CN113450019A - 基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统 - Google Patents

基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统，属于资源调度相关技术领域，具体步骤为：通信检测：固定时间对主网络通道进行检测；构建模型：构建矿场巷道三维实体模型；任务分析：获取任一任务信息，解析任一任务信息，根据矿场巷道三维实体模型匹配工作车辆与人员；通过三维激光扫描建立矿场巷道三维实体模型，配合处理装置完成各种设备的调度，实现生产自动化，减少员工工作量，有效提升生产设备运行效率，提升企业经济效益。

Description

基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统
技术领域
本发明涉及资源调度相关技术领域，更具体的说是涉及一种基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统。
背景技术
随着浅部资源的日益枯竭，地下深部开采成为采矿发展的必然趋势。“三高一扰动”恶劣的开采环境及日益增加的人力成本压力，迫切需要人们利用智能技术代替人们进行繁重危险的体力劳动，成了必然趋势。
随着自动驾驶技术以及云智能平台的发展，无人驾驶可以减轻工人的劳动强度以及危险性，因此无人驾驶的采矿设备为新一代的矿区采集、运输作业提供更好的保障，在现有技术中，矿山行业的生产过程中，还难以实现对接不同厂家生产设备，实现自动分析，自动匹配的功能，员工工作量较大，设备运行效率偏低，因此如何提供一种矿场调度方法以及系统，够实现生产自动化，减少员工工作量，有效提升生产设备运行效率，提升企业经济效益，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统，完成生产自动化，减少员工工作量，有效提升生产设备运行效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，具体步骤为：
通信检测：固定时间对主网络通道进行检测；
构建模型：构建矿场巷道三维实体模型；
任务分析：获取任一任务信息，解析任一任务信息，根据矿场巷道三维实体模型匹配工作车辆与人员。
优选的，构建模型的步骤具体为：
S21、采集矿场中巷道点云数据：利用移动终端搭载智能三维激光扫描终端，在运输巷道和采场联络道内采集扫描整个巷道岩体，形成点云数据；
S22、构建矿场巷道三维实体模型：将点云数据坐标转换为矿山统一坐标系统，利用点云实体建模技术建立整体三维巷道实体模型；
S23、标注调度基础数据：标识出运输巷道、采场及溜井具体位置，形成调度所需的基础数据；
S24、固定时间后，重复S21。
优选的，任务分析的具体步骤为：
S31、获取任一任务信息，解析任一任务，获得任务量、任务类型以及任务时长；
S32、根据任务量、任务类型以及任务时长获得任务点、需要调配的车辆种类、各个需要调配的车辆种类的数量以及人员数量；
S33、以任务点作为定位基点，筛选固定范围内各个需要调配的车辆种类中未有工作指令的车辆数量，判断未有工作指令的车辆数量是否满足各个需要调配的车辆种类的数量；若是，执行步骤S34；若否，执行步骤S35；
S34、规划最佳行驶路线，并根据最佳行驶路线以及任务量计算车辆预计行驶里程，判断车辆剩余行驶里程是否大于车辆预计行驶里程，若是，则留存车辆信息；若否，则删除车辆信息；完成后执行步骤S36；
S35、扩大筛选范围，执行S33；
S36、判断留存车辆信息的车辆数是否满足的各个需要调配的车辆种类的数量，若是，执行S37；若否，执行S35；
S37、按照最佳行驶路线，行驶至任务点。
优选的，最佳行驶路线规划步骤包括：
S341、以调配车辆所在位置与任务点位置为端点，以最短行驶时间为目的，获得第一段最佳行驶路线；
S342、获取人员位置，根据人员与第一段最佳行驶路线之间的距离，推荐最佳上车地点；
S343、根据任务点位置和任务终点，以最短行驶时间为目的，获得第二段最佳行驶路线；
S344、第一段最佳行驶路线与第二段最佳行驶路线结合获得最佳行驶路线。
