【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆集群控制领域，特别是涉及一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统及方法。
技术介绍
1、自2020年以来，企业对于工厂无人化的需求逐步高涨，无人驾驶轨道车辆在工业场景中的应用呈井喷趋势。由于无人驾驶车辆的工作能力有限，要想完成复杂多变的运输任务需要多个无人驾驶车辆构成的集群系统来协同完成，通常也称其为无人运输集群控制系统。但是，这个过程并不是简单直接地将多个无人驾驶车辆组合在一起，还需要考虑到一系列的问题以保证系统运行的安全与高效。在一个无人运输集群控制系统中，最关键的科学问题包括如何为无人驾驶车辆合理规划路径、无人驾驶车辆之间如何避免碰撞、它们之间如何预防死锁。
2、随着软件信息化与硬件智能化水平的持续推进，更为困难的与无人驾驶车辆集群系统控制相关的问题浮出水面，同时更深层次的技术难题也逐步显现：
3、(1)“维数灾”：一个无人驾驶车辆集群控制系统可能会接入成数个型号不同的无人驾驶车辆。因为各无人驾驶车辆的型号不同，导致无人驾驶车辆之间的碰撞避免与死锁预防面临“状态空间爆炸”难题。因此现有的无人驾驶车辆集群控制系统大多只能实现局部作业优化，无法实现系统的全局优化调度。
4、(2)“不确定”：无人驾驶车辆的作业受到路径突变、任务取消等不确定性事件影响，还受限于设备故障、操作失误等随机事件。因此，系统行为存在明显的随机性和动态性，无人驾驶车辆集群控制系统的控制需要满足快速、可靠和柔性的要求。
5、(3)“人机混合智能”：“维数灾”和“不确定”的叠加为无人驾驶车辆集
6、文件cn115631645a公开基于动态最优路径规划的多任务无人集群控制系统及方法，通过引入基于时间的个体动态权值，能够在不同时刻对系统中全部个体进行统一的优化配置。解决现有静态规划技术路径的导致环路等待问题从而在局部区域或全局出现死锁现象；静态的最优路径选择无法适应网络状态的变化，容易引起群聚效应或阻塞震荡；对于意外及突发事件无法应急响应，造成整个系统瘫痪等问题。公开依赖于动态最优路径规划算法，算法在实际应用中可能无法实时处理大量的路径规划请求而限制了系统的性能，并且算法中的每次迭代都需要重新计算个体在当前位置到目标位置的最优路径，这增加了计算复杂度和时间开销，可能无法满足实时控制的要求。虽然在基于动态最优路径规划算法中开创性地提出了实体层和管理层，尤其是管理层中的边缘计算层和云计算层。但是边缘计算的缺点显而易见，使用过多导致数据精确性降低。由于钢厂的运营成本与钢水的装卸效率密切相关，因此钢厂要求天吊与钢水罐调度必须24小时无间断运行，也即罐车自走行必须提前到达高炉下方等待作业，而不能使天吊空等罐车。这一业务特点导致钢厂对于轨道车辆的集群控制系统的效率要求更高，一旦轨道车辆发生碰撞或死锁，将会带来巨大的经济损失。
7、文件cn101968646a公开一种智能集群控制系统及其控制方法，由两个以上同等地位的智能单元相接而成的集群拓扑结构，其中每个智能单元至少包含一个分配有唯一寻址编号的架构控制器，其中装载有用于集群架构的软件，在一定通讯时段内，其与集群控制系统中一个或两个以上其它智能单元通过冬自架构控制器间的通讯直接相连，进行包括寻址、询问及数据交换的点对点通讯。系统及控制方法具有极强的扩充能力，同时可以在单个智能单元处理能力较低的情况下通过集群架构实现非常复杂的功能，可广泛应用于各种存在较多控制点或监测点的系统之中，实现了一种灵活架构、功能可扩的应用架构环境。考虑到的应用场景更加复杂，网状结构在调车场、站场等场景比树状结构更加实用，突出特点是实现了一种灵活架构、功能可扩展的应用架构环境。公开的集群拓扑结构可以是相同多边形拓扑构成的二维或三维规则结构，或不同多边形拓扑构成的二维或三维非规则结构中的任意一种，但实际应用中，不同的集群拓扑结构可能对系统的性能和稳定性产生影响，需要综合考虑实际需求和实际情况进行选择和设计。如今几乎所有的大型工业互联网项目都会同时存在车载系统与地面系统，而往往地面系统与现场作业区域不在一起，这就导致非相邻单元的通讯时间达不到该方法的标准，数据量一旦过大，会频繁出现请求超时的问题，降低工程项目的效率与整个系统的运行稳定性。
8、基于此，在实现高效、安全和智能化的轨道车辆集群控制方面具有改进的空间。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统及方法，实现精确控制、实时监控、智能化决策、车车通信和自动充电等，解决在钢铁企业铁路智慧运输下实现高效、安全和智能化的轨道车辆集群控制问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，包括罐车集群、地面充电站和调度中心，罐车集群的每个罐车配备有卫星导航系统、多个传感器和罐车无线通信模块以实时获取自身的位置和车辆状态信息并实现车车通信和罐车与调度中心的通信，地面充电站配备有自动充电设备、传感器和充电站无线通信模块以在需要时为罐车充电、实时获取罐车的充电状态并与调度中心通信，调度中心配置成控制和协调轨道车辆集群控制系统。
4、在一些实施例中，调度中心包括任务分配系统、路径规划系统、速度控制系统、电量管理系统、通信管理系统，其中任务分配系统配置成根据交通情况和任务需求将任务分配给不同的罐车，路径规划系统配置成根据罐车的尺寸和重量以及地形的变化为每个罐车规划行驶路径，速度控制系统配置成根据交通情况和任务需求对每个罐车的速度进行控制，电量管理系统配置成根据罐车的电量和任务需求对每个罐车的充电时间进行管理，通信管理系统配置成根据罐车之间的通信需求和交通情况对通信进行管理。
5、在一些实施例中，任务分配系统采用贪心算法或遗传算法以最小化任务完成时间和最大化任务完成率为目标。
6、在一些实施例中，路径规划系统采用基于图论的算法或动态规划算法以最小化行驶距离和时间为目标。
