CN114894209A - 一种基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法，包括在矿卡上装备包含定位单元、通信单元、OBD模块及控制终端的车载系统；在矿区单车道路段路侧合适位置设置缓冲区，缓冲区位置信息以横纵坐标加道路桩号的形式存储于GIS系统中；利用车载定位单元获取矿卡实时位置信息，由矿区调度平台基于GIS解算出矿卡在矿区进行作业的最短路径；利用OBD模块获取车辆实时车速信息，当判断矿卡保持原状态行驶会发生路径冲突时，基于矿卡在道路网中位置信息及车速信息对矿卡进行速度控制，避免发生路径冲突的情况。

Description

一种基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于GIS的无人矿卡路径规划与冲突避让方法。

背景技术

传统的矿区卡车指挥调度一般采用人工调度的方法，但该方法的全局意识较差，容易产生矿卡停滞、排队时间过长等问题。既降低了矿区的生产运输效率，加大了运输成本、能源消耗，还造成了更多的污染排放。据统计显示，目前，在矿区日常生产中，卡车运输能耗占比约为40％至72％，卡车运输成本约占矿区总能耗的50％至60％。因此需要更加科学的矿卡优化调度方法来解决上述问题。

矿区卡车计算机控制优化调度于二十世纪六十年代末首次被提出，随着科技的飞速发展，一些新的技术、新的方法不断应用于矿卡优化调度中。例如，随着GPS技术的发展，根据生产目标及调度准则、约束等，统筹规划矿区生产工作，采用计算机进行矿区生产调度，有效降低了矿区卡车空闲率，降低了矿区运输成本。

本发明提出的基于GIS的无人矿卡路径规划与冲突避让方法，根据矿区道路网信息解算出矿卡作业的起讫点间最短路径，当矿卡沿最短路径行驶会发生路径冲突时，根据相向行驶卡车与缓冲区的相对位置关系及实时车速信息确定车速控制方案，控制一方进入缓冲区避让。该方法有助于提升矿区总体运输效率，降低运输成本，同时减少能源消耗和污染物排放。

发明内容

本发明主要目的在于针对矿区传统的人工调度方法存在的不足，提供一种无人矿卡路径规划方法，并在判断存在路径冲突时通过车速控制矿卡驶入缓冲区进行避让，从总体上提升矿区运输效益。

为了达到上述目的，本发明一种基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法，

所述车辆管理系统包括：多个车载系统、远程服务中心，所述远程服务中心与所述多个车载系统依次通过无线方式连接；

所述车载系统包括：定位单元、OBD模块、控制终端、无线通信单元；

所述定位单元与所述控制终端通过有线方式连接；

所述OBD模块与所述控制终端通过有线方式连接；

所述控制终端与所述无线通信单元通过有线方式连接；

所述无线通信单元与所述远程服务中心通过无线方式连接；

所述定位单元用于实时采集车辆位置信息，将实时采集的车辆位置信息通过所述无线通信单元无线传输至所述远程服务中心；

所述OBD模块用于实时采集车辆的车速信息，将实时的采集车辆的车速信息通过所述无线通信单元无线传输至所述远程服务中心；

所述无人矿卡路径规划冲突避让方法，包括以下步骤：

S1、设定矿区作业的卡车编号，并在矿区作业的卡车配备定位单元、无线通信单元、OBD模块、控制终端；

S2、在矿区路侧合适位置设置缓冲区，缓冲区的位置信息以坐标加两端点的道路桩号的形式存储于GIS系统中；

S3、远程服务中心获取在矿区作业的卡车的起始位置信息、终止位置信息，并基于GIS解算出两点间最短路线，以此确定矿卡的最佳行驶路线；

S4、当判断矿卡按照最短路径保持原速行驶会与其它矿卡发生路径冲突时，基于每辆矿区作业的卡车的位置信息、车速信息以及缓冲区位置信息对矿区作业的卡车进行车速控制，避免发生路径冲突的情况。

作为优选，所述的S1中，对进入矿区作业的卡车进行编号，每辆卡车分配一个ID，同时位于矿区内的卡车ID不重复；每辆矿卡均配备有车载系统，其中，定位单元同于获取车辆实时位置信息；通信单元用于与矿区调度平台进行信息交互；OBD模块用于获取矿卡的实时车速信息；控制终端用于由调度平台确定矿卡作业的最短路径与车速方案后控制矿卡的运行。

作为优选，所述的S2中，建立包含矿区道路网地理信息的GIS系统；同时，考虑到矿区地理环境限制，部分路段无法设置多条车道，即矿卡在该路段不具备会车条件，在地理条件允许的情况下在路侧设置缓冲区；记录缓冲区靠近车道一侧边缘的中点处坐标，该坐标反映了缓冲区在整个矿区平面中的位置；记录缓冲区两端点处的道路桩号值，这两个值反映了缓冲区在所在车道上的具体位置，便于进行冲突避让分析；当判断矿卡在局部会发生路径冲突时可控制矿卡驶入缓冲区进行避让；

