CN116596278A - 一种用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统 - Google Patents

一种用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，系统执行以下车调度方法：系统执行以下装车调度方法：运输车或者挖机上面的传感器设备上报当前的实时经纬度到系统；在服务器上设置以挖机为中心的装车工作区域，并校对装车工作区域的实时经纬度；计算装车等待时间；计算单车装车时间和装车行驶时间；设置拥堵阈值，判断装车点或者卸料点的拥堵状况；对于不拥堵的装车点，选取实际装车时间最小的装车点；如果实际装车时间最小的装车点存在多个，选择该工程车到卸料点距离最小的装车点作为该车的卸料点，如果还有多个，随机取一个装车点。本发明能计算出合适的装车/卸料点，提高设备利用率。

Description

一种用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统
技术领域
本发明属于工程施工技术领域，尤其涉及一种用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统。
背景技术
目前露天矿山开采和土方施工时，运输车需要到挖机旁边进行装料,而装料完成后要到对应的卸料区卸料。不同的装料类型有不同的卸料区域,如矿石要到矿石区卸料，渣土要到矿渣区卸料。但是目前不管是装车还是卸料,运输车都不能及时的知道挖机装车情况或者卸料区的卸载情况。比如某个挖机区域等待装车的运输车很多,而且存在拥挤,而运输车只有到达了装车点后才知道当前存在拥挤等待，而另外的装车点，过来装料的运输车却很少,挖机又存在空闲等待，从而导致挖机和运输车出现了空闲等待，设备利用率不够。同理,拥挤的卸料区排队卸料,而其他卸料又处于空闲状态,也会导致运输车等待，从而产生设备利用率不够的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，通过调度工程车到合适的装车点或卸料点进行施工，提高了施工效率。
本发明公开的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，包括设置RFID标签或GPS的运输车、设置RFID读卡器的挖机和服务器，系统执行以下装车调度方法：
运输车或者挖机上面的传感器设备上报当前的实时经纬度到系统；
在服务器上设置以挖机为中心的装车工作区域，并校对装车工作区域的实时经纬度；
计算装车等待时间；
计算单车装车时间和装车行驶时间；
计算预计装车时间：如果运输车到达装车点的行驶时间大于当前装车点的装车等待时间，那么实际装车时间即行驶时间；如果行驶时间小于或者等于装车等待时间，那么实际装车时间即预计装车时间；
设置拥堵阈值，判断装车点或者卸料点的拥堵状况；
运输车卸车结束后,系统发起装车调度：计算出当前位置到达各个装车点的行驶时间，实际装车时间，并基于拥堵阈值判断是否拥堵，判断是否有不能调度拥堵状态的装车点；对于不拥堵的装车点，选取实际装车时间最小的装车点；如果实际装车时间最小的装车点存在多个，选择行驶时间最小的装车点，如果还有多个，随机取一个装车点。
进一步地，单车装车时间计算如下：所有车辆在20分钟内进出装车点的时长的加权平均值。
进一步地，将经纬度异常数据过滤，场内工作的设备经纬度控制为10m/s以内。
进一步地，装车等待时间计算如下：
运输车和挖机的距离50米以内的时间为等待开始时间；
当前运输车的RFID标签作为最优标签时为等待结束时间，此时信号强度<＝-79db，即当前运输车进入装车区域；
装车等待时间为最近n辆车的调和平均数：
其中xi为第i辆运输车的等待结束时间与等待开始时间之差。
进一步地，基于挖机的10分钟内实时经纬度数据以及通过K-means聚类算法标定实时装车点：E＝i＝1∑kp∈Ci∑dist(p,Ci)，得到实时装车点中心经纬度。
进一步地，系统执行以下卸料调度方法：
在服务器上设置卸料点；
卸料时间:统计最近30分钟内，进出卸料点的运输车平均时长；
获取卸料行驶时间，即运输车到达卸料点的行驶时间；
预计卸料时间：如果运输车到达卸料点的行驶时间大于当前卸料点的卸车等待时间，那么实际卸料时间就是行驶时间；如果行驶时间小于或者等于卸料等待时间，那么时间卸料时间就是预计卸料时间；
