一种矿井无人驾驶车距安全管控方法及系统与流程

本发明涉及矿井下车列安全运行技术领域，特别涉及一种矿井无人驾驶车距安全管控方法及系统。

背景技术：

目前，地下矿山主要采用轨道机车进行运转，但是随着地采规模的不断扩大，减员增效、提高运输安全、改善工作环境的需求不断增强，采用无人驾驶已经成为一种必要趋势。

现在已有个别矿山开发了无人驾驶系统，但是系统都是基于“信集闭”固定闭塞原理，同一个区段/进路只能有一辆车列运行，其余运行的车列就需要处于等待状态，大大影响矿井运输效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提高矿井下车列的运行效率。

为实现以上目的，本发明采用一种矿井无人驾驶车距安全管控方法，包括如下步骤：

分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距l；

将当前车列的运行方向、当前车距、进路限速导入已构建的速度关系表中，得到当前车列的速度控制信息；

将当前车列的速度控制信息发送到当前车列的车载控制器中，以实现车列间车距的安全管控，所述车载控制器按照当前车列的速度不大于当前车列的速度控制信息进行控制当前车列的运行速度。

进一步地，所述在分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距中，其中，分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，具体包括：

通过车头上设置的uwb标签与通信基站的测距通信，获取车头位置；

通过车尾尾灯上设置的uwb标签与通信基站的测距通信，获取车尾位置。

进一步地，所述在分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距中，其中，需要对计算得到的当前车距进行修正，具体修正步骤如下：

获取当前车列在车头位置上传时间差内的运行距离a1；

获取上一车列在车尾位置上传时间差内的运行距离b1；

根据当前车列的最大刹车距离，得到当前车列中车头的防护距离a2和车尾的防护距离b2；

当两车列同向行驶时，修正后的当前车距l≥(a1+b1+b2)，当两车列同向行驶时，修正后的当前车距l≥(a1+a2+b1+b2)。

进一步地，在获取当前车列在车头位置上传时间差内的运行距离a1中，包括如下步骤：

智能调度一体化平台获取到车头位置的时间为t1，车头向智能调度一体化平台上传车头位置的时间为t0，计算得到车头位置上传的时间差△t1，△t＝t1-t0；

根据当前车列的速度和时间差△t1，计算当前车列在时间差△t1内估计的运行距离a1；

进一步地，在所述获取上一车列在车尾位置上传时间差内的运行距离b1中，包括如下步骤：

智能调度一体化平台获取到车头位置的时间为t3，车头向智能调度一体化平台上传车头位置的时间为t2，计算得到车头位置上传的时间差△t2，△t＝t3-t2；

根据当前车列的速度和时间差△t2，计算当前车列在时间差△t2内估计的运行距离b1。

进一步地，所述获取上一车列在车尾位置上传时间差内的运行距离b1中，若当前车列发生一定距离的退行时，对当前退行车列进行紧急制动，具体包括：

获取在所述时间差内车尾的退行距离和退行速度；

若退行距离大于运行距离b1，则对当前退行车列进行紧急制动。

进一步地，在将当前车列的运行方向、当前车距、进路限速导入已构建的速度关系表中，得到当前车列的速度控制信息中，其中速度关系表是根据线路条件、机车参数制定的数据表格。

一种矿井无人驾驶车距安全管控系统，包括位置获取计算模块、速度获取模块和车列运行模块；

位置获取计算模块用于分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距l；

速度获取模块用于将当前车列的运行方向、当前车距、进路限速导入已构建的速度关系表中，得到当前车列的速度控制信息；

车列运行模块用于将当前车列的速度控制信息发送到当前车列的车载控制器中，以实现车列间车距的安全管控，所述车载控制器按照当前车列的速度不大于当前车列的速度控制信息进行控制当前车列的运行速度。

一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行以上所述的安全管控方法。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：实现车列退行和限速自动防护，同时根据当前机车运行方向、当前车列与前方车列之间的车距信息以及进路限速信息对当前车列的速度进行控制，达到机车安全运行的目的，最终实现矿井机车在规定的区域，按照规定的数量与种类、规定的线路、规定的速度、规定的间隔、规定的行车规则安全运行与高效作业，提高了矿井下车列的运行效率和运行安全性。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是本发明一种矿井无人驾驶车距安全管控方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，一种矿井无人驾驶车距安全管控方法，包括如下步骤s1至s3：

s1：分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距l；

如矿井下存在多个运行车列，则也可以分别获取多个运行车列的车头位置和车尾位置，以实现多车列的运行安全管控。

s2：将当前车列的运行方向、当前车距、进路限速导入已构建的速度关系表中，得到当前车列的速度控制信息；

s3：将当前车列的速度控制信息发送到当前车列的车载控制器中，以实现车列间车距的安全管控，所述车载控制器按照当前车列的速度不大于当前车列的速度控制信息进行控制当前车列的运行速度。

