交通运输调度模块和路权控制模块，其中，交通运输调度模块在收到无人驾驶矿卡和有人驾驶矿卡的目的地后，计算一条完整的道路，发送给无人驾驶矿卡或有人驾驶矿卡；路权控制模块用于在无人驾驶矿卡和有人驾驶矿卡在道路行驶过程中，为车辆发放道路运行许可；

如图2所示，以驶入排队点和驶离排队点直接的连线为分界，左侧区域为装载区，右侧区域为矿区道路，装载区中目前有两个电铲，负责将物料装入矿卡，矿区道路中的两条白线是矿卡的行驶路径，无人矿卡采用循迹行驶的方式在矿区道路上行驶。

电铲和矿卡之间通过V2X装置进行通信。V2X是Vehicle to X，意思是将车、人、交通设备的信息进行综合处理并实现信息互换，目的是为避免交通事故发生，并支持自动驾驶。

车辆之间通过V2V装置进行通信。V2V通信技术是一种不受限于固定式基站的通信技术，为移动中的车辆提供直接的一端到另一端的无线通信。即通过V2V通信技术，车辆终端彼此直接交换无线信息，无需通过基站转发。

遥控中心用于控制车辆有人驾驶和无人驾驶的状态切换；

高精度地图用于规划车辆行驶的轨迹线、装载区、卸载区、驶入排队点、驶离排队点以及停靠点信息，其中，驶入排队点和驶离排队点是位于道路上接近装载区的位置，用于有人驾驶和无人驾驶的切换，遥控驾驶中心在驶入排队点由无人驾驶切换为有人驾驶，从驶入排队点行驶到停靠点，遥控驾驶中心在驶离排队点由有人驾驶切换为无人驾驶，从停靠点行驶到驶离排队点；停靠点是位于装载区内，由电铲发送的用来装货的地点；车辆通过高精度地图时刻上报自身位置并不断对比确认；

如图2所示，每辆矿卡在运动时，都存在一个安全范围。安全范围是每个车辆的特征，并且由围绕车辆的体积定义，其中，当车辆沿着其预定轨迹行进时，安全范围可以物理地存在。用来控制矿卡之间的行驶，避免碰撞。

信号塔用来做车辆，电铲与监控中心的交互，矿卡的位置信息，速度等信息流都是通过矿卡上的5G通讯模块通过信号塔发送到监控中心，电铲的位置信息，朝向也是通过电铲上的5G通讯模块发送到监控中心。

路权控制系统将车辆分为无人驾驶、有人驾驶两个阶段，在装载区外为无人驾驶，在装载区里是有人驾驶，有人驾驶是指人不在车辆上，而是通过远程遥控驾驶车辆前行；

混同作业路权控制系统的控制方法包括以下步骤：

S1：车辆在高精度地图中查找通向装载区的轨迹线，并不断上报自身位置，同时在高精度地图中查找自身是否进入驶入排队点，如果已经到达排队点，则上报监控中心，请求人工接管，否则继续无人驾驶；

S2：监控中心通知遥控中心需要接管的车辆的id，遥控中心通过V2X模块与车辆通信，建立数据控制连接；

S3：装载区内的停靠点不存在其他车辆，并且遥控中心根据高精度地图查找到行驶至停靠点的路径不存在其他车辆的情况下，监控中心通知遥控中心开始远程遥控驾驶即有人驾驶；

S4：遥控中心远程控制车辆沿着高精度地图中的路径行驶到停靠点，此过程中遥控中心需不断确认是否到达高精度地图中的停靠点；

S5：车辆到达停靠点直到装货完成，由电铲通知监控中心完成装货的消息，此时监控中心通知遥控中心准备车辆驶离装载区的操作，遥控中心控制车辆行驶至驶离排队点；

S6：监控中心根据高精度地图确定去驶离排队点的路径没有被占用，通知遥控中心开始驶离操作；

S7：遥控中心控制车辆行驶到高精度地图中的驶离排队点后，通知监控中心切换为无人驾驶，然后按照高精度地图中的轨迹线循迹行驶到卸载区卸货。

下面通过具体的实例说明本发明的系统及方法的有效性。现有一辆矿车A刚从卸载区驶离，此时矿车A处于无人驾驶状态，按照监控中心的路径规划行驶。若此时另一辆矿车B出现了故障，干扰到了矿车A的行驶，由于车辆会实时上报自身位置信息，监控中心则会实时更改原有的路径规划，矿车A沿着新的路径规避B继续驶向装载区。在驶入排队点，矿车A会向监控中心请求人工接管，监控中心会向遥控中心发布接管请求，此时遥控中心响应请求，那么矿车A便会转为有人驾驶模式，人工远程遥控矿车A进行装货，在装货完成后，电铲通知监控中心装货完成，监控中心会通知遥控中心准备驶离装载区，并告知驶离路径是否被占用。在矿车A被遥控驶离装载区排队点后，遥控中心会通知监控中心接管矿车A，矿车A便会进入无人驾驶模式按照监控中心的路径规划驶向卸载区。

