【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无轨车辆运输系统，具体涉及一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统及运输方法。
技术介绍
1、数字孪生，是以多维模型和融合数据为驱动，通过视觉可感知的动画或图形来展示现场运行工况的技术。作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，其核心是实现物理实体与虚拟模型的桥接。数字孪生通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带的作用，提供更加实时、高效、智能的服务。
2、随着矿山智能化建设进程的不断推进，矿井运输系统向智能化乃至无人化发展是未来必然的趋势。然而，目前矿山的辅助运输系统，整体上仍还处于半机械化、半自动化甚至是严重依赖于人工操作的落后现状，其工作可靠性以及安全性已经极大制约了矿井安全高效生产和煤矿智能化建设进程。近年来因驾驶员操作不当引发的煤矿安全事故不在少数。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统及运输方法，将数字孪生技术应用于井下电动无轨运输车辆的自主驾驶，实现了井下无轨车辆的无人化绿色运输，可大幅减少井下辅助运输作业人员数量，降低人员劳动强度，且还可以避免由于煤矿管理不规范或驾驶员操作不当而导致的安全事故。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统，包括数字孪生操控系统、数据信息交互系统、路侧换电机器人系统
3、数字孪生操控系统设立在井上，其包括孪生场景搭建系统、应急模块和人机交互平台；孪生场景搭建系统与人机交互平台连接，应急模块设置在人机交互平台一侧醒目的位置上；
4、路侧换电机器人系统设置在专用硐室中，专用硐室位于躲避硐室的对面，路侧换电机器人系统包括多功能充电站、蓄电池、电池放置台、换电机器人和机器人行走轨道；多功能充电站包括5g基站、uwb精确定位基站、激光雷达、工业相机、域控制器及充电装置，其中，5g基站、uwb精确定位基站、激光雷达及工业相机安装在专用硐室侧边，充电装置与域控制器安装于专用硐室内部；机器人行走轨道一端延伸到充电装置，另一端延伸至辅助运输巷道，换电机器人设置在机器人行走轨道上；
5、自动驾驶系统包括智能感知模块、定位模块和路径规划模块；
6、数据信息交互系统包括通信模块、信息管理模块、信息安全模块和总体调度模块；通信模块分别与信息管理模块、信息安全模块、总体调度模块连接，信息安全模块分别与信息管理模块、总体调度模块连接；通信模块由辅助运输巷道的工业环网、5g基站、uwb精确定位基站、链接无轨运输车辆端和换电机器人端的无线接入网组成。
7、进一步的，所述通信模块中的5g基站、uwb精确定位基站安装在狭长巷道的拐角处。
8、一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输方法，包括以下步骤：
9、s1：构建无轨车辆智能运输系统数字孪生体模型；
10、s2：井下工作人员手持信息发送装置向井上发送信息，信息通过5g基站由通信模块传输至信息管理模块，信息管理模块对上述信息进行储存、挖掘、分析后可供总体调度模块使用；
11、s3：系统下发调度指令：
12、s3-1：数据信息交互系统中的总体调度模块通过汇集实时的井上/下工作面需要，建立调度策略经典petri网模型；
13、s3-2：总体调度模块会根据所接收到的任务信息对无轨运输车辆(3)进行调度控制；
14、s4：工作人员直接下发调度指令；
15、s5：运输完成后，该车状态改变为空闲；保存此次运输的数据，所述总体调度模块发送返程指令，开始返程。
16、进一步的，所述构建无轨车辆智能运输系统数字孪生体模型具体方法为：
17、s1-1：利用深度相机、可见光相机以及激光雷达对辅助运输巷道进行初步扫描，获得三维图像以及点云数据，再利用点云集成技术，通过建模软件建模，获得所述矿区三维模型；
18、s1-2：根据其余实体物理装置的外形尺寸、机械结构和运动部件，完成实体物理设备模型的尺寸外形、运动方式、机械连接和功能属性的构建，以刻画出与实物相匹配的模型；
19、s1-3：路侧换电机器人系统中的激光雷达和工业相机实时扫描专用硐室、躲避硐室及周围环境，并通过域控制器处理相关数据后经5g基站上传至人机交互平台；
20、s1-4：智能感知模块实时捕捉每辆无轨运输车辆整个车身的动态位置以及工作状态：工作中/空闲，并将每辆无轨运输车辆整个车身的动态位置及工作状态传输至数据信息交互系统；
21、s1-5：数据信息交互系统将得到的每辆无轨运输车辆整个车身的动态位置信息以及工作状态信息实时传输至孪生场景搭建系统中，从而能实时更新每辆无轨运输车辆数字孪生体在巷道数字孪生体模型中的位置和此时的工作状态。
