CN113795802A - 自主矿车操作 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个示例方面，提供一种方法，包括：检测用于自主操作矿车的灰尘条件，该自主操作矿车执行光学环境扫描，以在工地处定位所述矿车；响应于检测到所述灰尘条件，将以自动驾驶模式操作的所述矿车转换为灰尘驾驶模式，该灰尘驾驶模式与用于所述矿车的自主操作的一个或多个控制动作相关联；控制基于航位推测的定位，以在所述灰尘驾驶模式期间更新该矿车的位置；在所述灰尘驾驶模式期间，监测航位推测误差参数；以及响应于该航位推测误差参数达到误差阈值，控制该矿车停止或减速。

Description

自主矿车操作

技术领域

本发明涉及自主矿车操作，并且特别是涉及此类车辆的自主操作模式。

背景技术

采矿或建筑挖掘工地、例如硬质岩石或软岩矿可以包括用于移动式矿车(本文称为矿车)的自动化操作的区域。矿车可以是无人驾驶的(例如，从控制室远程控制)，或者是有人驾驶的矿车、即由操作者在移动车辆的驾驶室中操作。矿车可以是自主操作的、即自动或半自动矿车，这些车辆在其正常操作模式下独立操作，而无需外部控制，但在某些操作区域或条件下、例如在紧急状态期间，这些车辆可以在外部控制下进行。

矿车可以包括一个或多个传感器来用于扫描矿车的环境，以例如检测障碍物和/或隧道壁面。此类传感器也可以是光学扫描设备、例如二维激光扫描设备，并且可以称为环境扫描传感器。根据来自传感器的扫描数据和预定的环境模型，可以特别地是在地下矿井中布置位置跟踪。WO2015106799公开了这样一种系统，该系统用于扫描车辆的周围环境，以产生数据来确定车辆的位置和定向。所述车辆被提供有该矿井的参照点云数据。控制单元被配置用以将由车辆的扫描设备产生的第二点云数据与参照点云数据进行匹配，以确定车辆的位置数据。

灰尘可能会干扰基于传感器的操作。传感器可能由于大量灰尘而无法检测到障碍物，或者错误地将灰尘检测为障碍物。这可能导致矿井运营效率降低或者甚至导致事故。需要进一步改进以避免或减轻此类问题。

发明内容

本发明由独立权利要求的特征所限定。在从属权利要求中限定了一些具体实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种设备，该设备构造用以至少执行，或包括装置，该装置被构造用以至少执行：检测用于自主操作矿车的灰尘条件，该自主操作矿车执行光学环境扫描，以在工地处定位矿车，响应于检测到灰尘条件，将以自动驾驶模式操作的矿车转换为灰尘驾驶模式，该灰尘驾驶模式与用于矿车的自主操作的一个或多个控制动作相关联，并且包括或限定被应用以限制矿车的自主驾驶的一个或多个控制动作，控制基于航位推测进行的定位，以在灰尘驾驶模式期间更新该矿车的位置，在灰尘驾驶模式期间监测航位推测误差参数，以及响应于该航位推测误差参数达到误差阈值，控制该矿车停止或减速。

根据本发明的第二方面，提供一种用于控制矿车的自主操作的方法，该方法包括：检测用于自主操作矿车的灰尘条件，该自主操作矿车执行光学环境扫描，以在工地处定位矿车；响应于检测到灰尘条件，将以自动驾驶模式操作的矿车转换为灰尘驾驶模式，该灰尘驾驶模式与用于矿车的自主操作的一个或多个控制动作相关联，并且包括或限定被应用以限制矿车的自主驾驶的一个或多个控制动作；控制基于航位推测进行的定位，以在灰尘驾驶模式期间更新该矿车的位置；在灰尘驾驶模式期间监测航位推测误差参数；以及响应于该航位推测误差参数达到误差阈值，控制该矿车停止或减速。

根据第三方面，提供了一种设备，该设备包括至少一个处理核和包括计算机程序代码的至少一个存储器，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置用以与所述至少一个处理核一起致使该设备至少执行该方法或该方法的实施例。

根据第四方面，提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序、计算机程序产品或(非有形的)计算机可读介质，所述程序代码用于当在数据处理设备中执行时使得该设备执行该方法或该方法的实施例。

根据任一方面的实施例，响应于进入灰尘驾驶模式来控制矿车的减速。

根据任一方面的实施例，分析扫描仪响应信号，并且根据该扫描仪响应信号分析来检测灰尘条件。

根据任一方面的实施例，响应于进入灰尘驾驶模式而停用矿车的障碍物检测功能。

根据任一方面的实施例，响应于进入灰尘驾驶模式来控制车轮阻挡检测功能(wheel block detection function)，并且响应于通过车轮阻挡检测功能检测到车轮阻挡，控制矿车停止。

根据任一方面的实施例，响应于进入灰尘驾驶模式来控制矿车的碰撞检测功能，并且响应于通过该碰撞检测功能检测到碰撞，控制矿车停止。

任一方面的实施例还包括：响应于检测到以下至少一个项目而检测到灰尘条件和/或进入灰尘驾驶模式：操作者输入；矿车进入这样一个区域，对于该区域，在为矿车处理的路线数据或环境数据中，已限定了灰尘驾驶模式，来自灰尘检测器的信号指示或引起灰尘条件；以及基于扫描所识别到的、在环境模型中的检测到的点的数量低于阈值。

