CN113931631A

CN113931631A - 一种矿区有人辅助车辆作业系统及其装置

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Publication number: CN113931631A
Application number: CN202111077664.4A
Authority: CN
Inventors: 赵斌; 高警卫; 杨超; 付友华
Original assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2022-01-14

Abstract

本发明公开了一种矿区有人辅助车辆作业系统及其装置，包括作业管理系统，用于将获取车辆的位置和车辆的车况信息传送给机群管理与调度中心模块，采集并显示车辆的周边地形、所有车辆的所处位置、车辆的周边道路、车辆的行驶路线和外来车辆的位置，获取机群管理与调度中心模块的相关消息并进行处理显示；机群管理与调度中心模块，用于接收外来车辆的位置、车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，下发服务任务并接收服务结果；通信模块，用于作业管理系统和机群管理与调度中心模块通信。与无人化系统进行信息交互，接收调度中心系统分配的辅助服务任务，为无人化系统提供必要的生产维护服务。

Description

一种矿区有人辅助车辆作业系统及其装置

技术领域

本发明涉及一种矿区有人辅助车辆作业系统及其装置，属于矿山自动驾驶行业技术领域。

背景技术

随着人工智能的发展，越来越多的无人驾驶矿卡投入到露天矿山的运输作业中，提高了矿上生产率，加快矿山智能化。但当前矿上并非只有无人车作业，还存在有人车辆跟无人车辆共同在矿上的工作情况，例如为避免矿上粉尘过多，矿山道路需要洒水时，需要矿上洒水车进行洒水。

针对矿山存在着无人车辆跟有人车辆共同作业的场景，当前未有详细的有人车的辅助作业管理，并将有人车辆纳入到整个无人矿山管理中，会造成资源浪费，也会降低安全性跟效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种矿区有人辅助车辆作业系统及其装置，涉及露天矿山上有人辅助车辆的作业系统，作用在有人车辆上，在保证有人车安全情况下，更好地维护管理无人车辆跟有人车的共同工作，同时保证有人车辆的安全，属于矿山自动驾驶行业的技术领域。

为达到上述目的，本发明提供一种矿区有人辅助车辆作业系统，包括：

定位模块，用于获取有人驾驶车辆的位置、外来车辆的位置和无人驾驶车辆的位置；

作业管理系统，用于将获取的有人驾驶车辆的位置、外来车辆的位置、无人驾驶车辆的位置和车辆的车况信息传送给机群管理与调度中心模块，采集并显示车辆的周边地形、所有车辆的所处位置、车辆的周边道路、车辆的行驶路线和外来车辆的位置，获取机群管理与调度中心模块的相关消息并进行处理显示；

机群管理与调度中心模块，用于接收外来车辆的位置、车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，下发服务任务并接收服务结果；

通信模块，用于作业管理系统和机群管理与调度中心模块通信；

故障诊断模块，用于检测有人驾驶车辆的运行状态，当运行状态异常时生成故障信息并发出警报，并将故障信息发送至机群管理与调度中心模块；

优先地，作业管理系统，包括服务模块、地图采集模块、地图模块和安全模块，其中：

服务模块，用于向机群管理与调度中心模块请求处理服务任务，接收处理机群管理与调度中心模块指派的服务任务，引导车辆到距离本车最近的服务任务的执行地点处理服务任务，将服务结果反馈给机群管理与调度中心模块；

地图采集模块，用于采集车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，并上传给机群管理与调度中心模块或地图模块；

地图模块，用于获取车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，并向有人驾驶车辆显示车辆的周边地形、所有车辆的所处位置、车辆的周边道路、车辆的行驶路线和外来车辆的位置；

安全模块，用于设定所有车辆的安全范围，当其他车辆进入某个车辆的安全范围时预警提示、降速或刹车。

优先地，通信模块，用于收到机群管理与调度中心模块下发的服务任务，并传递给服务模块；服务任务中详细记录服务内容目的地和到达目的地路线。

优先地，安全范围包括多层安全圈，其他车辆将要或已经闯入某个车辆最外层的安全圈时该车辆内预警提示；其他车辆将要或已经闯入某个车辆最内层的安全圈时该车辆急停；设置有人驾驶车辆的禁止行驶范围，当有人驾驶车辆进入禁止行驶范围内，报警提示或急停有人驾驶车辆。

