[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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，本发明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；