任一方面的实施例还包括：监测该矿车已处于灰尘驾驶模式中的时间和/或监测矿车在灰尘驾驶模式期间行驶的距离，以及响应于检测到达到该灰尘驾驶模式的最大时间或最大距离，控制矿车停止。

任一方面的实施例还包括：在灰尘驾驶模式期间监测矿车的环境，以及响应于检测到灰尘驾驶模式退出条件、如通过基于扫描进行的定位而再次成功定位到矿车或者检测到一个或多个灰尘条件参数低于灰尘条件阈值而停用灰尘驾驶模式。可以响应于基于光学扫描再次成功定位到矿车或响应于检测到一个或多个灰尘条件参数低于灰尘条件阈值，而退出灰尘驾驶模式。

任一方面的实施例还包括：向操作者通知灰尘条件和/或进入灰尘驾驶模式。

任一方面的实施例还包括：检测矿车的基于卫星的定位的可用性，并且当基于卫星的定位来限定该矿车的位置时，防止进入灰尘驾驶模式或停用该灰尘驾驶模式。

任一方面的实施例还包括：根据隧道剖面数据和存储在环境模型中的参照剖面数据的比较来确定矿车的位置，以在进入灰尘驾驶模式之前校正基于航位推测的位置，并且在灰尘驾驶模式期间确定所述位置，而无需基于光学环境扫描进行定位，例如根据光学环境扫描来校正基于航位推测的位置。

任一方面的实施例还包括：响应于进入灰尘驾驶模式而累积纬度误差和纵向误差，其中，根据在进入灰尘驾驶模式之前基于光学环境扫描的定位对航位推测的最近历史误差校正来估算纵向误差和/或纬度误差。可以将所累积的纬度误差和/或纵向误差与最大允许误差阈值进行比较，该最大允许误差阈值也可以称为矿车的安全裕度或与该矿车的安全裕度相关联。响应于超过最大允许误差阈值，该矿车可以停止或进一步减速。

附图说明

图1示出了矿场工地的示例。

图2示出了根据一些实施例的自主矿车的示例；

图3示出了自主矿车的示例驾驶模式；

图4示出根据至少一些实施例的方法；

图5示出了矿车和工地部分的俯视图示例；以及

图6示出了能够支持至少一些实施例的示例设备。

具体实施方式

本文中的术语矿车总的是指适合于用在不同类型采矿工地和/或建筑挖掘工地中的移动式作业机械，例如卡车、自卸车、货车、移动式凿岩机或铣刨机、移动式加固机、铲斗装载机或可以用于不同类型的表面和/或地下挖掘工地的其它类型的移动作业机器。因此，术语矿车不以任何方式限于仅用于矿场的车辆，而是矿车可以是在挖掘现场使用的移动式作业机械。本文中的术语自主操作移动车辆是指自动或半自动移动车辆，这些车辆在其自主操作模式下可以独立地操作/驾驶，而无需连续的用户控制，但这些车辆可以例如在紧急状态期间在外部控制下进行。

图1示出了矿场1的简化示例，在本示例中，该矿场是包括地下隧道网络2的地下矿井。多个移动物体、例如人或行人3和/或矿车4、5、6、7可存在于工地1的不同的区域或操作区中，并且在这些区域或操作区之间移动。

工地1包括通信系统，例如包括无线局域网(WLAN)的无线接入系统，该无线接入系统包括多个无线接入节点8。接入节点8可以与矿车所包括的或行人所携带的无线通信单元通信，并且与其它通信设备(未示出)、例如配置用以便于与控制系统9通信的网络设备进行通信，该控制系统9可以是现场(地下或地上的)和/或经由中间网络远程的。例如，系统9的服务器可以配置用以管理工地处的至少一些操作，例如为操作者提供UI，以远程监测，和在需要时控制矿车的自动操作并且/或者为车队分配作业任务并且更新和/或监测任务性能和状态。

系统9可以连接到其它网络和系统，例如工地管理系统、云服务、中间通信网络(例如，因特网)等。该系统可以包括或连接到其它设备或控制单元，例如手持用户单元、车辆单元、工地管理设备/系统、远程控制和/或监测设备/系统、数据分析设备/系统、传感器系统/设备等等。

工地1还可以包括各种其它类型的矿井操作设备10，该矿井操作设备能够例如经由接入节点8而连接到控制系统9，这未在图1中详细示出。此类其它矿井操作设备10的示例包括用于供电、通风、空调分析、安全、通信的各种设备以及其它自动化设备。例如，该工地可以包括通道控制系统，该通道控制系统包括分隔操作区的通道控制单元(PCU)11，可以将其中一些操作区设置用于自主操作矿车。该通道控制系统和相关联的PCU可以配置用以允许或防止一辆或多辆矿车和/或一个或多个行人在各区之间移动。

图2示出了矿车20，在该示例中，该矿车是装载机或包括铲斗22的装载和运输(LHD)车辆。矿车20可以是铰接式车辆，该铰接式车辆包括由接头24连接的两段。然而，应当理解的是，当前公开的自主驾驶模式特征的应用不限于任何特定类型的矿车。