优先地，车辆的车况信息包括有人驾驶车辆的行驶里程、有人驾驶车辆的剩余油量/剩余电量、有人驾驶车辆的故障代码、无人驾驶车辆的行驶里程、无人驾驶车辆的剩余油量/剩余电量和无人驾驶车辆的故障代码。

优先地，服务任务包括洒水、清障、加油、检修和地图采集。

优先地，故障诊断模块，用于检测定位模块、作业管理系统、机群管理与调度中心模块、通信模块、服务模块、地图采集模块、地图模块和安全模块是否有异常，当发生异常时生成对应的故障码和故障等级，并将故障码和故障等级发送至机群管理与调度中心模块。

优先地，故障码包括定位模块不能实时定位、作业管理系统不能获取位置、作业管理系统不能将位置发送给机群管理与调度中心模块、机群管理与调度中心模块不能接受位置、机群管理与调度中心模块不能下发服务任务、机群管理与调度中心模块不能接收服务结果、通信模块不能进行信息交互、服务模块不能向机群管理与调度中心模块请求处理服务任务、服务模块不能接收处理机群管理与调度中心模块指派的服务任务。

优先地，故障码包括地图采集模块不能采集车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，地图采集模块不能上传车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界给机群管理与调度中心模块或地图模块，地图模块不能获取车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，地图模块不能向有人驾驶车辆显示车辆的周边地形、所有车辆的所处位置、车辆的周边道路、车辆的行驶路线和外来车辆的位置，安全模块不能设定所有车辆的安全范围，车辆不能降速或刹车。

一种矿区有人辅助车辆作业装置，包括有人驾驶车辆、无人驾驶车辆、用于通信的V2X设备、用于定位的GPS设备、计算机装置、外部语音输出设备、用于展示地图的显示装置和用于输入反馈结果的输入装置，有人驾驶车辆、无人驾驶车辆、外部语音输出设备、显示装置、输入装置和GPS设备通过V2X设备通信连接计算机装置。

优先地，包括无人机，无人机通信连接计算机装置。

本发明所达到的有益效果：

本发明提出一种露天矿山有人辅助车辆的作业系统，作为无人化系统中的一个子系统，通过定位模块、通信模块和作业服务模块，与无人化系统进行信息交互，接收调度中心系统分配的辅助服务任务，为无人化系统提供必要的生产维护服务。本发明显示矿山地形、车辆在矿山的位置，便于操作人员了解车辆的相关信息；本发明接收管理员指派任务，指派距离服务任务地点最近的车辆执行任务，工作效率高；本发明随时采集矿山地形，更新矿山地图，更新信息及时高效；在跟无人车混合作业时，根据车型设置安全范围，最大限度的保证效率的基础上，确保有人车辆的安全；服务模块接收处理机群下发的各种任务，将有人车辆跟无人车辆共同管理，更加有效的辅助管理无人车辆的正常运行。在不影响车辆行驶的前提下，提前预警靠近的无人车辆；将安全圈跟速度联动，保证有人车辆的安全。

附图说明

图1是本发明的硬件设备示意图；

图2是本发明的原理框图；

图3是本发明服务模块的流程图。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种矿区有人辅助车辆作业系统，包括：

通信模块，用于作业管理系统和机群管理与调度中心模块的信息交互；

故障诊断模块，用于检测有人驾驶车辆的运行状态，当运行状态异常时生成故障信息并发出警报，并将故障信息发送至机群管理与调度中心模块。

进一步地，本实施例中作业管理系统，包括服务模块、地图采集模块、地图模块和安全模块，其中：

进一步地，本实施例中通信模块，用于收到机群管理与调度中心模块下发的服务任务，并传递给服务模块；服务任务中详细记录服务内容目的地和到达目的地路线。

进一步地，本实施例中安全范围包括多层安全圈，其他车辆将要或已经闯入某个车辆最外层的安全圈时该车辆内预警提示；其他车辆将要或已经闯入某个车辆最内层的安全圈时该车辆急停；设置有人驾驶车辆的禁止行驶范围，当有人驾驶车辆进入禁止行驶范围内，报警提示或急停有人驾驶车辆。

