外排型排土场的无人调度系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种外排型排土场的无人调度系统，包括数据采集单元、数据传输单元、调度控制单元和无人驾驶设备；其中，数据采集单元用于实时采集矿场的外排型排土场的排土区域情况和无人驾驶设备的位置和运动数据；数据传输单元用于实现数据采集单元、调度控制单元之间和无人驾驶设备之间的数据与控制信号的传输；调度控制单元用于根据数据采集单元采集到的数据实时识别矿场的外排型排土场的排土区域的边界；根据获取的外排型排土场的排土区域的边界实时更新排土点，并根据每个排土点的排土量对无人驾驶设备进行调度。发明专利技术提供的无人调度系统在无需人工干预的条件下完成涉及排土场作业的多种设备的动态任务调度，更加科学，能够做到真正的减员增效。能够做到真正的减员增效。能够做到真正的减员增效。

【技术实现步骤摘要】
外排型排土场的无人调度系统及方法


[0001]本专利技术属于自动控制领域，特别涉及一种用于外排型排土场的无人调度系统及方法。

技术介绍

[0002]随着无人驾驶技术的飞速发展，越来越多的矿石开采企业开始进行矿场无人化改造。
[0003]无人化改造主要包括两方面，一方面是矿卡的无人化改造，使用无人驾驶系统完成矿卡司机的驾驶任务；另一方面是调度系统的无人化改造，通过少量的人工干预，让无人调度系统在预先设置的规则下完成包括多种，多台矿用设备的任务调度工作。这样既可以减少人为因素造成的生产事故的发生，还能更加的科学的管理所有的矿用设备，做到减员增效。
[0004]矿山的无人值守调度系统，根据调度区域和任务属性的不同可以分为三种子调度系统。第一类是采面上的无人值守调度子系统，第二类是运输区域的无人值守调度子系统，第三类是排土区域的无人值守调度子系统。其中排土区域的无人调度子系统根据排土场的类型还可以细分为内排排土场无人调度子系统和外排排土场无人调度子系统两类。其中内排排土场排土点较为固定，无论从无人值守任务调度还是无人值守路径规划方面实现起来都没有太大的技术难度；而外排排土场由于面积较大往往存在多个排土点，且排土点的位置动态性较强，排土点需要根据矿场的建设规划和当前的已倾倒土方数不断发生改变，无人值守调度系统实现难度大。
[0005]针对外排排土场的无人调度系统目前业内还没有完全无人的方案落地，大部分在运营的。无人化矿场在外排排土场排土这个环节大多是将多个动态排土点简化为数个固定的排土点进行任务调度，然后调度中心的调度员通过安装在外排排土场的远程监控设备判断排土点的土方堆砌情况手动指定新的排土点供无人调度系统生成新的调度任务下发到负责运输土方的无人矿卡。按照这种方法设计的无人调度系统过于依赖调度员的经验，且需要调度员频繁的人工介入，调度效率低，人力成本高。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提出了一种调度效率高的用于外排型排土场的无人调度系统。
[0007]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供了外排型排土场的无人调度系统，其特征在于：包括数据采集单元、数据传输单元、调度控制单元和无人驾驶设备；
[0008]其中，数据采集单元用于实时采集矿场的外排型排土场的排土区域情况和无人驾驶设备的位置和运动数据；
[0009]数据传输单元用于实现数据采集单元、调度控制单元之间和无人驾驶设备之间的数据与控制信号的传输；
[0010]调度控制单元用于根据数据采集单元采集到的数据实时识别矿场的外排型排土场的排土区域的边界；根据获取的外排型排土场的排土区域的边界实时更新排土点，并根据每个排土点的排土量对无人驾驶设备进行调度。
[0011]进一步，所述数据采集单元包括排土场内数据采集子单元和车载数据采集子单元，其中，所述排土场内数据采集子单元包括可移动基体、设置在可移动基体顶部的三轴云台、RTK定位主天线、RTK定位方向天线和非重复扫描式雷达，三轴云台上固定有固定架，固定架包括横杆和竖杆，固定架的竖杆固定在三轴云台的中心位置，竖杆垂直于三轴云台的平面，固定架的横杆固定在竖杆上，横杆穿过竖杆的轴线，且竖杆和横杆相互垂直；RTK定位主天线竖直固定在竖杆的顶端，RTK定位方向天线和非重复扫描式雷达分别设置在横杆的两端，且RTK定位方向天线与横杆相互垂直；RTK接收机设置在可移动基体上；车载数据采集子单元包括RTK接收机，分别设置在无人驾驶设备的顶部。这样能够有效的提高排土区域边界的识别效率和准确性。