矿车20包括至少一个控制单元30，该至少一个控制单元30被配置用以控制该矿车的至少一些功能和/或致动器。控制单元30可以包括一个或多个计算单元/处理器，该一个或多个计算单元/处理器执行存储在存储器中的计算机程序代码。在一些实施例中，该控制单元可以通过控制器局域网(CAN)总线连接到该矿车的控制系统的一个或多个其它控制单元。该控制单元可以包括或连接到具有显示设备的用户界面以及操作者输入界面，用于接收操作者命令和信息来发送到控制单元。

在一些实施例中，控制单元30被配置用以至少控制与自主操作控制相关的操作，并且矿车中可以存在一个或多个其它控制单元来用于控制其它操作。应当理解的是，控制单元30可以被配置用以执行至少一些以下所示的特征，或者可以采用多个控制单元或控制器来执行这些特征。可能存在由控制单元执行的其它操作模块或功能，例如自动驾驶模式选择功能、至少一个定位单元/模块/功能和/或障碍物检测功能。

矿车20可以是无人驾驶的。因此，该用户界面可以远离车辆并且该车辆可以经由通信网络而由隧道中、或者在矿区处的控制室中或者甚至离矿井很远的操作者远程地控制。矿车20外部、例如控制系统9中的控制单元可以被配置用以执行以下所示特征中的一些特征。

矿车20包括一个或多个扫描单元或扫描仪40，该一个或多个扫描单元或扫描仪40被配置用以对矿车的环境执行扫描。在一个实施例中，例如，扫描仪40可以是2D扫描仪，该2D扫描仪被配置用以在期望高度处监测隧道壁。控制单元30可以将操作扫描到的隧道轮廓数据与存储在环境模型中的参照轮廓数据进行比较，并且根据在环境模型中找到匹配以定位矿车和/或根据通过航位推测进行校正定位来定位矿车。

在一些实施例中，采用3D扫描仪，在这种情况下，产生3D扫描数据或点云数据，并采用上述数据来定位矿车。可以采用根据扫描生成的点云数据来生成和更新环境模型、例如地下隧道模型，可以采用该模型以在工地处定位矿车。在一些实施例中，采用这些扫描结果来检测该矿车及其一个或多个其它元件(例如扫描仪40或铲斗22)的位置和定向。

矿车20或其控制单元30可以执行点云匹配功能，用于将操作(扫描到的)点云数据(由扫描仪40扫描到的)与环境模型点云数据、即参照点云数据进行匹配。根据检测到的操作点云数据与参照云数据之间的匹配，可以在矿井坐标系中确定该扫描设备和/或车辆的另一关注点、例如铲斗22的(前缘)的位置和方向。

驾驶计划或路线计划可以限定矿车20将要驾驶的路线，并且可以用作用于矿车的自动控制的输入。该计划可以离线和在场外(例如在办公室中)、或在矿车上(例如通过教学驾驶)生成。该计划可以限定用于自动驾驶的起点、终点以及一组路线点。这种计划可以经由有线或无线连接而发送到或以其它方式加载到矿车、矿车的存储器，以供控制单元30访问。

现在提供了对自主矿车操作的进一步改进，这会在下文进一步说明。图3示出了用于诸如车辆20的矿车的操作驾驶模式。当该矿车处于手动驾驶模式300中时，操作者通过远程控制或通过操作者控件在矿车处本地来手动驾驶矿车。操作者可以将矿车设置为(默认)自动驾驶模式310，在该自动驾驶模式310下，该矿车例如在装载点和倾卸井之间自动驾驶指定的路线。从手动模式300到自动驾驶模式310的转换可能需要适当的安全许可，例如确认用于自动操作区域的通道控制系统。

矿车20可以响应于检测到灰尘条件而自动地从默认自动模式310转换到灰尘驾驶模式320。当矿车20在自动驾驶模式下操作，并且根据基于光学扫描进行的定位、例如基于来自2D或3D扫描仪的扫描到的隧道轮廓数据与上述环境模型的映射的定位来校正基于航位推测的位置时，可检测灰尘条件。例如，当矿车20进入灰尘云50时，可能检测到灰尘条件。该灰尘驾驶模式可以包括或限定用于限制矿车的自主驾驶的一个或多个控制动作。例如，可以控制矿车，以在灰尘条件终止时自动返回到默认自动驾驶模式310。

应当理解，可以对图3的模式进行各种修改或添加。例如，该灰尘驾驶模式可以是自动驾驶模式的子模式或子状态，并且可以通过特定标志在自动驾驶程序中加以指示。可能存在其它驾驶模式(或模式的简档)、例如半自动驾驶模式。

图4示出了根据一些实施例的方法。该方法可以由矿车及其控制设备、例如由矿车20以及由其控制单元30来执行。

用于控制矿车的自主驾驶的方法可以包括：检测410用于自主操作矿车的灰尘条件，该自主操作矿车执行光学环境扫描，以在工地处定位矿车。响应于检测到灰尘条件，将以自动驾驶模式操作的矿车转换420为灰尘驾驶模式。该灰尘驾驶模式与用于矿车的自主操作的一个或多个控制动作相关联。因此，该灰尘驾驶模式通常可以指代这样的模式，在该模式中，对矿车执行相关的控制动作，以实现不受灰尘影响的自主驾驶。