作为优选，所述的S3中，矿卡在分配ID的同时，矿区调度平台通过与矿卡的通信调取矿卡作业的起讫点位置信息，基于GIS系统构建矿区道路网络拓扑结构，解算出两节点间的最短路径信息，此即视为最优路径；

作为优选，所述的S4中，矿区作业的卡车均按照最短路径行驶，当判断相向行驶的矿卡在局部存在路径冲突，且无换道条件时，基于矿区作业的卡车与缓冲区相对位置信息及车速信息划分不同的情形进行车速控制，以避免路径冲突的情况；

令第i辆矿区作业的卡车最大减速度绝对值最大为a_imax，令第j辆矿区作业的卡车最大减速度绝对值最大为a_jmax；为了保证车辆的行车安全性，在保证车辆在进入单车道路段前能够刹停的距离L_S处开始进行判断：

其中，

L_A、L_B分别为单车道路段两入口处与缓冲区的距离；

min{S_i,S_j}＜0，即只要有一方车辆以原速驶入入口后无法在缓冲区前刹停，则控制一方矿卡在该路段入口处刹停，待对向卡车通过后再通行；

min{S_i,S_j}≥0，则开始进行车速控制，计算：

当t_i>t_j时：

则i车无需减速，原速通过缓冲区即可，控制j车匀减速停至缓冲区让行；

则控制i车匀减速通过缓冲区，控制j车匀减速停至缓冲区让行，其中：

本发明利用OBD模块获取车辆实时车速信息，当判断矿卡保持原状态行驶会发生路径冲突时，基于矿卡在道路网中位置信息及车速信息对矿卡进行速度控制，避免发生路径冲突的情况。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1：是本发明车载系统架构示意图；

图2：是本发明实施例单车道会车示意图；

图3：是本发明方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明中的冲突避让方法进行进一步详细说明。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。

由于矿区道路环境复杂，受限于地形、地势，部分路段无法开通多条车道供矿卡通行。矿区调度平台根据矿卡定位信息及矿区道路网信息判断有对向来车即将进入单车道路段，则进行车速优化控制，避免矿卡发生路径冲突。在单车道路段两入口处间隔一定距离设置安全位置，该距离确保矿卡可在进入单车道路段前紧急刹停，矿车经过该位置即开始进行车速控制。

如图1所示，一种基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法，

所述车辆管理系统包括：多个车载系统、远程服务中心，所述远程服务中心与所述多个车载系统依次通过无线方式连接；

所述车载系统包括：定位单元、OBD模块、控制终端、无线通信单元；

所述定位单元与所述控制终端通过有线方式连接；

所述OBD模块与所述控制终端通过有线方式连接；

所述控制终端与所述无线通信单元通过有线方式连接；

所述无线通信单元与所述远程服务中心通过无线方式连接；

所述定位单元用于实时采集车辆位置信息，将实时采集的车辆位置信息通过所述无线通信单元无线传输至所述远程服务中心；

所述OBD模块用于实时采集车辆的车速信息，将实时的采集车辆的车速信息通过所述无线通信单元无线传输至所述远程服务中心；

如图2所示，i车与j车将在单车道路段会车，令单车道路段两入口处距离缓冲区距离分别为L_A、L_B，该值可由道路桩号差值计算得到。令道路桩号Km、Kn、Kp、Kq是递增的，则L_A＝Kn-Km,L_B＝Kq-Kp。调度平台在车辆距离入口处L_S处进行车速控制方案决策，L_S为确保两车能在单车道起始处刹停的安全距离。令两矿卡起始车速分别为V_A、VB，令矿卡i最大减速度绝对值最大为a_imax，令矿卡j最大减速度绝对值最大为a_jmax。

如图3所示，车速优化的具体计算过程如下：

车辆停车最短距离为

计算:

当S_i、S_j出现负值时，则表明至少有一方车辆无法在进入缓冲区前刹停，此时，控制一方车辆停止单车道路段入口处，待对向卡车通过后再通行。

当min{S_i,S_j}≥0时，控制一方车辆驶入缓冲区让行，计算：

车辆进入缓冲区为匀减速过程，t_i、t_j分别为两车匀减速进入缓冲区所需时间，不受车辆减速度影响。比较两者大小，若t_i>t_j，则控制j车进入缓冲区让行；若t_i<t_j，则控制i车进入缓冲区让行。