[0012]进一步，所述调度控制单元包括排土场的排土区域分析子单元、排土点分析子单元和调度与路径规划子单元；
[0013]其中，排土场的排土区域分析子单元根据数据采集单元采集到的数据实时识别外排型排土场的排土区域的边界，并根据识别结果调整数据采集单元的位置，使数据采集单元位于排土区域的的中心；同时计算当前排土区域的面积，判断当前排土场区域的面积是否达到排土场规划的面积，如果达到排土场规划的面积，则发出指令停止排土；如果没有达到，则发出继续排土的指令；
[0014]排土点分析子单元根据实时识别得到的外排型排土场的排土区域的边界更新排土点，使相邻两个排土点之间的距离为设定距离阈值；同时实时判断每个排土点的土方倾倒数量是否超过预先设定的每个排土点的土方倾倒量阈值；如果超过，则发送指令修整排土场边界的指令和对应排土点停止排土指令；如果没有超过，则发出继续排土的指令；
[0015]调度与路径规划子单元对无人驾驶设备进行调度和行动路径的规划。这样能够能快速准确的相应各种控制和调度，同时兼顾了排土场各种复杂情况，从而使整个系统更加智能。
[0016]进一步，识别矿场的外排型排土场的排土区域的边界的方法包括以下步骤：
[0017]步骤1
‑
1：将RTK定位主天线的经纬度和高度坐标Position_RTK(Longitude，Latitude，Altitude)转换到UTM坐标系下得到RTK定位主天线在UTM坐标系下的坐标Position_RTK_UTM(Easting，Northing，Altitude)；
[0018]步骤1
‑
2：根据公式Map_Pointcloud[i]＝r
i
*(R*Queue_Pointcloud[i]+T)得到第i个航向角对应的排土区域拼接点云地图中的点云数据；遍历航向角序列Queue_Yaw和排土区域的点云序列Queue_Pointcloud中的所有数据；得到排土区域拼接点云地图Map_Pointcloud{Map_Pointcloud[0]、Map_Pointcloud[1]、
…
、Map_Pointcloud[i]、
…
、Map_Pointcloud[359]}；其中，Queue_Yaw[i]表示航向角序列中第i个航向角；R表示从非重复扫描式雷达到RTK定位主天线的旋转矩阵；T表示从非重复扫描式雷达到RTK定位主天线的平移矩阵；Queue_Pointcloud[i]表
示第i个航向角对应的排土区域的点云序列Queue_Pointcloud中第i组点云数据；
[0019]步骤1
‑
3：根据地面提取算法在排土区域拼接点云地图Map_Pointcloud中提取地面点云，得到地面点集合Ground_Pointcloud；
[0020]步骤1
‑
4：在地面点集合Ground_Pointcloud中找到排土区域边缘点集合Point_Edge；以RTK定位主天线在地面投影点为圆心，将地面平均分成圆心角相等的区域；在每个区域中包含的地面点集合Ground_Pointcloud中的点中，找到距离圆心最远的点；则将该点保存到排土区域边缘点集合Point_Edge中；
[0021]步骤1
‑
5：将排土区域边缘点集合Point_Edge中的所有点转换到UTM坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外排型排土场的无人调度系统，其特征在于：包括数据采集单元、数据传输单元、调度控制单元和无人驾驶设备；其中，数据采集单元用于实时采集矿场的外排型排土场的排土区域情况和无人驾驶设备的位置和运动数据；数据传输单元用于实现数据采集单元、调度控制单元之间和无人驾驶设备之间的数据与控制信号的传输；调度控制单元用于根据数据采集单元采集到的数据实时识别矿场的外排型排土场的排土区域的边界；根据获取的外排型排土场的排土区域的边界实时更新排土点，并根据每个排土点的排土量对无人驾驶设备进行调度。2.