控制430基于航位推测进行的定位，以在灰尘驾驶模式期间更新该矿车的位置。然后，先前根据基于扫描的定位而确定的矿车的位置可以根据矿车的基于航位推测的定位功能进行更新。

在灰尘驾驶模式期间，控制440对航位推测误差参数的监测。响应于该航位推测误差参数达到误差阈值，控制450该矿车停止或减速。

因此，该矿车通过航位推测而被定位，并且尽管灰尘阻止基于扫描仪进行的定位，该矿车仍可以继续自主驾驶，但在预先配置的误差极限内。基于光学环境扫描的定位可以响应于进入灰尘驾驶模式而被关闭，或者可以忽略通过光学环境扫描的位置结果。灰尘条件通常指代这样一种条件，其中，例如当进入灰尘云时无法再找到足够数量的匹配环境模型点时，直接或间接检测到该矿车或其元件(例如扫描仪)受灰尘影响。控制例如在框430和440中的动作可以指代导致相应的动作的启动或激活(如果需要的话，即在某些情况下，这样的动作可能已经被执行，由此可以明显省略激活信号)。存在多种用于布置灰尘条件分析和检测的选项，其中的一个或多个选项可以应用在框410中/之前，其中一些选项在下面示出。

在一些实施例中，矿车20可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器提供操作环境数据，分析该操作环境数据来用于灰尘条件检测。响应于基于分析限定的所分析的参数满足至少一个预定的阈值，可以检测灰尘条件。

在一些实施例中，可以响应于检测到以下至少一项而检测410灰尘条件和/或进入420灰尘驾驶模式：

-操作者输入。例如，可以从经由远程监测单元监测矿车20的操作者接收转换到灰尘控制模式320的输入。

-矿车进入这样一个区域，对于该区域，在为矿车处理的路线数据或环境模型数据中，已限定了灰尘驾驶模式。这种区域的示例包括装载(或拖拉点)和卸载(或倾倒点)区域。尤其是在矿井倾倒点区域处，可能存在大量灰尘。

-来自灰尘检测器的信号指示或引起灰尘条件。例如，可以响应于检测到由灰尘检测器所感测到的灰尘的量达到(灰尘条件)阈值而进入420灰尘驾驶模式320。

-基于扫描所识别到的、在环境模型中的检测到的点/匹配点的数量低于阈值。

框410中的灰尘条件检测可以包括分析扫描仪响应信号。控制单元30可以被配置用以处理基于由扫描仪40接收到的响应信号而获得的信息，并且根据扫描仪响应信号分析来检测410灰尘条件。

在一个实施例中，分析来自扫描仪40的信号的反射或回波信号，以检测灰尘条件。控制单元30可以被配置用以根据检测到多个回波来识别出灰尘云50的存在，这些回波被识别为由灰尘颗粒引起。控制单元30可以被配置用以基于检测到的“不良测量”的量来检测灰尘云，不良测量的量指的是坐标离环境模型足够得远(超过最大偏差阈值)的测量的量。当此类测量的量超过极限值时，进入420灰尘驾驶模式。进入灰尘驾驶模式320的另一条件可以是当检测410到灰尘云条件时，当前位置置信度需要足够得高。

在框430中，可以根据航位推测算法来确定矿车20的进展，该航位推测算法被配置用以根据指示车辆车轮旋转和相对航向的输入信号来累积车辆的已行驶的距离和航向。车辆20可以包括定位单元，该定位单元可以是控制单元30的一部分或与该控制单元分离，该定位单元被配置用以执行至少一些基于航位推测进行的定位并且还可以被配置用以响应于框430来限定航位推测误差。应当理解的是，该系统可以包括对基于航位推测进行的位置跟踪进行补充的其它操作模块，例如轮胎打滑补偿和/或磨损补偿模块。

图5示出了沿着由一组路线点500a、500b、500c限定的路线驾驶的矿车20的俯视图示例。虚线示出了在灰尘驾驶模式期间的示例路径和由航位推测定位误差引起的、与上述路线点的偏差。

在一些实施例中，定位单元/控制单元30响应于进入灰尘驾驶模式(和框320)并且当矿车20正在移动时而累积纬度误差(y方向上的)和纵向误差(驾驶方向上的x方向)。在一个实施例中，根据通过基于扫描进行的定位对航位推测的最近历史误差校正(例如，在进入灰尘驾驶模式之前，在预定时间或预定距离上记录到的此类历史误差校正数据)来估算纵向和/或纬度误差。例如，可以基于先前检测到的、对于在进入灰尘驾驶模式之前的给定纵向距离上所需的纵向误差校正的需要来估算纵向误差。例如，可以在进入灰尘驾驶模式之前的预定距离或时间上，根据基于扫描的定位进行的航向校正来估算纬度误差。可以根据经校正的航向的变化和从矿车20的陀螺仪获得的航向来校正纬度误差。可以对此类估算进行过滤，以获得趋势，以便避免瞬时偏差影响过大。

将所累积的纬度和/或纵向误差与最大允许误差阈值进行比较，该最大允许误差阈值也可以称为矿车的安全裕度或与该矿车的安全裕度相关联。响应于超过最大允许误差阈值，矿车20可以停止或进一步减速(框450)。当退出灰尘模式时，这些误差计数器被重置。监测纬度误差在地下隧道中尤为重要。例如，当所累积的纬度误差超过安全裕度D时，矿车停止。在一个实施例中，根据所累积的纬度误差和纵向误差来确定误差椭圆。响应于检测到该误差椭圆达到已知的隧道宽度(该隧道宽度可以是基于环境模型的估算值)，矿车可以停止。

