一种露天矿山车辆车路协同的安全包络生成系统及方法与流程

本发明涉及矿山运输领域，更具体地的说，涉及露天矿山无人驾驶系统中作业车辆基于车云协同的安全包络生成系统及方法。

背景技术：

1、露天矿山运输领域中，安全作为最关键因素，目前通过合理的调度和精准的路权管控，可以规避大部分安全隐患。

2、但是每当首次对矿区开展无人驾驶项目或版本更新迭代不稳定时，不可避免会因为各种因素，而导致出现安全隐患。如车辆间因为双向道路设置不合理导致对向车辆剐蹭，电铲规划装载位置过近导致装载时矿卡与电铲发生碰撞，弯道的曲率过大而导致车辆与路边挡墙发生碰撞，以及排土时停靠不够精准或停靠位规划不合理而导致车辆碰撞排土挡墙或掉落。每当类似情况发生需要提供一种提前预防机制，在要发生危险之前及时控制车辆刹车。于是需要根据每辆车的实时位置快速形成防冲撞包络，并且实时检测车辆包络之间、和道路边界、排土线是否出现冲突。发现冲突自动下发紧急停车任务，避免发生危险。

3、安全包络的计算，需要考虑车辆当前所处位置，航向角，车辆所属型号，以及当前速度，作业状态等等。例如作业车辆在道路行驶时，速度越快，车辆前向的包络便会成比例扩大。当车辆在排土时，按照最佳的排土效果需要对后向包络进行部分的收缩。在作业中既不影响生产效率，也能确保最大的安全。

4、为了解决上述问题，本发明针对露天矿山车辆运行时避免发生事故和预知安全隐患的需求，提出一种安全包络生成系统及方法。

技术实现思路

1、本发明要解决矿区运输中根据车辆、道路等场景动态生成安全包络，在确保作业效率的同时，做好车辆行驶安全保障。

2、本发明提供一种露天矿山车辆车路协同的安全包络生成系统，包括：网关、安全包络检测服务模块、分布式缓存模块：

3、(1)网关，作业车辆上报的数据由网关统一接收、再由网关转化为消息队列，推送至安全包络检测服务模块；

4、(2)安全包络检测服务模块，基于作业车辆上报的数据生成安全包络，并将安全包络保存至分布式缓存模块中，获取分布式缓存模块的冲突信息，作为碰撞风险的先验信息判断当前是否有碰撞风险，向检测到碰撞风险的车辆进行包络碰撞风险指令下发；

5、(3)分布式缓存模块，将作业车辆的安全包络存储至分布式缓存中，作为其他作业车辆检测的对比数据；以及实时同步高精地图数据，获取周围环境信息，判断作业车辆是否与周围环境有碰撞风险。

6、进一步，所述作业车辆上报的数据包括当前车辆对应的型号参数、位置信息、航向角、车辆速度、车辆规划轨迹。

7、进一步，所述分布式缓存模块为redis。

8、本发明还提供一种露天矿山车辆车路协同的安全包络生成方法，包括以下步骤：

9、第一步，接收车辆位置信息、车辆调度信息、高精地图数据，根据车辆位置信息定位车辆中心点所在位置，根据车辆调度信息的设备型号生成环绕车辆的包络边框，根据高精地图数据生成贴合道路的车辆前方包络边框，从而得到车辆静态安全包络；

10、第二步，判断当前车辆所处任务状态，基于车辆静态安全包络，使用相应的安全包络生成策略，生成对应不同任务状态的车辆动态安全包络；

11、第三步，将生成的车辆动态安全包络进行更新存储，确保动态安全包络和当前车辆位置匹配，存储时采用rtree空间索引；

12、第四步，判断当前车辆的动态安全包络与其他作业车辆生成的动态安全包络、感知地图边界图形是否发生空间重合，进行告警或停车。

13、进一步，所述第一步，基于环绕车辆的包络边框及车辆前向包络边框得到车辆静态安全包络，车辆静态安全包络是根据车辆轮廓向外延伸相应距离而形成的封闭矩形，具体计算如下：

14、(1)尾部安全包络为车辆尾部轮廓向后延伸距离lr，lr为定位误差与车辆最大后溜距离db之和；

15、

16、(2)侧方安全包络为车辆两侧轮廓向外延伸距离ls，ls为定位误差与车辆最大横向控制误差之和：

17、

18、(3)前方安全包络为车辆前方轮廓向前延伸距离lh，lh为车辆基于当前速度v，并考虑定位误差及控制误差最大安全距离ds；

19、

20、进一步，所述第二步，所述安全包络生成策略包括：

21、(1)正常道路行驶：根据车辆当前速度，得到车辆所在道路的车前行驶路线包络形状点，对车辆前向包络进行动态延展，延展的形状根据自动驾驶行驶轨迹形状进行实时计算；