22、进一步的，所述调度策略经典petri网模型是由变迁、库所、托肯和有向弧组成的过程模型，其中，变迁指的是系统事件发生的条件，库所指的是系统事件当前的状态，这两者之间的关系靠有向弧传递，petri网可以定义为一个包含库所、变迁、输入函数及输出函数的四元组，如下所示：
23、pns＝(p,t,i,o)，
24、式中：
25、p＝{p1,p2,...pn}，表示的是petri网模型中库所的有限集合，n＞0；
26、t＝{t1,t2,...tn}，表示的是petri网模型中变迁的有限集合，m＞0；
27、意为模型中变迁和库所的个数不能同时为空；
28、i:p×t→n是输入函数，它定义的是从p到t的有向弧的重复数或权的集合，其中n＝{0,1,...}是非负整数集；
29、o:t×p→n是输出函数，它定义的是从t到p的有向弧的重复数或权的集合。
30、进一步的，所述总体调度模块对无轨运输车辆的调度控制包括调整工作状态、占用申请、总体调度模块连锁运算、正常运输、中途更换电池和意外情况处理；
31、调整工作状态：总体调度模块汇集实时的井上/下工作面需要，找到与所运货物相对应的空闲状态下的无轨运输车辆，被标记为工作中的无轨运输车辆将被忽略，该空闲状态下的无轨运输车辆根据调度信息到达对应的工作面，开始装车，安装于车厢内的应力传感器检测到应力超出车辆空闲状态的范围，该车状态改变为工作中；若应力变化超出额定阈值，无轨运输车辆发出警报提示超载；
32、占用申请：无轨运输车辆在进入到当前运输任务所包含的运行路线时需要对区段进行占用申请；
33、总体调度模块连锁运算：当总体调度模块接收到无轨运输车辆对下一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统，其特征在于，包括数字孪生操控系统、数据信息交互系统、路侧换电机器人系统(4)和无轨运输车辆(3)，无轨运输车辆(3)上设置有自动驾驶系统；数字孪生操控系统与数据信息交互系统连接，数据信息交互系统分别与路侧换电机器人系统(4)、自动驾驶系统连接，路侧换电机器人系统(4)与无轨运输车辆(3)连接；
2.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统，其特征在于，所述通信模块中的5G基站、UWB精确定位基站安装在狭长巷道的拐角处。
3.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输方法，其特征在于，所述构建无轨车辆智能运输系统数字孪生体模型具体方法为：
5.根据权利要求3所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输方法，其特征在于，所述调度策略经典Petri网模型是由变迁、库所、托肯和有向弧组成的过程模型，其中，变迁指的是系统事件发生的条件，库所指的是系统事件当前的状态，这两者之
6.根据权利要求3所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输方法，其特征在于，所述总体调度模块对无轨运输车辆(3)的调度控制包括调整工作状态、占用申请、总体调度模块连锁运算、正常运输、中途更换电池和意外情况处理；
...【技术特征摘要】
1.一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统，其特征在于，包括数字孪生操控系统、数据信息交互系统、路侧换电机器人系统(4)和无轨运输车辆(3)，无轨运输车辆(3)上设置有自动驾驶系统；数字孪生操控系统与数据信息交互系统连接，数据信息交互系统分别与路侧换电机器人系统(4)、自动驾驶系统连接，路侧换电机器人系统(4)与无轨运输车辆(3)连接；
2.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输系统，其特征在于，所述通信模块中的5g基站、uwb精确定位基站安装在狭长巷道的拐角处。
3.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶无轨车辆数字孪生运输方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种井下无人驾驶无...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍久圣，王凯，阴妍，杨磊，王茂森，赵鸿飞，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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