基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统及方法技术方案

本发明专利技术属于车辆智能调度领域，公开了一种基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统及方法。所述调度系统包括智能调度平台、模型模块和调度计算模块；智能调度平台通过信号塔与矿卡、电铲、卸载区建立网络通讯，用于接收矿卡、电铲、卸载区的状态信息并发送至模型模块以更新各模型实例，并将输出结果发送至调度计算模块；调度计算模块用于基于接收的输出结果，运算调度算法，计算矿卡的调度任务并输出调度指令，智能调度平台通过信号塔将调度指令发送至矿卡。本发明专利技术解决了人工驾驶车辆行驶速度和行驶轨迹不一致、行驶同样路径所需时长不一样、调度系统无法及时获取行车位置的问题，以及无法提前预测导致装卸区负责不均衡的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统及方法
本专利技术属于车辆智能调度领域，特别涉及一种基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统及方法。
技术介绍
车辆调度是指制定行车路线，使车辆在满足一定的约束条件下，有序地通过一系列装货点和卸货点，达到诸如路程最短、费用最小、耗时最少等目标。智能调度是在以上车辆调度的基础上融合了物联网、数据分析、全球定位等技术，更高效的提高运输周转效率。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。当前，很多露天矿在剥离、采矿和掘沟后需要利用矿卡进行运输矿(岩),每个露天矿具有少则十几台多则上百台的矿卡，怎样有序调度矿卡，达到路程最短、费用最小、耗时最少、效率最高等目标是每个露天矿都要解决的一个问题。目前，很多运营露天矿的企业都实现了使用相关调度信息管理系统来调度矿卡完成生产任务。但是当前很多调度系统因为矿卡人工驾驶、自由度高，使原来的调度任务产生很多不确定性，导致调度任务执行过程中变更、取消，电铲或卸载区负载不均衡，出现电铲或卸载区有些撑死有些饿死的现象。而以上问题主要是人工驾驶车辆行驶速度和行驶轨迹不一致，行驶同样路径所需时长不一样，同时调度系统无法及时获取行车位置，也无法提前预测造成的。
技术实现思路
针对人工驾驶车辆行驶速度和行驶轨迹不一致、行驶同样路径所需时长不一样、调度系统无法及时获取行车位置的问题，以及由此问题而无法提前预测导致装卸点（区域）负责不均衡的问题，本专利技术提供了数字孪生预测方法，通过计算分析整个系统中的矿卡实时上报的数据、电铲实时数据、卸载区域实时数据、道路路网GIS数据，计算出每个调度任务的路径和调度目标，再根据当前各辆车的实时数据预测出每个调度任务因新加的调度任务所受到的影响，从而判断出当前计算出的调度任务是否是最佳调度方案，并在合适的时间把根据调度方案生成的调度路径数据下发给无人矿卡和电铲。无人矿卡根据收到的调度路径，按照调度路径数据中的设定速度受控行驶，并实时上报行车位置信息数据给智能调度平台。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统，包括智能调度平台、模型模块和调度计算模块；所述模型模块包括地图抽象模型、矿卡模型、电铲模型和卸载区模型；所述智能调度平台通过信号塔与矿卡、电铲、卸载区建立网络通讯，用于接收矿卡、电铲、卸载区的状态信息并发送至所述模型模块以更新各模型实例，并将更新后的各模型实例的输出结果发送至所述调度计算模块；所述调度计算模块用于基于接收的输出结果，运算调度算法，计算矿卡的调度任务并输出调度指令；所述智能调度平台通过信号塔将调度指令发送至矿卡。进一步，所述地图抽象模型包括如下属性成员：道路集合、路口集合和装载区或卸载区集合；并且包括如下动作：道路封闭、道路解除封闭、获取道路、获取道路长度、获取路径、获取路径长度、地图更新、获取路口和获取装载区或卸载区；所述矿卡模型包括如下属性成员：车辆位置、车辆装载信息、空重载状态、当前道路和当前路径；并且包括如下动作：道路行驶、停车、装载、卸载、排队等待装载或卸载、上报位置信息和开机启动；所述电铲模型包括如下属性成员：矿卡位置及其所属装载区或卸载区；并且包括如下动作：装载、平均装载时长、上报位置信息和开机启动；所述卸载区模型包括如下属性成员：矿卡位置及其所属装载区或卸载区；并且包括如下动作：卸载、平均卸载时长、上报位置信息和开机启动。进一步，所述调度计算模块利用矿卡完成装卸载任务最少时长原则，计算矿卡的调度任务路径。进一步，矿卡、电铲、卸载区通过4G/5G无线连接到4G/5G信号塔，4G/5G信号塔与所述智能调度平台通过局域网连接。本专利技术还提供了一种利用上述系统的露天矿无人驾驶卡车调度方法，包括如下步骤：S1：智能调度平台通过信号塔接收矿卡上报的位置信息并发送至模型模块；S2：模型模块更新对应的矿卡模型实例，并执行相关动作使矿卡模型的状态和矿卡实体状态一致；S3：判断是否达到计算矿卡的调度任务的时刻，若达到，调度计算模块运算调度算法，计算矿卡的调度任务并发送至智能调度平台；S4：智能调度平台通过信号塔下发矿卡的调度任务给对应矿卡；S5：重复步骤S1至步骤S4。进一步，步骤S3中，计算矿卡的调度任务的时刻包括：矿卡开机启动时；电铲、卸载区设备开机启动时，增加矿卡可去目标时；矿卡的任务状态切换时；矿卡出现故障或备用时取消调度任务时；电铲、卸载区设备出现故障或备用时，取消以这些设备为目的地的矿卡的任务，并把这些设备剔除出矿卡可去目标时；路网出现变动时。