22、(2)倒入装载停靠位：根据倒入车道和车辆当前速度，对车辆后方包络进行延展，延展的形状根据自动驾驶行驶轨迹形状进行实时计算；随车辆逐渐减速，停靠到位后恢复成静态包络形状；

23、(3)倒入排土停靠位：根据倒入车道和车辆当前速度，对车辆后方包络进行延展，延展的形状根据自动驾驶行驶轨迹形状进行实时计算；随车辆逐渐减速，停靠到位后后向包络恢复至静态包络形状，同时回缩车辆后轮到尾部的距离，便于排土。

24、进一步，对于正常道路行驶，尾部动态包络lr与静态安全包络lr保持一致：

25、lr＝lr

26、两侧动态包络延伸距离ls与静态安全包络侧方距离ls一致：

27、ls＝ls

28、前方延伸距离为：

29、lh＝(1+k)lh+(ts+tc)·v

30、其中k为地面摩擦系数，ts为系统响应延时，tc通信延时。

31、本发明提供了一种露天矿车辆安全包络生成系统及方法，相比现有交通态势生成的缓冲不同点在于除了使用车辆自身相关参数进行决策之外，还引入了高精地图的道路数据，排土线等地理因素和车辆任务状态，致使最终决策更合理更具有全局性，不是以单车的数据做判断，矿区内所有的元素都会成为决策的一部分。本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

32、1、提出一种基于车辆的当前状态的安全包络生成策略，策略模式包括正常行驶区域、装载区及卸载区三种。

33、2、提出一种矿区多源实时数据获取模块，通过实时获取感知模块、规划模块及平台端数据，确保用于决策的数据鲜度和多样性。

34、3、提出一种基于安全包络冲突的风险预判机制，通过安全包络的冲突作为碰撞风险的先验信息判断当前是否有碰撞风险，若存在碰撞风险时，给检测到的存在风险的车辆进行包络碰撞风险指令下发，包络碰撞风险检测为实际车辆碰撞检测提供了缓冲时间。

技术特征：

1.一种露天矿山车辆车路协同的安全包络生成系统，其特征在于，包括：网关、安全包络检测服务模块、分布式缓存模块：

2.根据权利要求1所述的露天矿山车辆车路协同的安全包络生成系统，其特征在于，所述作业车辆上报的数据包括当前车辆对应的型号参数、位置信息、航向角、车辆速度、车辆规划轨迹。

3.根据权利要求1所述的露天矿山车辆车路协同的安全包络生成系统，其特征在于，所述分布式缓存模块为redis。

4.一种露天矿山车辆车路协同的安全包络生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的露天矿山车辆车路协同的安全包络生成方法，其特征在于，所述第一步，基于环绕车辆的包络边框及车辆前向包络边框得到车辆静态安全包络，车辆静态安全包络是根据车辆轮廓向外延伸相应距离而形成的封闭矩形，具体计算如下：

6.根据权利要求4或5所述的露天矿山车辆车路协同的安全包络生成方法，其特征在于，所述第二步，所述安全包络生成策略包括：

7.根据权利要求6所述的露天矿山车辆车路协同的安全包络生成方法，其特征在于，对于正常道路行驶，尾部动态包络lr与静态安全包络lr保持一致：

技术总结
本发明公开了一种露天矿山车辆车路协同的安全包络生成系统及方法，该系统包括网关、安全包络检测服务模块、分布式缓存模块，作业车辆上报的数据由网关统一接收、再由网关转化为消息队列，推送至安全包络检测服务模块；安全包络检测服务模块，基于作业车辆上报的数据生成安全包络，并将安全包络保存至分布式缓存模块中，获取分布式缓存模块的冲突信息，作为碰撞风险的先验信息判断当前是否有碰撞风险，向检测到碰撞风险的车辆进行包络碰撞风险指令下发。相对于现有技术中以单车的数据做判断，本发明中矿区内所有的元素都会成为决策的一部分，使得最终决策更合理更具有全局性。

技术研发人员：苗嘉龙,梁启君,蒋锟,韩俊汝,张飞
受保护的技术使用者：北京踏歌智行科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13