设置拥堵阈值：用于计算装车点或者卸料点的拥堵状况，实际装车或卸料时间大于等于此值，代表当前装车点或卸料点处于拥堵状态；
运输车装车结束后,系统发起卸车调度，基于当前的装料类型,进行类型匹配，计算出可卸料的卸料区；然后再计算出当前位置到达各个卸料区的行驶时间，实际卸料时间，并基于拥堵阈值判断是否拥堵，不能调度拥堵状态的卸料点；对于不拥堵的卸料点,选取实际卸料时间最小的卸料点，如果实际卸料时间最小的卸料点存在多个，选择行驶时间最小的卸料点，如果还有多个卸料点，随机取一个卸料点。
进一步地，调度算法中存在以下硬约束：
物料匹配：装车的物料必须匹配卸料点的物料类型；
躲避拥堵：目标路线不能出现拥堵状态；
调度算法中存在以下软约束奖励:
预计装车时间或者卸料时间最短奖励3分；
预计行驶时间最短奖励2分；
预计装车时间最短奖励1分；
如果硬约束不满足，则调度失败；在不破坏硬约束前提下，选择分数最高的调度结果作为最优结果。
本发明的有益效果如下：
本发明能计算出合适的装车/卸料点，调度施工车辆去合适地点施工，提高了设备利用率。
附图说明
图1本发明的系统工作流程图；
图2车辆调度路线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明公开的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，包括配置传感器或GPS的运输车或挖机、服务器。传感器或GPS实时将运输车或挖机的位置发送到服务器上。
调度原始基础参数:
挖机、运输车车辆安装有GPS发送模块，实时获取车辆挖机的经纬度。
运输车发送RFID信号数据，其中运输车安装RFID标签，以及挖机安装了RFID读卡器。
工作过程包括：
1.实时经纬度校正
数据来源：运输车以及挖机上面的传感器设备上报的实时经纬度。
算法逻辑：经纬度异常过滤,场内工作的设备经纬度控制为10m/s以内。
2.装车点经纬度:
数据来源:校正过的实时经纬度。
算法逻辑:基于挖机的10分钟内实时经纬度数据以及通过K-means聚类算法标定实时装车点:E＝i＝1∑kp∈Ci∑dist(p,ci)，得到实时装车点中心经纬度。
3.装车等待时间:
等待开始时间:运输车和挖机的距离50米以内为等待开始时间。
等待结束时间:当前运输车的RFID标签作为最优标签，即信号强度<＝-79db，运输车进入装车区域。
装车等待时间:近20车的调和平均数：
其中xi为第i辆运输车的等待结束时间与等待开始时间之差。
4.单车装车时间:所有车辆在20分钟内进出装车点的时长的加权平均值。
5.装车行驶时间:近一个小时内的所有运输车行驶时长的平均值。
6.预计装车时间:如果运输车到达装车点的行驶时间大于当前装车点的装车等待时间，那么实际装车时间就是行驶时间。如果行驶时间小于或者等于装车等待时间，那么实际装车时间就是预计装车时间。
7.卸料点:手动标定的卸料区域。
8.卸料时间:统计近30分钟内，进出卸料点的运输车平均时长。
9.卸料行驶时间:运输车到达卸料点的行驶时间。
10.预计卸料时间:如果运输车到达卸料点的行驶时间大于当前卸料点的卸车等待时间，那么实际卸料时间就是行驶时间。如果行驶时间小于或者等于卸料等待时间，那么时间卸料时间就是预计卸料时间。
11.拥堵阈值：用于计算装车点或者卸料点的拥堵状况。实际装/卸时间大于等于此值，那么代表当前装/卸点处于拥堵状态。
调度计算
1.调度引擎
服务器基于调度引擎计算到达装车/卸料点的最优路径。
2.卸车调度
运输车装车结束后,系统发起卸车调度,基于当前的装料类型,计算出可卸料的卸料区，进行类型匹配。然后再计算出当前位置到达各个卸料区的行驶时间，实际卸料时间，并基于拥堵阈值判断是否拥堵，不能调度拥堵状态的卸料点。对于不拥堵的卸料点,选取实际卸料时间最小的卸料点，如果实际卸料时间最小的卸料点存在多个，取行驶时间最小的，如果还有多个，随机取一个卸车点。
3.装车调度:
运输车卸车结束后,系统发起装车调度。计算出当前位置到达各个装车点的行驶时间，实际装车时间，并基于拥堵阈值判断是否拥堵，不能调度拥堵状态的装车点。对于不拥堵的装车点,选取实际装车时间最小的装车点，如果实际装车时间最小的装车点存在多个，取行驶时间最小的，如果还有多个，那么随机取一个装车点。
4.调度参数权重
硬约束:
物料匹配。装车的物料必须匹配卸料点的物料类型。
躲避拥堵。目标路线不能出现拥堵状态。
软约束奖励:
预计装车时间或者卸料时间最短奖励3分。
预计行驶时间最短奖励2分。
预计装车时间最短奖励1分。
调度结果：
1.不破坏硬约束的前提下,分数最高的调度结果即最优结果。
2.硬约束破坏,即调度失败。
本发明的有益效果如下：
本发明能计算出合适的装车/卸料点，调度施工车辆去合适地点施工，提高了设备利用率。
本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，包括设置RFID标签或GPS的运输车、设置RFID读卡器的挖机和服务器，系统执行以下装车调度方法：
运输车或者挖机上面的传感器设备上报当前的实时经纬度到系统；
在服务器上设置以挖机为中心的装车工作区域，并校对装车工作区域的实时经纬度；
计算装车等待时间；
计算单车装车时间和装车行驶时间；
计算预计装车时间：如果运输车到达装车点的行驶时间大于当前装车点的装车等待时间，那么实际装车时间即行驶时间；如果行驶时间小于或者等于装车等待时间，那么实际装车时间即预计装车时间；
设置拥堵阈值，判断装车点或者卸料点的拥堵状况；
运输车卸车结束后,系统发起装车调度：计算出当前位置到达各个装车点的行驶时间，实际装车时间，并基于拥堵阈值判断是否拥堵，判断是否有不能调度拥堵状态的装车点；对于不拥堵的装车点，选取实际装车时间最小的装车点；如果实际装车时间最小的装车点存在多个，选择行驶时间最小的装车点，如果还有多个，随机取一个装车点。
2.根据权利要求1所述的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，单车装车时间计算如下：所有车辆在20分钟内进出装车点的时长的加权平均值。
3.根据权利要求1所述的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，将经纬度异常数据过滤，场内工作的设备经纬度控制为10m/s以内。
4.根据权利要求1所述的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，装车等待时间计算如下：
运输车和挖机的距离50米以内的时间为等待开始时间；
当前运输车的RFID标签作为最优标签时为等待结束时间，此时信号强度<＝-79db，即当前运输车进入装车区域；
装车等待时间为最近n辆车的调和平均数：
其中xi为第i辆运输车的等待结束时间与等待开始时间之差。
5.根据权利要求1所述的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，基于挖机的10分钟内实时经纬度数据以及通过K-means聚类算法标定实时装车点，得到实时装车点中心经纬度。
6.根据权利要求1所述的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，系统执行以下卸料调度方法：
在服务器上设置卸料点；
卸料时间:统计最近30分钟内，进出卸料点的运输车平均时长；
获取卸料行驶时间，即运输车到达卸料点的行驶时间；
预计卸料时间：如果运输车到达卸料点的行驶时间大于当前卸料点的卸车等待时间，那么实际卸料时间就是行驶时间；如果行驶时间小于或者等于卸料等待时间，那么时间卸料时间就是预计卸料时间；
设置拥堵阈值：用于计算装车点或者卸料点的拥堵状况，实际装车或卸料时间大于等于此值，代表当前装车点或卸料点处于拥堵状态；
运输车装车结束后,系统发起卸车调度，基于当前的装料类型,进行类型匹配，计算出可卸料的卸料区；然后再计算出当前位置到达各个卸料区的行驶时间，实际卸料时间，并基于拥堵阈值判断是否拥堵，不能调度拥堵状态的卸料点；对于不拥堵的卸料点,选取实际卸料时间最小的卸料点，如果实际卸料时间最小的卸料点存在多个，选择行驶时间最小的卸料点，如果还有多个卸料点，随机取一个卸料点。
7.根据权利要求1所述的用于露天矿山开采和土石方施工的车辆智能调度系统，其特征在于，调度算法中存在以下硬约束：
物料匹配：装车的物料必须匹配卸料点的物料类型；
躲避拥堵：目标路线不能出现拥堵状态；
调度算法中存在以下软约束奖励:
预计装车时间或者卸料时间最短奖励3分；
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