进一步，步骤S3中，调度计算模块计算矿卡的调度任务具体过程如下：1）接收所有矿卡的位置信息；2）判断主体矿卡是否有新任务，若有，则查找主体矿卡的所有可达目的地；3）查找主体矿卡到达每个可达目的地的路径；4）查找去往每个可达目的地的其他矿卡并计算其中每个矿卡的到达时长；5）根据每个矿卡的到达时长进行排队，然后考虑装载或卸载时长，计算每个矿卡从当前位置到装载或卸载完成所用任务时长；6）根据最小时长原则，选择主体矿卡的最小任务时长路径；若有多个相同的最小任务时长路径，则根据最短路径原则，选择最短路径对应的目的地，否则进行步骤8）；7）若相同长度的最短路径对应有多个目的地，则随机选择一个调度目的地；8）生成调度任务并下发给主体矿卡。进一步，步骤5）中，利用如下公式计算每个矿卡从当前位置到装载或卸载完成所用任务时长；其中，Td为矿卡沿某条路径完成一个调度任务的时长；Tl为该矿卡经过所述某条路径所有道路的时长和；Tw为该矿卡在装载区或卸载区的等待时长和；Tlu为该矿卡的装卸载时长；ti为该矿卡经过所述某条路径某条道路时长，n为所述某条路径的道路数量；tw为该矿卡等待装载或卸载排队的时长，W表示该矿卡排队次序。本专利技术的有益效果：1）在本专利技术中，由于各辆无人矿卡是受控行驶，因此其到达某个电铲或卸载区的时间可预测，且电铲、卸载区的装卸载时长是可统计的，而在现有的没有采取本专利技术的调度系统中，由于是人工驾驶，无法准确计算出矿卡到达电铲或卸载区的时刻，导致调度计算出的结果不是最需要去的电铲或卸载区；2）与最早装车法(EarliestLoading)进行比较的话，最早装车法可能发生某个电铲或卸载区因为路途较近，出现矿卡赶堆现象；某个电铲或卸载区因为路途较远，出现无或少矿卡现象；而本专利技术的调度方法能最大限度的解决矿卡赶堆某个电铲或卸载区的现象，有利于电铲或卸载区的负载均衡。附图说明图1是本专利技术实施例的基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统中智能调度平台与矿卡、电铲、卸载区、道路路网的组网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统，其特征在于，包括智能调度平台、模型模块和调度计算模块；所述模型模块包括地图抽象模型、矿卡模型、电铲模型和卸载区模型；所述智能调度平台通过信号塔与矿卡、电铲、卸载区建立网络通讯，用于接收矿卡、电铲、卸载区的状态信息并发送至所述模型模块以更新各模型实例，并将更新后的各模型实例的输出结果发送至所述调度计算模块；所述调度计算模块用于基于接收的输出结果，运算调度算法，计算矿卡的调度任务并输出调度指令；所述智能调度平台通过信号塔将调度指令发送至矿卡。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生预测的露天矿无人驾驶卡车调度系统，其特征在于，包括智能调度平台、模型模块和调度计算模块；所述模型模块包括地图抽象模型、矿卡模型、电铲模型和卸载区模型；所述智能调度平台通过信号塔与矿卡、电铲、卸载区建立网络通讯，用于接收矿卡、电铲、卸载区的状态信息并发送至所述模型模块以更新各模型实例，并将更新后的各模型实例的输出结果发送至所述调度计算模块；所述调度计算模块用于基于接收的输出结果，运算调度算法，计算矿卡的调度任务并输出调度指令；所述智能调度平台通过信号塔将调度指令发送至矿卡。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述地图抽象模型包括如下属性成员：道路集合、路口集合和装载区或卸载区集合；并且包括如下动作：道路封闭、道路解除封闭、获取道路、获取道路长度、获取路径、获取路径长度、地图更新、获取路口和获取装载区或卸载区；
所述矿卡模型包括如下属性成员：车辆位置、车辆装载信息、空重载状态、当前道路和当前路径；并且包括如下动作：道路行驶、停车、装载、卸载、排队等待装载或卸载、上报位置信息和开机启动；
所述电铲模型包括如下属性成员：矿卡位置及其所属装载区或卸载区；并且包括如下动作：装载、平均装载时长、上报位置信息和开机启动；
所述卸载区模型包括如下属性成员：矿卡位置及其所属装载区或卸载区；并且包括如下动作：卸载、平均卸载时长、上报位置信息和开机启动。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调度计算模块利用矿卡完成装卸载任务最少时长原则，计算矿卡的调度任务路径。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，矿卡、电铲、卸载区通过4G/5G无线连接到4G/5G信号塔，4G/5G信号塔与所述智能调度平台通过局域网连接。


5.一种利用权利要求1-4之一所述系统的露天矿无人驾驶卡车调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：智能调度平台通过信号塔接收矿卡上报的位置信息并发送至模型模块；
S2：模型模块更新对应的矿卡模型实例，并执行相关动作使矿卡模型的状态和矿卡...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志民，吴轩，邬海杰，黄立明，
申请(专利权)人：北京踏歌智行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11