在框440中采用的误差阈值可以是可配置的。在一些实施例中，基于矿车经过的环境和/或矿车的特性自动地配置该误差阈值。可以根据环境模型、路线模型和/或矿车在灰尘驾驶模式期间经过的路径来配置误差阈值。在一个示例中，隧道的宽度W根据该环境模型而进行估算，并且该误差阈值ET可以限定离开墙壁的最大允许估算车距，并且可以限定为：

ET＝W-(D+VW(车宽))

在一些实施例中，在灰尘驾驶模式下，监测该矿车在灰尘驾驶模式下的时间和/或矿车行驶的距离。响应于检测到达到该灰尘驾驶模式的最大时间或最大距离，控制矿车停止。在一个实施例中，所允许的驾驶距离和/或时间受环境模型、路线模型和/或矿车在灰尘驾驶模式期间经过的路径影响。例如，如果在灰尘驾驶模式期间在路线上存在弯道，则所允许的驾驶距离和/或时间减小/减少。因此，可以考虑路径或路线轮廓对航位推测精度的影响。

存在多个控制动作，这些控制动作可以在框420中或响应于框420执行，下文对其中一些控制动作进行说明。

在一些实施例中，响应于进入灰尘驾驶模式来控制矿车的减速。例如，控制单元30可以在灰尘驾驶模式期间将车辆的速度降低到2到10千米/小时范围内的数值。控制单元30可以为车辆设置速度限值。车辆的速度可以逐渐降低到所述相关的数值或范围。

在一些实施例中，响应于进入灰尘驾驶模式而停用障碍物检测功能，该障碍物检测功能指代基于来自扫描仪40的信息而预先检测该矿车可能会撞到的障碍物的功能。该障碍物检测功能基于扫描结果而执行，并且灰尘颗粒可能会导致错误地检测到障碍物并且停止车辆，或不适当的校正转向/减速动作。

在一些实施例中，响应于进入灰尘驾驶模式而激活车轮阻挡检测功能。该车轮阻挡检测功能可以由算法提供，该算法被配置用以处理指示矿车的运动的信号，并且根据检测到与预定运动型式或模型相匹配来检测该矿车已进入车轮阻挡。响应于通过车轮阻挡检测功能检测到车轮阻挡，控制矿车20停止。

在一个实施例中，车轮阻挡检测功能仅在卸载/倾倒点区域附近被激活。可以在矿车的环境模型或路线数据(或另一输入数据集)中限定这样的区域。例如，该车轮阻挡检测功能可仅在检测到包括倾倒点或在倾倒点之前的路段时才被激活。

可存在用于激活车轮阻挡检测功能的其它标准，例如距倾倒点的距离或距倾倒点路段的终点的距离。例如，当矿车20进入灰尘驾驶模式、或在灰尘驾驶模式中，进入/处于倾倒点路段上、并且距该路段的终点的距离低于激活极限时，启用车轮阻挡检测算法和车轮阻挡爬升检测算法。车轮阻挡爬升算法指代检测该车辆是否开始爬升车轮阻挡的算法。如果触发两种算法中的任何一种算法，车辆就停止(例如，通过将档位控制到空档并且打开行车制动器)。

在一个示例中，当矿车20即将进入倾倒点(例如在路线点500c处)并且灰尘驾驶模式起作用时，或者当车辆接近倾倒点并进入灰尘驾驶模式时：

-车辆可以转换到灰尘倾倒模式，在这种模式下，该车辆遵循预定轨迹，但会降低油门，以使得该车辆不会越过车轮阻挡。

-可以控制车辆的悬臂控制器，以升高悬臂，使得该悬臂不会撞到车轮阻挡，但不允许开始倾倒运动。例如，可以控制铲斗以接近该铲斗的最大向上位置。

-车辆将向前驾驶至给定的最大距离，并且该车轮阻挡检测功能监测车辆运动，以检测车轮阻挡接触。如果成功检测到车轮阻挡接触，则可以进行倾倒。如果在最大距离内未检测到车轮阻挡或检测到车轮阻挡爬升，则可能会引发误差。

-如果在检测到灰尘条件之前到达倾倒点，则不会进入灰尘驾驶模式。因此，可以避免在倾倒过程中出现灰尘时进入所述模式。

-在灰尘驾驶模式中，跟踪灰尘驾驶模式持续时间的所累积的位置误差和计时器将在倾倒期间存留。除非车辆移动，否则所累积的位置误差和计时器不会增加。

在一些实施例中，响应于进入灰尘驾驶模式，控制、即激活(如果尚未激活的话)矿车20的碰撞(或冲击/撞击)检测功能。响应于通过碰撞检测功能检测到与墙壁或另一障碍物相碰撞，控制该矿车停止，该碰撞检测功能可以由控制单元30(或另一单元)执行。