根据步骤s1至s3，因此本申请基于现有技术中由于单车列运行造成运行效率低下的技术问题，提出可以采用多车列同时运行以提高运行效率，在矿井下多车列同时运行时，往往涉及车列之间的安全车距，安全车距是指机车安全行驶状态下前一车列与当前车列之间的最小距离，因此最终得到多列车在安全车距下能实现较优的运行效率，同时降低了多车列之间发生撞击的安全性隐患。

为实现步骤s1至s3，本申请的矿井无人驾驶车距安全管控方法基于的设备可以由以下部件组成，该设备包括智能调度一体化平台、通信基站、车载设备和尾灯设备。其中车载设备由车载控制器、车头定位装置、车速监测装置组成，车载控制器与通信基站之间采用wifi网络通信；车速监测装置使用常规的速度传感器，用于检测车列的实时运行速度，车头定位装置和尾灯设备采用uwb定位技术实现测距定位功能。机车驾驶单元为机车固有模块，包含车灯、喇叭、断路器、加速、减速、急停、刹车、撒砂以及驻车装置等，对于这些设备其具体的结构和工作原理属于现有技术，这里不再赘述。

智能调度一体化平台用于根据当前车头位置信息以及上一车列车尾位置信息计算当前车距l，同时根据机车运行方向、进路限速数据对应找到一个事先规定的当前车列的速度控制信息，然后将当前车列的速度控制信息通过通信基站发送到车载控制器。所述车载控制器根据智能调度一体化平台发送的当前车列的速度控制信息指令输出到机车驾驶单元，控制机车驾驶单元执行相应的动作，使机车平稳行驶，保证机车的运输安全。因此该安全管控方法不仅可以有效识别多车列之间的安全距离，而且可以通过建立速度控制信息的调度指令，实现矿井机车在规定的区域，按照规定的数量与种类、规定的线路、规定的速度、规定的间隔、规定的行车规则安全运行与高效作业；实现了在矿井下机车运输无人驾驶时多车列之间保持安全距离运行而且不影响运输效率。

优选地，在步骤s1：分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距中，其中，分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，具体包括步骤s101至s102：

s101：通过车头上设置的uwb标签与通信基站的测距通信，获取车头位置；

在车头处设置车头定位装置，可以较为方便准确的检测机车头位置信息，本申请所采用的车头定位装置为uwb标签。

s102：通过车尾尾灯上设置的uwb标签与通信基站的测距通信，获取车尾位置。

每个车列均由一个车头和n个(n大于等于1)车皮组成，尾灯设备由车列编组人员每次摘挂车皮时，始终安装在当前机车(车列)所挂接的最后一节车皮的尾部，尾灯设备用于闪烁提示灯以提示后方来车、以及准确的检测车列的车尾位置信息。智能调度一体化平台中存储着车载设备车头定位装置与尾灯设备之间一一对应关系。

优选地，由于通信网络传输延迟及系统间异步带来的系统问题，在智能调度一体化平台使用车列上报的位置信息时，车列的实际位置可能已经发生改变，因此必须根据车列可能的运动趋势对车列的车头位置和车尾位置分别做出安全性的估计。由于车列向前和向后运行的限制条件不同，对智能调度一体化平台所获取的数据带来的影响也不同，因此对车列可能向前以及可能向后的运行分别做出评估，“估计的运行距离”即是指车列上传位置信息时至智能调度一体化平台接收到该位置信息期间车列可能向前运行的距离，即为车列间的安全距离，以下所述的运行距离a1、b1即为“估计的运行距离”。

因此，在步骤s1：分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距中，其中，需要对计算得到的当前车距进行修正，具体修正步骤如下：

s111：获取当前车列在车头位置上传时间差内的运行距离a1；

该运行距离a1作为车头部安全防护的一部分，用以修正车头部安全位置的计算，运行距离a1的计算如下：

智能调度一体化平台获取到车头位置的时间为t1，车头向智能调度一体化平台上传车头位置的时间为t0，计算得到车头位置上传的时间差△t1，△t＝t1-t0；

根据当前车列的速度v和时间差△t1，计算当前车列在时间差△t1内估计的运行距离a1；a1＝△t1×v。由于一般智能调度一体化平台的数据采集时间不大于1秒，矿用机车一般最大速度不超过5m/s，因此运行距离a1＝5米。