根据权利要求1所述的外排型排土场的无人调度系统，其特征在于：所述数据采集单元包括排土场内数据采集子单元和车载数据采集子单元，其中，所述排土场内数据采集子单元包括可移动基体、设置在可移动基体顶部的三轴云台、RTK定位主天线、RTK定位方向天线和非重复扫描式雷达，三轴云台上固定有固定架，固定架包括横杆和竖杆，固定架的竖杆固定在三轴云台的中心位置，竖杆垂直于三轴云台的平面，固定架的横杆固定在竖杆上，横杆穿过竖杆的轴线，且竖杆和横杆相互垂直；RTK定位主天线竖直固定在竖杆的顶端，RTK定位方向天线和非重复扫描式雷达分别设置在横杆的两端，且RTK定位方向天线与横杆相互垂直；RTK接收机设置在可移动基体上；车载数据采集子单元包括RTK接收机，分别设置在无人驾驶设备的顶部。3.根据权利要求1所述的外排型排土场的无人调度系统，其特征在于：所述调度控制单元包括排土场的排土区域分析子单元、排土点分析子单元和调度与路径规划子单元；其中，排土场的排土区域分析子单元根据数据采集单元采集到的数据实时识别外排型排土场的排土区域的边界，并根据识别结果调整数据采集单元的位置，使数据采集单元位于排土区域的的中心；同时计算当前排土区域的面积，判断当前排土场区域的面积是否达到排土场规划的面积，如果达到排土场规划的面积，则发出指令停止排土；如果没有达到，则发出继续排土的指令；排土点分析子单元根据实时识别得到的外排型排土场的排土区域的边界更新排土点，使相邻两个排土点之间的距离为设定距离阈值；同时实时判断每个排土点的土方倾倒数量是否超过预先设定的每个排土点的土方倾倒量阈值；如果超过，则发送指令修整排土场边界的指令和对应排土点停止排土指令；如果没有超过，则发出继续排土的指令；调度与路径规划子单元对无人驾驶设备进行调度和行动路径的规划。4.根据权利要求2所述的外排型排土场的无人调度系统，其特征在于：识别矿场的外排型排土场的排土区域的边界的方法包括以下步骤：步骤1
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1：将RTK定位主天线的经纬度和高度坐标Position_RTK(Longitude，Latitude，Altitude)转换到UTM坐标系下得到RTK定位主天线在UTM坐标系下的坐标Position_RTK_UTM(Easting，Northing，Altitude)；步骤1
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2：根据公式Map_Pointcloud[i]＝r
i
*(R*Queue_Pointcloud[i]+T)得到第i个航向角对应的排土区域拼接点云地图中的点云数据；遍历航向角序列Queue_Yaw和排土区域的点云序列Queue_Pointcloud中的所有数据；得到排土区域拼接点云地图Map_Pointcloud{Map_Pointcloud[0]、Map_Pointcloud[1]、
…
、Map_Pointcloud[i]、
…
、Map_Pointcloud
[359]}；其中，Queue_Yaw[i]表示航向角序列中第i个航向角；R表示从非重复扫描式雷达到RTK定位主天线的旋转矩阵；T表示从非重复扫描式雷达到RTK定位主天线的平移矩阵；Queue_Pointcloud[i]表示第i个航向角对应的排土区域的点云序列Queue_Pointcloud中第i组点云数据；步骤1
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3：根据地面提取算法在排土区域拼接点云地图Map_Pointcloud中提取地面点云，得到地面点集合Ground_Pointcloud；步骤1
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4：在地面点集合Ground_Pointcloud中找到排土区域边缘点集合Point_Edge；以RTK定位主天线在地面投影点为圆心，将地面平均分成圆心角相等的区域；在每个区域中包含的地面点集合Ground_Pointcloud中的点中，找到距离圆心最远的点；则将该点保存到排土区域边缘点集合Point_Edge中；步骤1
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5：将排土区域边缘点集合Point_Edge中的所有点转换到UTM坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：奥特酷智能科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：