优选的，车辆剩余行驶里程计算方法为：
Figure BDA0003166636270000031
式中，i为车辆；Srange为车辆预计行驶里程；Ebat为剩余可用能量；eavg为车辆的平均能耗；Vi为车辆的行驶速度；Si为车辆的载货状态；W0为车量的自身重量；Wi为车辆的载货重量；Q为路况；tleft为车辆剩余行驶时间；Vi为车辆行驶速度。
优选的，通信检测具体为：
间隔固定时间通过主网络通道进行通讯测试，判断主网络通道是否存在异常；
当主网络通道未存在异常，通过主网络通道通迅；
当主网络通道存在异常，跳转至备用网络通道通迅，检测到主网络通道恢复正常时，跳转主网络通道通迅。
优选的，还包括能量预警，当检测到车辆的剩余的能量不足总能量的固定百分比时，发出预警信息。
一种基于三维激光扫描的矿场调度系统，包括三维激光扫描装置、处理装置、测量装置、通信装置；
三维激光扫描装置，用于扫描巷道岩体，形成点云数据，并将点云数据传送至处理装置；
测量装置，用于测量车辆的剩余可用能量、车辆的行驶速度、车辆的自身重量、车辆的载货重量，并将测量数据传输至处理装置；
通信装置，用于数据的传输，并将测试信号传输至处理装置；
处理装置，用于接收三维激光扫描装置传送的点云数据，构建矿场巷道三维实体模型；获取任务信息，解析任务，根据解析后的任务信息以及矿场巷道三维实体模型构建，匹配工作车辆与人员；根据接收的测试信号，判断是否切换通信通道。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统，通过三维激光扫描建立矿场巷道三维实体模型，配合处理装置完成各种设备的调度，实现生产自动化，减少员工工作量，有效提升生产设备运行效率，提升企业经济效益。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的流程示意图；
图2附图为本发明的结构示意图；
图3附图为本发明的任务分析流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1
本发明实施例公开了一种基于三维激光扫描的矿场调度方法及系统，包括基于三维激光扫描的矿场调度方法以及三维激光扫描的矿场调度系统两部分，其中三维激光扫描的矿场调度方法如图1所示，具体包括以下步骤：
S1、通信检测：固定时间对主网络通道进行检测。
间隔固定时间通过主网络通道进行通讯测试，判断主网络通道是否存在异常；
当主网络通道未存在异常，通过主网络通道通迅；
当主网络通道存在异常，跳转至备用网络通道通迅，检测到主网络通道恢复正常时，跳转主网络通道通迅。
S2、构建模型：构建矿场巷道三维实体模型；
S21、采集矿场中巷道点云数据：利用移动终端搭载智能三维激光扫描终端，在运输巷道和采场联络道内采集扫描整个巷道岩体，形成点云数据；
S22、构建矿场巷道三维实体模型：将点云数据坐标转换为矿山统一坐标系统，利用点云实体建模技术建立整体三维巷道实体模型；
S23、标注调度基础数据：标识出运输巷道、采场联络道、采场及溜井具体位置，形成调度所需的基础数据；
S24、固定时间后，重复S21，更新矿场巷道三维实体模型。
S3、任务分析：获取任一任务信息，解析任务信息，依据矿场巷道三维实体模型匹配工作车辆与人员，具体步骤如图3所示，具体为：
S31、获取任一任务信息，解析任一任务，获得任务量、任务类型以及任务时长；
S32、根据任务量、任务类型以及任务时长获得任务点、需要调配的车辆种类、各个需要调配的车辆种类的数量以及人员数量；
S33、以任务点作为定位基点，筛选固定范围内各个需要调配的车辆种类中未有工作指令的车辆数量，判断未有工作指令的车辆数量是否满足各个需要调配的车辆种类的数量；若是，执行步骤S34；若否，执行步骤S35；
S34、规划最佳行驶路线，并根据最佳行驶路线以及任务量计算车辆预计行驶里程，判断车辆剩余行驶里程是否大于车辆预计行驶里程，若是，则留存车辆信息；若否，则删除车辆信息；
S35、获得数量不满足要求时，以50米为基础扩大筛选范围，执行S33，直至筛选出足够的数量；
S36、判断留存车辆信息的车辆数是否满足的各个需要调配的车辆种类的数量，若是，执行S37；若否，执行S35；