进一步地，本实施例中车辆的车况信息包括有人驾驶车辆的行驶里程、有人驾驶车辆的剩余油量/剩余电量、有人驾驶车辆的故障代码、无人驾驶车辆的行驶里程、无人驾驶车辆的剩余油量/剩余电量和无人驾驶车辆的故障代码。

进一步地，本实施例中服务任务包括洒水、清障、加油、检修和地图采集。当作业趋于内灰尘高于设置值时洒水车洒水，当车辆发生故障时通知操作人员清障；当车辆无油时通知操作人员加油，当车辆达到保养期限时通知操作人员检修。

进一步地，故障诊断模块，用于检测定位模块、作业管理系统、机群管理与调度中心模块、通信模块、服务模块、地图采集模块、地图模块和安全模块是否有异常，当发生异常时生成对应的故障码和故障等级，并将故障码和故障等级发送至机群管理与调度中心模块。故障等级按照严重程度分为一级、二级，…，N级，N为正整数。

故障码包括定位模块不能实时定位、作业管理系统不能获取位置、作业管理系统不能将位置发送给机群管理与调度中心模块、机群管理与调度中心模块不能接受位置、机群管理与调度中心模块不能下发服务任务、机群管理与调度中心模块不能接收服务结果、通信模块不能进行信息交互、服务模块不能向机群管理与调度中心模块请求处理服务任务、服务模块不能接收处理机群管理与调度中心模块指派的服务任务、地图采集模块不能采集车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，地图采集模块不能上传车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界给机群管理与调度中心模块或地图模块，地图模块不能获取车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，地图模块不能向有人驾驶车辆显示车辆的周边地形、所有车辆的所处位置、车辆的周边道路、车辆的行驶路线和外来车辆的位置，安全模块不能设定所有车辆的安全范围，车辆不能降速或刹车。

进一步地，本实施例中包括无人机，无人机通信连接计算机装置。

本发明介绍了一种有人辅助车辆作业系统，在跟无人车共同作业的情况下，既能充分保证有人车的安全，也能辅助无人矿山的管理。所述系统可以：

（１）显示矿山地形以及有人车自身在矿山的位置；

（２）接收管理员指派任务，提醒有人车操作员到矿山指定地点服务；

（３）随时采集矿山地形，更新矿山地图；

（４）在跟无人车混合作业时，根据车型设置安全范围，最大限度的保证效率的基础上，确保有人车辆的安全。

输入装置为键盘和鼠标，外部语音输出设备为麦克风，显示装置为显示器，计算机装置为电脑或笔记本，有人驾驶车辆、无人驾驶车辆、外部语音输出设备、显示装置、输入装置、GPS设备、V2X设备和计算机装置上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。

所述定位模块通过GPS设备实现，安装在有人车辆上，用于接收有人驾驶车辆的位置和无人驾驶车辆的位置。

所述通信模块可通过有人车上无线通信设备，能够使有人车辆和管理中心（机群管理与调度中心，下文均称之为“机群”）进行无线通信，将有人驾驶车辆的位置和无人驾驶车辆的位置发送给机群，同时，可以接收机群下发的消息以及周围其他车辆的GPS位置信息。

所述作业管理系统，获取定位模块中自身车辆的GPS，通过通信模块上送给机群，同时通过通信模块获取机群的相关消息进行处理显示。所述作业管理系统包括地图模块，获取显示矿山地形更新的信息，实时显示自身车辆在矿山的位置以及周围其他车辆的位置；所述作业管理系统包括服务模块，接收处理机群指派的服务任务，指派最近的车辆到达指定位置处理服务任务，反馈服务结果给机群；所述作业管理系统包括地图采集模块，用于采集矿山道路边界或者作业区边界，并上传给机群更新矿山地图；所述作业管理系统包括安全模块，可以保证有人车在矿山作业的安全。