s112：获取上一车列在车尾位置上传时间差内的运行距离b1；

同理，该距离b1作为车尾部安全防护的一部分，用以修正车尾部安全位置的计算，运行距离b1的计算如下。

智能调度一体化平台获取到车头位置的时间为t3，车头向智能调度一体化平台上传车头位置的时间为t2，计算得到车头位置上传的时间差△t2，△t＝t3-t2；

根据当前车列的速度v和时间差△t2，计算当前车列在时间差△t2内估计的运行距离b1；b1＝△t2×v。由于一般智能调度一体化平台的数据采集时间不大于1秒，矿用机车一般最大速度不超过5m/s，因此运行距离a1＝5米。

s113：根据当前车列的最大刹车距离，得到当前车列中车头的防护距离a2和车尾的防护距离b2；

为了保持车列间的安全距离，保证不发生车列追尾或碰撞等事故，在车列的安全距离中应加上一定的防护距离a2、b2。这段防护距离是为了保证在最不利情况下，如机车发生较大的空滑，或者制动力部分失效的情况下的机车安全。为了兼顾机车间距的安全与运行效率。车列车头、头尾防护距离a2、b2可配置，一般可配置为最大刹车距离,矿用机车一般最大速度不超过5m/s，最大刹车距离不过15-25米，故机车头尾防护距离a2、b2配置为25米。

s114：当两车列同向行驶时，修正后的当前车距l≥(a1+b1+b2)，当两车列同向行驶时，修正后的当前车距l≥(a1+a2+b1+b2)。当两车列背向行驶时，修正后的当前车距l≥(a1+a2+b1+b2)。

若实际计算的当前车距l不满足修正后的当前车距，即两车列间的距离太近，以l＝(a1+a2+b1+b2)或者l＝(a1+b1+b2)来修正当前车距；若实际计算的当前车距较大，即两车列间的距离太远，虽然车列可以按当前安全距离进行行走，但是为了实现多个车列的同时运行，以提高矿井下车列的高效运行，优选采用l＝(a1+a2+b1+b2)或者l＝(a1+b1+b2)来修正当前车距。

优选地，由于机车车列车尾位置作为后续机车车距安全判断的目标点，因此必须保证不能对机车车尾位置作出比其实际位置靠前的估计。考虑到车列存在退行的情况，车载控制器监督实际车列运行方向，比较检测到的机车实际运行方向和控制运行方向指令，在车列发生退行时，车载控制器将车列开始后退的位置计为退行起始位置，并监督车列的退行距离和速度。如果车列出现了与控制指令的运行方向相反的位移，并累积超过了一定的退行距离，车载装置将实施急停制动。针对车列持续的后退，执行以下制动步骤s1141至s1142：

s1141：获取在所述时间差内车尾的退行距离和退行速度；

s1142：若退行距离大于运行距离b1，则对当前退行车列进行紧急制动。

车载装置实施急停制动，车列停稳后该急停制动命令可自行缓解，车列的位置信息一并更新。潜在的运行距离(退行量)b1可配置，一般最大设置1米。

优选地，在步骤s2：将当前车列的运行方向、当前车距、进路限速导入已构建的速度关系表中，得到当前车列的速度控制信息中，其中速度关系表的构建是事先根据线路条件、机车参数制定的固定数据表格，其中包含各个参数之间的关系。

针对上述步骤，以下给出有一个事例说明：

1、将输入量运行方向分成收三个子集，即{同向行驶、相对行驶、背向行驶}；

2、将输入量车距信息分成六个等级：{s、l、2l、3l、4l、xl}；

3、将输出量速度控制信号分为六个等级：{v0、v1、v2、v3、v4、vx}；

运行方向、当前车距与速度控制信息的一一对应关系见表1。

表1

通过上述表格，当运行方向、当前车距信息确定时，能够确定出一个当前车列的速度控制信息的信号指令。另外，该表格是事先根据线路条件制定好的，其中直接就有各个参数之间的关系。每种等级的车距信息均会对应一个车速，智能调度一体化平台中存储着各等级车距信息以及对应的车速信息。

车速监测装置实时监督车列运行速度，若超过线路限速，车载控制器将自动实施减速操作，实现限速自动防护。

一种矿井无人驾驶车距安全管控系统，包括位置获取计算模块、速度获取模块和车列运行模块；

位置获取计算模块用于分别获取两运行车列的车头位置和车尾位置，计算当前车头位置与上一车列车尾位置之间的当前车距l；

速度获取模块用于将当前车列的运行方向、当前车距、进路限速导入已构建的速度关系表中，得到当前车列的速度控制信息；

车列运行模块用于将当前车列的速度控制信息发送到当前车列的车载控制器中，以实现车列间车距的安全管控，所述车载控制器按照当前车列的速度不大于当前车列的速度控制信息进行控制当前车列的运行速度。

一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如上所述的安全管控方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。