S37、按照最佳行驶路线，行驶至任务点；
S34中，最佳行驶路线规划步骤包括：
S341、以调配车辆所在位置与任务点位置为端点，以最短行驶时间为目的，获得第一段最佳行驶路线；
S342、获取人员位置，根据人员与第一段最佳行驶路线之间的距离，推荐最佳上车地点；
S343、根据任务点位置和任务终点，以最短行驶时间为目的，获得第二段最佳行驶路线；
S343、第一段最佳行驶路线与第二段最佳行驶路线结合获得最佳行驶路线。
车辆剩余行驶里程计算方法为：
Figure BDA0003166636270000071
式中，i为车辆；Srange为车辆预计行驶里程；Ebat为剩余可用能量；eavg为车辆的平均能耗；Vi为车辆的行驶速度、Si为车辆的载货状态、W0为车量的自身重量；Wi为车辆的载货重量；Q为路况；tleft为车辆剩余行驶时间；Vi为车辆行驶速度。
S4、能量预警：当检测到车辆的能量不足总能量固定百分比时，发出预警信息。
一种基于三维激光扫描的矿场调度系统如图2所示，包括三维激光扫描装置、处理装置、测量装置、通信装置；
三维激光扫描装置，用于扫描巷道岩体，形成点云数据，并将点云数据传送至处理装置；
测量装置，用于测量车辆的剩余可用能量、车辆的行驶速度、车辆的自身重量、车辆的载货重量，并将测量数据传输至处理装置；
通信装置，用于数据的传输，并将异常信号传输至处理装置；
处理装置，用于接收三维激光扫描装置传送的点云数据，构建矿场巷道三维实体模型；获取任务信息，解析任务，根据解析后的任务信息以及矿场巷道三维实体模型构建，匹配工作车辆与人员；根据接收的测试信号，判断是否切换通信通道。
实时例2
每两刻钟，由主网络通道向处理装置发送一次测试信号，处理装置接收到测试信号，证明主网络通道正常工作，由主网络通道传送数据；当处理装置未接收到测试信号，证明主网络通道未正常工作，跳转至备用网络通道通迅，检测到主网络通道恢复正常时，跳转主网络通道通迅。
采用移动终端搭载三维激光扫描装置，扫描整个巷道的岩体，形成点云数据，并将点云数据传送至处理装置，处理装置将点云数据坐标转换为矿山统一坐标系统，利用点云实体建模技术建立整体三维巷道实体模型，在整体三维巷道实体模型中标出运输巷道、采场及溜井具体位置，形成调度所需的基础数据，每天进行数据采集，更新模型；处理装置获得任务信息，任务信息包括：20小时内需矿石300吨，运送至地点B，处理装置进行任务信息解析，获得任务量300吨矿石、任务时长为20个小时、任务终点为B，经过对比现有开采场，开采场A最为适合且能够提供足够的矿石，因此将开采场A作为任务点，需要调集3台凿岩机，1台装药机，10辆运输车；以开采场A作为定位基点，获取直径150米范围内的凿岩机、装药机、运输车中未有工作任务的车辆数，采集到的车辆数为5台凿岩机，3台装药机，15辆运输车，与需要调集的车辆的各个种类的数量进行单独对比，获得数量满足要求，因此，以各个车辆的位置以及采场A作为端点，以矿场巷道三维实体模型为依据，获得最快到达采场A的路径，作为第一段最佳行驶路线，根据采场A到任务终点B，以最短行驶时间为目的，获得第二段最佳行驶路线；根据第一段最佳行驶路线和第二段最佳行驶路线，计算车辆预计行驶里程，根据第一段最佳行驶路线和第二段最佳行驶路线中各种车辆的情况，引入车辆剩余行驶里程计算方法计算车辆剩余行驶里程，比较车辆预计行驶里程与车辆剩余行驶里程，若车辆预计行驶里程小于车辆剩余行驶里程，则保留车辆信息；否则，则删除车辆信息；判断保留车辆信息的各种车辆是否满足需要调配车辆的数量，若不满足，则扩大筛选范围，继续筛选；若满足，则选取最快到达采场A的满足调配车辆数量的车辆发送调配指令，调集3台凿岩机，1台装药机，10辆运输车到达采场A进行工作，除了车辆还需要人员到场，此次需要调配2位工作人员到场，寻找在各个调配车辆的最佳行驶路线中未参与工作的人员，选取人员，发送指令，告知上车地点以及时间，到达采场A进行工作；运输车辆循环运送，在运送过程中，到达B点，以A点和B点为基础，判断剩余能量是否能够支撑预计里程，若否，补充能量；若是，继续运输，直至结束。
在本实施例中，测量装置为传感器，包括液位传感器、速度传感器、电量传感器、压力传感器等等。