本发明的技术方案用于矿区时可大幅减少人工操作，依靠监控中心在高精度地图上进行路径规划，矿车除装载和卸载时基本运行在无人驾驶模式，不需要驾驶员进行长时间的驾驶，能够减少由于疲劳驾驶带来的事故，更能够缓解人力不足的问题。同时监控中心还可以通过车联网获得每辆车的实时信息，在合理的调度算法设计下，监控中心发布高效的调度方案，每辆车都能被分配到合理的道路权限，使得效率最大化，无人驾驶还能保证方案的准确执行，相比于人工更能发挥调度算法的性能。

在装载区和卸载区时，在驶入排队点，车辆会被切换为有人驾驶模式，由遥控中心远程操控，这在一定程度上弥补了目前无人驾驶技术的局限性，减少误识别等问题所导致的事故，人工操作使得装载和卸载更为安全可靠。

为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (2)

1.一种混同作业路权控制系统，其特征在于，包括通讯模块，监控中心，遥控中心，和高精度地图，其中，

所述通讯摸块用于电铲和所述监控中心，车辆之间，车辆与所述监控中心的通信；

所述监控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；

所述遥控中心用于控制车辆有人驾驶和无人驾驶的状态切换；

所述高精度地图用于规划车辆行驶的轨迹线、装载区、卸载区、驶入排队点、驶离排队点以及停靠点信息；

所述路权控制系统将车辆分为无人驾驶、有人驾驶两个阶段，在装载区外为无人驾驶，在装载区里是有人驾驶，所述有人驾驶是指人不在车辆上，而是通过远程遥控驾驶车辆前行；

所述通讯摸块包括在矿区的装载区内的电铲上安装的V2X模块和5G通讯模块，用于将电铲的位置信息和朝向发送至所述监控中心；在车辆上安装的V2X模块和5G通讯模块，用于无人驾驶矿卡之间，无人驾驶矿卡与有人驾驶矿卡之间，无人驾驶矿卡、有人驾驶矿卡与所述监控中心之间的连接，将车辆的位置和速度信息发送至所述监控中心；电铲和有人驾驶矿卡之间通过V2X模块通信；还包括安装在所述遥控中心的V2X模块；

所述监控中心包括交通运输调度模块和路权控制模块，其中，所述交通运输调度模块在收到无人驾驶矿卡和有人驾驶矿卡的目的地后，计算一条完整的道路，发送给无人驾驶矿卡或有人驾驶矿卡；所述路权控制模块用于在无人驾驶矿卡和有人驾驶矿卡在道路行驶过程中，为车辆发放道路运行许可；

所述高精度地图中，驶入排队点和驶离排队点是位于道路上接近装载区的位置，用于有人驾驶和无人驾驶的切换，所述遥控中心在驶入排队点由无人驾驶切换为有人驾驶，从驶入排队点行驶到停靠点，所述遥控中心在驶离排队点由有人驾驶切换为无人驾驶，从停靠点行驶到驶离排队点；停靠点是位于装载区内，由电铲发送的用来装货的地点；车辆通过高精度地图时刻上报自身位置并不断对比确认。

2.根据权利要求1所述的一种混同作业路权控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

S1：车辆在高精度地图中查找通向装载区的轨迹线，并不断上报自身位置，同时在高精度地图中查找自身是否进入驶入排队点，如果已经到达排队点，则上报监控中心，请求人工接管，否则继续无人驾驶；

S2：监控中心通知遥控中心需要接管的车辆的id，遥控中心通过V2X模块与车辆通信，建立数据控制连接；

S3：装载区内的停靠点不存在其他车辆，并且遥控中心根据高精度地图查找到行驶至停靠点的路径不存在其他车辆的情况下，监控中心通知遥控中心开始远程遥控驾驶即有人驾驶；

S4：遥控中心远程控制车辆沿着高精度地图中的路径行驶到停靠点，此过程中遥控中心需不断确认是否到达高精度地图中的停靠点；

S5：车辆到达停靠点直到装货完成，由电铲通知监控中心完成装货的消息，此时监控中心通知遥控中心准备车辆驶离装载区的操作，遥控中心控制车辆行驶至驶离排队点；

S6：监控中心根据高精度地图确定去驶离排队点的路径没有被占用，通知遥控中心开始驶离操作；

S7：遥控中心控制车辆行驶到高精度地图中的驶离排队点后，通知监控中心切换为无人驾驶，然后按照高精度地图中的轨迹线循迹行驶到卸载区卸货。

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