7、在一些实施例中，速度控制系统采用pid控制算法或模糊控制算法以保持稳定的行驶速度和避免碰撞为目标。
8、在一些实施例中，电量管理系统采用线性规划算法或动态规划算法以最小化充电时间和最大化电量利用率为目标。
9、在一些实施例中，通信管理系统采用基于图论的算法或动态规划算法以最小化通信时间和最大化通信效率为目标。
10、在一些实施例中，调度中心配备有智能决策功能，根据预设的调度准则进行决策，优化交通效率和能源消耗；调度中心根据以下准则进行决策：任务优先级、罐车电量、交通状况和时间因素。
11、一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制方法，使用上述针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，包括以下步骤：
12、步骤1，接收交通情况和任本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，包括罐车集群、地面充电站和调度中心，所述罐车集群的每个罐车配备有卫星导航系统、多个传感器和罐车无线通信模块以实时获取自身的位置和车辆状态信息并实现车车通信和所述罐车与所述调度中心的通信，所述地面充电站配备有自动充电设备、传感器和充电站无线通信模块以在需要时为所述罐车充电、实时获取所述罐车的充电状态并与所述调度中心通信，所述调度中心配置成控制和协调轨道车辆集群控制系统。
2.根据权利要求1所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述调度中心包括任务分配系统、路径规划系统、速度控制系统、电量管理系统、通信管理系统，其中所述任务分配系统配置成根据交通情况和任务需求将任务分配给不同的罐车，所述路径规划系统配置成根据所述罐车的尺寸和重量以及地形的变化为每个所述罐车规划行驶路径，所述速度控制系统配置成根据所述交通情况和所述任务需求对每个所述罐车的速度进行控制，所述电量管理系统配置成根据所述罐车的电量和任务需求对每个所述罐车的充电时间进行管理，所述通信管理系统配置成根据所述罐车之间的通信需求和所述交通情况
3.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述任务分配系统采用贪心算法或遗传算法以最小化任务完成时间和最大化任务完成率为目标。
4.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述路径规划系统采用基于图论的算法或动态规划算法以最小化行驶距离和时间为目标。
5.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述速度控制系统采用PID控制算法或模糊控制算法以保持稳定的行驶速度和避免碰撞为目标。
6.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述电量管理系统采用线性规划算法或动态规划算法以最小化充电时间和最大化电量利用率为目标。
7.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述通信管理系统采用基于图论的算法或动态规划算法以最小化通信时间和最大化通信效率为目标。
8.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述调度中心配备有智能决策功能，根据预设的调度准则进行决策，优化交通效率和能源消耗；所述调度中心根据以下准则进行决策：任务优先级、罐车电量、交通状况和时间因素。
9.一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制方法，使用权利要求1-8中任一项所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制方法，其特征在于，所述方法的控制规则包括：多级同步精确调度规则和轨道车辆任务管理规则；
...【技术特征摘要】
1.一种针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，包括罐车集群、地面充电站和调度中心，所述罐车集群的每个罐车配备有卫星导航系统、多个传感器和罐车无线通信模块以实时获取自身的位置和车辆状态信息并实现车车通信和所述罐车与所述调度中心的通信，所述地面充电站配备有自动充电设备、传感器和充电站无线通信模块以在需要时为所述罐车充电、实时获取所述罐车的充电状态并与所述调度中心通信，所述调度中心配置成控制和协调轨道车辆集群控制系统。
2.根据权利要求1所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述调度中心包括任务分配系统、路径规划系统、速度控制系统、电量管理系统、通信管理系统，其中所述任务分配系统配置成根据交通情况和任务需求将任务分配给不同的罐车，所述路径规划系统配置成根据所述罐车的尺寸和重量以及地形的变化为每个所述罐车规划行驶路径，所述速度控制系统配置成根据所述交通情况和所述任务需求对每个所述罐车的速度进行控制，所述电量管理系统配置成根据所述罐车的电量和任务需求对每个所述罐车的充电时间进行管理，所述通信管理系统配置成根据所述罐车之间的通信需求和所述交通情况对通信进行管理。
3.根据权利要求2所述的针对钢厂智慧运输的轨道车辆集群控制系统，其特征在于，所述任务分配系统采用贪心算法或遗传算法以最小化任务完成时间和最大化任务完成率为目标。
4.根据权利要求2所述的针对钢...
【专利技术属性】
技术研发人员：王运宽，蔡志伟，贾峰，任子豪，陆璐，宋杨，高磊，王秀岩，冀文轩，赵全福，
申请(专利权)人：中车大连机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：
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