结合图1，为实现上述目的，一种矿区有人辅助车辆作业系统的硬件至少包括GPS定位设备、V2X通信设备、计算机装置、连接计算机的显示装置，以及输入装置。

GPS设备安装在有人车辆上，用于接收检测车辆的GPS位置，GPS设备跟计算机装置连接，将车辆的GPS位置传递给计算机装置。

V2X通信设备即无线通信设备，可以实现有人车辆跟机群、其他车进行无线通信。无线通信设备可以采用WIFI，也可以采用4G/5G网络。

计算机装置，也就是所谓的计算机系统，包括CPU（中央处理单元）、RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）。计算机装置获取GPS装置中有人车辆的GPS位置数据，通过V2X通信设备传递出去，同时，也会通过V2X通信设备获取到机群的相关信息，进行处理或者显示，是有人车辅助作业系统的核心。

显示装置连接在计算机装置上，显示装置安装在有人驾驶车辆上，提供司机查看矿山信息或者警示信息或者机群指派的任务信息等。显示装置可以是可触摸的显示屏，也可以是仅具有显示功能的液晶显示器。

在显示装置是具有触摸功能的情况下，所述输入装置是非必要的；如果显示装置仅具有显示功能，所述输入装置可以是鼠标、键盘这样的输入设备，有人车操作人员通过操作输入装置，可生成指令输入到计算机装置，计算机装置针对指令进行处理。

图２是有人辅助车辆作业系统的结构组成，包括定位模块、通信模块、作业管理系统。

所述定位模块，用于获取处理有人车辆的GPS位置。

所述通信模块，通过无线通信设备，作用于有人车辆跟机群之间，实现信息交互。

所述作业管理系统，是有人辅助车辆作业系统的重要系统，包括地图模块、服务模块、地图采集模块、安全模块。

地图模块，能够获取显示矿山地形，并实时监控有人车辆的自身位置跟周围车辆的位置。地图模块通过通信模块从机群获取整个矿山的地形，可用于有人车操作人员实时查看。当矿山地图发生变化时，地图模块同步更新矿山地形数据，具有可靠的地图更新机制，保证矿山地形的实时性跟一致性；地图模块将定位模块以及外部车辆通过无线通信模块传递过来的GPS位置实时显示到矿山地形中，方便有人车辆操作人员查看。

所述作业管理系统中服务模块，用于管理机群指派的服务任务。服务模块通过通信模块接收机群指派的矿山服务任务，包括不限于洒水、清障、加油、检修、地图采集等，然后对服务任务进行处理并反馈；图3是表示服务模块实施的一个实例流程图。

通信模块收到机群指派的服务指令，将服务任务传递给服务模块；服务模块收到服务指令后，通过显示装置显示给有人车辆的操作人员，进一步地，如果车辆上有外部语音输出设备也可通过声音提示操作人员；操作人员通过外部输入装置查看指派的服务指令的详细信息，服务指令中详细记录服务内容、地点路线等；操作人员根据地图显示的目的地，操作车辆行驶到指定的地点进行处理服务任务；服务任务处理完成后，有人车辆操作人员通过输入设备将结果反馈给机群。

所述作业管理系统中地图采集模块，具有采集矿山道路边界或者作业区边界，并通过通信模块上传给机群的功能。当矿山地图需要更新时，机群指派有人车辆进行地图采集服务。有人车辆操作人员操作车辆对目的地的地形进行重新采集。地图采集模块支持多种标定方式，包括不限于几何中心、左前轮、左后轮等，此时需合理安装GPS硬件设备的位置，更加精准的保持矿山地形的一致性。此外，地图采集功能还具有暂停、保存、上传等功能，操作灵活，使用便捷，极大简化矿山地形的管理。

所述作业管理系统中安全模块，用于在无人车跟有人车共同作业的场景中，当有人车辆在矿山中行驶或处理指派服务指令时，确保有人车辆安全。无人矿山的管理作业中，在尽量避免降低无人车辆效率的基础上，保证有人车辆的安全是非常重要的一项。有人车辆操作人员可根据有人车辆的外形设置以车辆为中心的安全范围，以下均称安全圈（安全范围）。安全圈也可通过机群设置，通过无线通信模块下发给有人车辆的安全模块。安全圈的位置是随着有人车辆的GPS位置变化不断变化着。安全模块通过检测无人车辆GPS位置是否跟有人车辆的安全圈范围发生重叠，进行碰撞判断，进而进行预警提示、降速或者急停无人车辆，预警提示包括蜂鸣器鸣笛。安全圈根据车辆形状来设置，可以在保证有人车安全的同时，也可以最大程度的避免车辆横向方向上无人车辆的误停，如双向车道上行驶的无人车辆。