当在灰尘驾驶模式下驾驶时，该碰撞检测功能可以被配置用以基于处理惯性测量和里程表信息而检测例如与隧道壁相碰撞或刮擦。在一个示例实施例中，可以连续地监测该车辆的速度，并且响应于快速减速(超过触发参数)，该碰撞检测功能检测到碰撞。应当注意的是，用于引起碰撞检测的参数可以是可配置的，使得尽管矿车仍在运行，仍检测到碰撞(例如，在时间t内，与之前的参照速度相比，车速需要降低50％)。

该碰撞检测功能可以被配置用以处理3D加速度矢量，以检测触发障碍物检测的减速。例如，可以通过长度为“短”和“长”的两个滑动窗口来处理或平滑加速度矢量。“长”矢量可以大致指示重力方向，而“短”矢量可以指示当前车辆加速度的低通滤波估算值。该功能可以计算短矢量在与长矢量正交的平面上的投影。换言之，计算与重力相关的低通滤波横向加速度。如果该横向加速度超过预先配置的极限值，则检测到碰撞。

其它参数也可以用于碰撞检测功能，以用于在灰尘驾驶模式期间检测碰撞。例如，可以采用车轮打滑检测，并且响应于检测到车轮打滑而引起误差(并且车辆可能停止)，这可能是由于车辆撞墙并且在基于航位推测进行的定位中引起误差所致。

在一些实施例中，矿车20在灰尘驾驶模式期间、即在框420之后继续监测矿车的环境。因此，控制单元30可以连续地分析来自扫描仪的扫描到的数据，并且试图找到环境模型中的匹配点(在一些实施例中，作为基于路段导航中的当前驾驶路段的后台过程)，从而再次定位矿车20。即使未找到完全匹配(扫描到的数据和环境模型之间的匹配点的数量低于预定极限)，控制单元30仍可以被配置用以利用这些匹配点来进一步补充或检查基于航位推测进行的定位。在一个实施例中，由此不关闭使用扫描仪40的位置校正，而是可以根据检测到的实际撞到墙壁的光束的量来减小校正增益。基于扫描仪进行的定位可以在灰尘驾驶模式期间进入特定模式或状态，其中(扫描到的数据与环境模型数据之间的)相关性误差不导致车辆停止。

可以响应于检测到灰尘驾驶模式退出条件而停用灰尘驾驶模式。监测退出条件可以是图4的方法中的、处在框430/440之后的另一框。因此，矿车20可以从灰尘驾驶模式320转换到默认自动驾驶模式310，或者在一些情况下，转换到手动驾驶模式300或停止。灰尘驾驶模式退出条件可以是灰尘条件的终止或另一个触发事件。

在一些实施例中，响应于再次成功定位到矿车而退出灰尘驾驶模式。响应于环境模型中(在所分析的区域内)检测到的点的数量达到预定阈值、即所产生的基于扫描进行的定位置信度足够得高，可以再次定位矿车20。

在一些实施例中，响应于检测到一个或多个灰尘条件参数低于灰尘条件阈值，可以停用灰尘驾驶模式。例如，可以响应于检测到由灰尘检测器所感测到的灰尘的量减少到阈值以下而退出灰尘驾驶模式320。

在一些实施例中，矿车20被配置用以限定在工地的区域处的灰尘条件和/或灰尘驾驶模式的路线数据或环境模型数据中的指示(障碍物被忽略并被解释为灰尘)。例如，可以为倾倒点路段或路线点500c限定这样的指示，在该倾倒点路段或路线点处，经常可能存在大量灰尘。因此，当进入该路段或朝向路线点500c前进时，该矿车可以自动地转换到灰尘驾驶模式320。

在一些实施例中，向操作者通知灰尘条件和/或进入灰尘驾驶模式320。控制单元30可以被配置用以经由无线连接向系统9发送指示矿车转换到灰尘驾驶模式的信息，以显示在操作者单元的UI上。例如，这种通知可以由如下信号的特定灰尘驾驶模式字段来指示，该信息包括从车辆20发送的通道信息信号(例如，包括视频信息)。该系统可以被配置用以在灰尘驾驶模式期间接收来自操作者的各种输入，例如用于转换到手动操作模式、停止车辆等的输入。对应的控制信号被发送到矿车20，并且控制单元30可以被配置用以在灰尘驾驶模式期间根据该控制信号来控制矿车20的自动操作。

在一些实施例中，矿车20包括基于卫星的定位单元，例如全球定位系统(GPS)单元。该矿车可以被配置用以在灰尘条件模式期间激活这样的定位单元，并搜索定位信号。当进入定位信号可用的区域时，矿车可以被准确地定位。当可以根据基于卫星进行的定位来限定该矿车的位置时，可以停用灰尘驾驶模式。在一个实施例中，当根据基于卫星的定位限定矿车的位置时，防止进入420灰尘驾驶模式和/或监测灰尘条件。

应当理解的是，各种其它特征可以补充或区分上述实施例中的至少一些实施例。例如，可以存在其它用户交互和/或自动化功能，以进一步便于操作者在灰尘模式期间监测矿车、选择适当的动作来克服关于悬臂轨迹/定位的问题以及控制矿车。

在一个实施例中，如果可用的话，则可以根据外部位置参照单元来更新矿车20在灰尘驾驶模式期间的位置。例如，该位置参照单元可以是隧道壁处的无线信号发射单元或是另一车辆的位置跟踪单元。可以将RF标签、接入点、视觉可读代码或位置被准确获知的另一固定的单元用作位置参照。还参照US7899599，该文献公开了可以采用这样的标识符来更新基于航位推测的位置。