以t_i>t_j为例，进行车速优化方案设计：

1、

则i车无需减速，原速通过缓冲区即可，j车匀减速停至缓冲区让行；

2、

则控制i车减速通过缓冲区，控制j车匀减速停至缓冲区让行。

即该情形下，若i车不减速，会与j车发生路径冲突，需对i车也进行车速优化：

将

代入，即：

控制i车以a_i匀减速通过缓冲区，控制j车以a_j匀减速停至缓冲区让行。

t_i<t_j时，车速优化方案与之类似。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法，其特征在于，

所述车辆管理系统包括：多个车载系统、远程服务中心，所述远程服务中心与所述多个车载系统依次通过无线方式连接；

所述车载系统包括：定位单元、OBD模块、控制终端、无线通信单元；

所述定位单元与所述控制终端通过有线方式连接；

所述OBD模块与所述控制终端通过有线方式连接；

所述控制终端与所述无线通信单元通过有线方式连接；

所述无线通信单元与所述远程服务中心通过无线方式连接；

所述定位单元用于实时采集车辆位置信息，将实时采集的车辆位置信息通过所述无线通信单元无线传输至所述远程服务中心；

所述OBD模块用于实时采集车辆的车速信息，将实时的采集车辆的车速信息通过所述无线通信单元无线传输至所述远程服务中心；

所述无人矿卡路径规划冲突避让方法，包括以下步骤：

S1、设定矿区作业的卡车编号，并在矿区作业的卡车配备定位单元、无线通信单元、OBD模块、控制终端；

S2、在矿区路侧合适位置设置缓冲区，缓冲区的位置信息以坐标加两端点的道路桩号的形式存储于GIS系统中；

S3、远程服务中心获取在矿区作业的卡车的起始位置信息、终止位置信息，并基于GIS解算出两点间最短路线，以此确定矿卡的最佳行驶路线；

S4、当判断矿卡按照最短路径保持原速行驶会与其它矿卡发生路径冲突时，基于每辆矿区作业的卡车的位置信息、车速信息以及缓冲区位置信息对矿区作业的卡车进行车速控制，避免发生路径冲突的情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的无人矿卡路径规划与冲突避让方法，其特征在于,所述的S1中，对进入矿区作业的卡车进行编号，每辆卡车分配一个ID，同时位于矿区内的卡车ID不重复；每辆矿卡均配备有车载系统，其中，定位单元同于获取车辆实时位置信息；通信单元用于与矿区调度平台进行信息交互；OBD模块用于获取矿卡的实时车速信息；控制终端用于由调度平台确定矿卡作业的最短路径与车速方案后控制矿卡的运行。

3.根据权利要求1所述的基于车辆管理系统的无人矿卡路径规划冲突避让方法，其特征在于，

所述的S2中，建立包含矿区道路网地理信息的GIS系统；同时，考虑到矿区地理环境限制，部分路段无法设置多条车道，即矿卡在该路段不具备会车条件，在地理条件允许的情况下在路侧设置缓冲区；记录缓冲区靠近车道一侧边缘的中点处坐标，该坐标反映了缓冲区在整个矿区平面中的位置；记录缓冲区两端点处的道路桩号值，这两个值反映了缓冲区在所在车道上的具体位置，便于进行冲突避让分析；当判断矿卡在局部会发生路径冲突时可控制矿卡驶入缓冲区进行避让；

所述的S3中，矿卡在分配ID的同时，矿区调度平台通过与矿卡的通信调取矿卡作业的起讫点位置信息，基于GIS系统构建矿区道路网络拓扑结构，解算出两节点间的最短路径信息，此即视为最优路径；

所述的S4中，矿区作业的卡车均按照最短路径行驶，当判断相向行驶的矿卡在局部存在路径冲突，且无换道条件时，基于矿区作业的卡车与缓冲区相对位置信息及车速信息划分不同的情形进行车速控制，以避免路径冲突的情况；

令第i辆矿区作业的卡车最大减速度绝对值最大为a_imax，令第j辆矿区作业的卡车最大减速度绝对值最大为a_jmax；为了保证车辆的行车安全性，在保证车辆在进入单车道路段前能够刹停的距离L_S处开始进行判断：

其中，

L_A、L_B分别为单车道路段两入口处与缓冲区的距离；

min{S_i,S_j}＜0，即只要有一方车辆以原速驶入入口后无法在缓冲区前刹停，则控制一方矿卡在该路段入口处刹停，待对向卡车通过后再通行；

min{S_i,S_j}≥0，则开始进行车速控制，计算：

当t_i>t_j时：

则i车无需减速，原速通过缓冲区即可，控制j车匀减速停至缓冲区让行；

则控制i车匀减速通过缓冲区，控制j车匀减速停至缓冲区让行，其中：

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