在本实施例中，移动终端包括：凿岩机、铲运机、装药机、锚杆机和无人机等等。
在本实施例中，处理装置可为CPU、80C51型单片机等等。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，其特征在于，具体步骤为：
通信检测：固定时间对主网络通道进行检测；
构建模型：构建矿场巷道三维实体模型；
任务分析：获取任一任务信息，解析任一任务信息，根据矿场巷道三维实体模型匹配工作车辆与人员。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，其特征在于，构建模型的步骤具体为：
S21、采集矿场中巷道点云数据：利用移动终端搭载智能三维激光扫描终端，在运输巷道和采场联络道内采集扫描整个巷道岩体，形成点云数据；
S22、构建矿场巷道三维实体模型：将点云数据坐标转换为矿山统一坐标系统，利用点云实体建模技术建立整体三维巷道实体模型；
S23、标注调度基础数据：标识出运输巷道、采场及溜井具体位置，形成调度所需的基础数据；
S24、固定时间后，重复S21。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，其特征在于，任务分析的具体步骤为：
S31、获取任一任务信息，解析任一任务，获得任务量、任务类型以及任务时长；
S32、根据任务量、任务类型以及任务时长获得任务点、需要调配的车辆种类、各个需要调配的车辆种类的数量以及人员数量；
S33、以任务点作为定位基点，筛选固定范围内各个需要调配的车辆种类中未有工作指令的车辆数量，判断未有工作指令的车辆数量是否满足各个需要调配的车辆种类的数量；若是，执行步骤S34；若否，执行步骤S35；
S34、规划最佳行驶路线，并根据最佳行驶路线以及任务量计算车辆预计行驶里程，判断车辆剩余行驶里程是否大于车辆预计行驶里程，若是，则留存车辆信息；若否，则删除车辆信息；完成后跳转至步骤S36；
S35、扩大筛选范围，执行S33；
S36、判断留存车辆信息的车辆数是否满足的各个需要调配的车辆种类的数量，若是，执行S37；若否，执行S35；
S37、按照最佳行驶路线，行驶至任务点。
4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，其特征在于，最佳行驶路线规划步骤包括：
S341、以调配车辆所在位置与任务点位置为端点，以最短行驶时间为目的，获得第一段最佳行驶路线；
S342、获取人员位置，根据人员与第一段最佳行驶路线之间的距离，推荐最佳上车地点；
S343、根据任务点和任务终点，以最短行驶时间为目的，获得第二段最佳行驶路线；
S344、第一段最佳行驶路线与第二段最佳行驶路线结合获得最佳行驶路线。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，其特征在于，通信检测具体为：
间隔固定时间通过主网络通道进行通讯测试，判断主网络通道是否存在异常；
当主网络通道未存在异常，通过主网络通道通迅；
当主网络通道存在异常，跳转至备用网络通道通迅，检测到主网络通道恢复正常时，跳转主网络通道通迅。
6.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的矿场调度方法，其特征在于，还包括能量预警，当检测到车辆的能量不足总能量固定百分比时，发出预警信息。
7.一种基于三维激光扫描的矿场调度系统，其特征在于，包括三维激光扫描装置、处理装置、测量装置、通信装置；
三维激光扫描装置，用于扫描巷道岩体，形成点云数据，并将点云数据传送至处理装置；
测量装置，用于测量车辆的剩余可用能量、车辆的行驶速度、车辆的自身重量、车辆的载货重量，并将测量数据传输至处理装置；
通信装置，用于数据的传输，并将测试信号传输至处理装置；
处理装置，用于接收三维激光扫描装置传送的点云数据，构建矿场巷道三维实体模型；获取任务信息，解析任务，根据解析后的任务信息以及矿场巷道三维实体模型构建，匹配工作车辆与人员；根据接收的测试信号，判断是否切换通信通道。
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