包括电子电路的电子设备可以是这样的设备，该设备用于实现至少一些上述实施例、例如结合图4所示的方法和针对控制单元30所说明的特征。该设备可以被包括在至少一个计算设备中，该至少一个计算设备连接到或集成到矿车的控制系统中。这种控制系统可以是智能车载控制系统，该智能车载控制系统控制矿车的各个子系统的操作，例如液压系统、马达、凿岩机等。这种控制系统通常是分布式的，并且例如包括许多独立的模块，这些模块通过控制器局域网(CAN)节点的总线系统相连接。

图6示出了能够支持本发明的至少一些实施例的简化示例设备。示出这样一个设备60，该设备60可以被配置用以执行与上述灰尘驾驶模式相关的操作有关的至少其中一些实施例。在一些实施例中，设备60包括或实施控制单元30或其它模块、功能和/或单元，以用于执行至少一些上述实施例。

设备60中包括处理器61，该处理器61可以例如包括单核或多核处理器。处理器61可以包括多于一个的处理器。该处理器可以包括至少一个专用集成电路ASIC。该处理器可以包括至少一个现场可编程门阵列FPGA。该处理器可以至少部分地由计算机指令来配置，以执行动作。

设备60可以包括存储器62。该存储器可以包括随机存取存储器和/或永久存储器。该存储器可以至少部分地由处理器61访问。该存储器可以被至少部分地包括在处理器61中。该存储器可以至少部分地在设备60的外部，但能够由该设备访问。存储器62可以是用于存储信息的装置，例如存储影响设备操作的参数64。特别地是，该参数信息可以包括影响灰尘驾驶模式相关的特征的参数信息，例如阈值。

存储器62可以是包括计算机程序代码63的非暂时性计算机可读介质，该计算机程序代码63包括计算机指令，处理器61配置用以执行这些计算机指令。当配置用以使该处理器执行特定动作的计算机指令存储在存储器中，并且该设备总体上被配置用以使用来自该存储器的计算机指令在处理器的指导下操作时，该处理器和/或其至少一个处理核可以被认为被配置用以执行所述特定动作。该处理器可以与该存储器和计算机程序代码一起在设备中形成用于执行至少一些上述方法步骤的装置。

设备60可以包括通信单元65，该通信单元包括发射器和/或接收器。该发射器和接收器可以被配置用以分别发射和接收矿车内外的数据和控制指令。该发射器和/或接收器可以被配置用以例如根据全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)、3GPP新无线电接入技术(N-RAT)、无线局域网(WLAN)和/或以太网标准操作。设备60可以包括近场通信(NFC)收发器。NFC收发器可以支持至少一种NFC技术，例如NFC、蓝牙或类似技术。

设备60可以包括或连接到UI。UI可以包括显示器66、扬声器、诸如键盘、操纵杆、触摸屏和/或麦克风之类的输入设备67中的至少一个。UI可以被配置用以显示根据上述实施例的视图。用户可以操作该设备并控制至少一些上述特征。在一些实施例中，用户可以经由UI控制矿车20，例如手动驾驶车辆、操作悬臂、改变驾驶模式、改变显示视图、修改参数64等。

设备60还可以包括和/或连接到其它单元、设备和系统，例如一个或多个传感器设备68，例如扫描仪40或感测设备60的环境或矿车的特性(如车轮旋转或定向变化)的其它传感器设备。

处理器61、存储器62、通信单元65和UI可以由设备60内部的电导线以多种不同方式相互连接起来。例如，每个前述设备均可以单独地连接到设备内部的主总线，以允许这些设备交换信息。然而，本领域技术人员将理解，这仅是一个示例，并且根据该实施例，可以在不脱离本发明范围的情况下选择使至少两个前述设备相互连接起来的各种方式。

应该理解，所公开的本发明实施例不局限于本文公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关领域中的普通技术人员将会认识到的上述的等同物。还应理解，本文中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本发明说明书通篇中的各个地方中出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定全都指的是同一实施例。在使用诸如例如大约或基本上之类的术语来引用数值的情况下，也公开了这个准确的数值。

如本文中所用，多个项目、结构元件、组成元件和/或材料可以为了方便而表示在共同的列表中。但是，这些列表应被理解为如同列表中的每个成员均被单独认定为独立且唯一的成员那样。因此，在没有相反指示的情况下，这种列表中任何单独的成员都不能仅仅根据它们出现在共同的集合中而被理解为事实上等同于同一列表中的任何其它成员。此外，可以在本文中参照本发明的各种实施例和示例以及其各种部件的替代例。应当理解，此类实施例、示例和替代例不解释为彼此事实上的等同物，而是将被认为是本发明的单独且自主的表示。

此外，在一个或多个实施例中，可以用任何合适的方式组合所描述的特征、结构或特性。在前文的描述中，提供了诸如长度、宽度、形状等的示例之类的多个具体细节，以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，相关领域内的技术人员将认识到，本发明可在没有其中一个或多个具体细节的情况下实施，或通过其它方法、部件、材料等实施。在其它情形下，没有详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免混淆本发明的方面。