所述作业管理系统中安全模块也可以设置多层安全圈，不同的安全圈具有不同的等级。无人车辆闯入最外层的安全圈可提前预警提示；最内层的安全圈必须紧急急停无人车辆。进一步地，安全圈的范围大小也可以按照一定的比例系数跟速度关联。有人车辆停止时，安全圈范围最小，随着有人车的行驶速度增大，安全圈也逐渐增大，从而保证有人车辆的安全。

所述作业管理系统中安全模块，也具有急停无人矿卡的功能。有人车辆操作人员可以通过设置禁止行驶范围以及操作急停按键，急停有人车禁止行驶范围内所有正在行驶的无人车辆，保证有人车辆的安全。最后，所述作业管理系统也可以包括不限于聊天、邮件、设置等功能模块，方便操作管理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，包括：

作业管理系统，包括服务模块、地图采集模块、地图模块和安全模块，其中：

安全模块，用于设定所有车辆的安全范围，当其他车辆进入某个车辆的安全范围时预警提示、降速或刹车，在定位模块不能实时获取位置时扩大所有车辆的安全范围。

2.根据权利要求1所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

通信模块，用于收到机群管理与调度中心模块下发的服务任务，并传递给服务模块；服务任务中详细记录服务内容目的地和到达目的地路线。

3.根据权利要求1所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

安全范围包括多层安全圈，其他车辆将要或已经闯入某个车辆最外层的安全圈时该车辆内预警提示；其他车辆将要或已经闯入某个车辆最内层的安全圈时该车辆急停；设置有人驾驶车辆的禁止行驶范围，当有人驾驶车辆进入禁止行驶范围内，报警提示或急停有人驾驶车辆。

4.根据权利要求1所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

车辆的车况信息包括有人驾驶车辆的行驶里程、有人驾驶车辆的剩余油量/剩余电量、有人驾驶车辆的故障代码、无人驾驶车辆的行驶里程、无人驾驶车辆的剩余油量/剩余电量和无人驾驶车辆的故障代码。

5.根据权利要求1所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

服务任务包括洒水、清障、加油、检修和地图采集。

6.根据权利要求1所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

故障诊断模块，用于检测定位模块、作业管理系统、机群管理与调度中心模块、通信模块、服务模块、地图采集模块、地图模块和安全模块是否有异常，当发生异常时生成对应的故障码和故障等级，并将故障码和故障等级发送至机群管理与调度中心模块。

7.根据权利要求6所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

故障码包括定位模块不能实时定位、作业管理系统不能获取位置、作业管理系统不能将位置发送给机群管理与调度中心模块、机群管理与调度中心模块不能接受位置、机群管理与调度中心模块不能下发服务任务、机群管理与调度中心模块不能接收服务结果、通信模块不能进行信息交互、服务模块不能向机群管理与调度中心模块请求处理服务任务、服务模块不能接收处理机群管理与调度中心模块指派的服务任务。

8.根据权利要求7所述的一种矿区有人辅助车辆作业系统，其特征在于，

故障码包括地图采集模块不能采集车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，地图采集模块不能上传车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界给机群管理与调度中心模块或地图模块，地图模块不能获取车辆的周边道路、车辆的周边地形和车辆的作业区边界，地图模块不能向有人驾驶车辆显示车辆的周边地形、所有车辆的所处位置、车辆的周边道路、车辆的行驶路线和外来车辆的位置，安全模块不能设定所有车辆的安全范围，车辆不能降速或刹车。

9.一种矿区有人辅助车辆作业装置，其特征在于，用于执行权利要求1-8所述的矿区有人辅助车辆作业系统，包括有人驾驶车辆、无人驾驶车辆、用于通信的V2X设备、用于定位的GPS设备、计算机装置、外部语音输出设备、用于展示地图的显示装置和用于输入反馈结果的输入装置，有人驾驶车辆、无人驾驶车辆、外部语音输出设备、显示装置、输入装置和GPS设备通过V2X设备通信连接计算机装置。

10.根据权利要求9所述的一种矿区有人辅助车辆作业装置，其特征在于，包括无人机，无人机通信连接计算机装置。