虽然前述示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在不行使创造性并且不背离本发明的原理和概念的情况下，在形式、用途和实施方式的细节方面进行大量修改。因此，本发明不旨在受到限制，除了由以下阐述的权利要求书限制之外。

动词“包括”和“具有”在本文献中用作开放性限制，其既不排除也不要求存在未阐述的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中阐述的特征是可以相互自由组合的。此外，应当理解，本文献通篇使用的“一”或“一个”、即单数形式并不排除复数形式。

Claims (17)

1.一种设备，所述设备包括装置，所述装置被构造用以执行：

-检测(410)用于自主操作矿车(20)的灰尘条件，所述自主操作矿车(20)执行光学环境扫描，以在工地处定位所述矿车，

-响应于检测到所述灰尘条件，将以自动驾驶模式操作的所述矿车转换(420)为灰尘驾驶模式(320)，所述灰尘驾驶模式与用于所述矿车的自主操作的一个或多个控制动作相关联，其中，所述灰尘驾驶模式包括或限定被应用以限制所述矿车的自主驾驶的一个或多个控制动作，

-控制(430)基于航位推测进行的定位，以在所述灰尘驾驶模式期间更新所述矿车的位置，

-在所述灰尘驾驶模式期间，监测(440)航位推测误差参数，以及

-响应于所述航位推测误差参数达到误差阈值，控制(450)所述矿车停止或减速。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：响应于进入所述灰尘驾驶模式，控制所述矿车(20)的减速。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：

-分析扫描仪响应信号，以及

-根据扫描仪响应信号分析，检测所述灰尘条件。

4.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：响应于进入所述灰尘驾驶模式，停用所述矿车的障碍物检测功能。

5.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：响应于进入所述灰尘驾驶模式，控制车轮阻挡检测功能；以及响应于通过所述车轮阻挡检测功能检测到车轮阻挡，控制所述矿车(20)停止。

6.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：响应于进入所述灰尘驾驶模式，控制所述矿车(20)的碰撞检测功能；以及响应于通过所述碰撞检测功能检测到碰撞，控制所述矿车停止。

7.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：响应于检测到以下至少一项而检测(410)所述灰尘条件和/或进入(420)所述灰尘驾驶模式：

所述矿车(20)进入这样一个区域，对于该区域，在为所述矿车处理的路线数据或环境数据中，已限定了灰尘驾驶模式，

来自灰尘检测器的信号指示所述灰尘条件或者引起所述灰尘条件；以及

基于扫描所识别到的、在环境模型中的检测到的点的数量低于阈值。

8.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：

-监测所述矿车(20)已处于所述灰尘驾驶模式中的时间，以及

-响应于检测到达到所述灰尘驾驶模式的最大时间，控制所述矿车停止。

9.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：在所述灰尘驾驶模式期间监测所述矿车(20)的环境，以及响应于检测到灰尘驾驶模式退出条件而停用所述灰尘驾驶模式，其中，响应于基于光学扫描再次成功定位到所述矿车或响应于检测到一个或多个灰尘条件参数低于灰尘条件阈值而退出所述灰尘驾驶模式。

10.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：在检测到所述灰尘条件的工地的区域处的路线数据或环境模型中，限定所述灰尘条件和/或灰尘驾驶模式的指示。

11.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：向操作者通知所述灰尘条件和/或进入所述灰尘驾驶模式。

12.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被构造用以：根据隧道剖面数据和存储在环境模型中的参照剖面数据的比较来确定所述矿车的位置，以在进入所述灰尘驾驶模式之前校正基于航位推测的位置，并且在所述灰尘驾驶模式期间确定所述位置，而无需基于所述光学环境扫描进行定位。

13.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被构造用以：响应于进入所述灰尘驾驶模式来累积纬度误差和纵向误差，其中，根据在进入所述灰尘驾驶模式之前基于所述光学环境扫描的定位对航位推测的最近历史误差校正来估算所述纵向误差和/或纬度误差。

14.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述装置被进一步构造用以执行：

-检测所述矿车(20)的基于卫星定位的可用性，以及

-当根据基于卫星定位来限定所述矿车的位置时，防止进入所述灰尘驾驶模式或停用所述灰尘驾驶模式。

15.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，所述设备是地下装载车辆和/或倾倒车辆或地下凿岩机。

16.一种用于控制自主矿车操作的方法，所述方法包括：

-检测(410)用于自主操作矿车(20)的灰尘条件，所述自主操作矿车执行光学环境扫描，以在工地处定位所述矿车，

-响应于检测到所述灰尘条件，将以自动驾驶模式操作的所述矿车转换(420)为灰尘驾驶模式(320)，所述灰尘驾驶模式与用于所述矿车的自主操作的一个或多个控制动作相关联，其中，所述灰尘驾驶模式包括或限定被应用以限制所述矿车的自主驾驶的一个或多个控制动作，

-控制(430)基于航位推测的定位，以在所述灰尘驾驶模式期间更新所述矿车的位置，

-在所述灰尘驾驶模式期间，监测(440)航位推测误差参数，以及

-响应于所述航位推测误差参数达到误差阈值，控制(450)所述矿车停止或减速。

17.一种计算机程序，所述计算机程序包括代码，所述代码用于当在数据处理设备中执行时使得执行根据权利要求16所述的方法。

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