露天矿卡车实时调度方法、装置及系统与流程

本发明涉及智慧矿山，尤其涉及一种露天矿卡车实时调度方法、露天矿卡车实时调度装置及露天矿调度系统。

背景技术：

1、矿山开采大多采用露天开采的方式，通过爆破产生矿料，从而进行装载、运输、卸载。因车铲配合（运输设备为卡车，装载设备为电铲）具有运输灵活性强，设备利用率高的优点，广泛应用于装载、运输、卸载环节。

2、矿山开采中常见的调度方法有单阶段调度和多阶段调度，其中多阶段调度设备利用率高，产量大，调度方式灵活，鲁棒性强得到了广泛研究和发展。多阶段调度大多包含：路径优化，车流规划和实时调度三个阶段，其中路径优化通过采集到的矿山地图，求解装、卸载点间的最优路径，供调度卡车行驶；车流规划阶段根据矿山历史运行数据，设备数量和生产能力约束等信息求解路径优化阶段得到路径的最佳车流率，优化矿山整体运营；实时调度阶段以路径优化为行车路径和车流规划为调度目标，结合矿山实时信息，对卡车进行动态分配。

3、随着计算机、互联网技术飞速发展，智能调度系统已经能够在露天矿卡车调度中发挥主要作用。通过v2x网联通信技术，实时获取车辆状态位置信息、道路状态信息、装、卸载点设备运行信息，为实现状态预测提供准确基础。

4、目前，对矿山调度的研究多集中于调度系统的框架和多阶段调度中路径优化和车流规划阶段。公开号为cn109257510a的专利申请公开了矿山调度通信系统，公开号为cn112419703a的专利申请提出了矿山路口的智能调度系统，公开号为cn114565133a的专利申请以产量最大为车流规划目标函数，并基于车流规划结果和设备调度表生成一个完整的装卸载的行程，实时调度卡车。

5、通过上述专利申请公开内容以及现有技术所了解到的实时调度方法发现，现有技术中的实时调度方法均忽略了道路拥堵和卡车之间的互相影响，即现有技术中的实时调度只针对当前时刻的卡车信息做出优化，未考虑后续调度卡车影响，降低调度优化效果。现有实时调度研究未能充分考虑卡车频繁加减速过程，路口停车等额外操作，提高了能源消耗，降低卡车使用寿命。

6、因此，如何能够提供一种能够满足露天矿卡车动态调度需求的调度方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种露天矿卡车实时调度方法、露天矿卡车实时调度装置及露天矿调度系统，解决相关技术中存在的传统调度方式无法满足露天矿卡车动态调度需求的问题。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种露天矿卡车实时调度方法，其中，包括：分别实时获取卡车终端发送的卡车运行状态信息以及道路设施端发送的路侧状态信息，所述卡车运行状态信息至少包括卡车位姿、卡车速度、装载量以及剩余能源量，所述路侧状态信息至少包括露天矿山环境信息以及道路车辆信息；当接收到当前卡车终端的调度申请时，根据该卡车终端的卡车运行状态信息以及所述路侧状态信息确定当前卡车终端的调度规划，所述调度规划至少包括针对当前卡车终端的调度申请进行的基于优化调度策略的调度重规划和调度预测规划，所述优化调度策略包括调度目的地优化策略和实时运行路径优化策略；所述调度目的地优化策略包括根据各个装载点的装载任务完成度、根据车流规划结果以及确定的能源补给站点确定与当前卡车终端的调度申请的调度类型对应的调度目的地优化策略，所述实时运行路径优化策略包括根据当前卡车终端的调度申请的调度类型确定的空车调度规划、重车调度预测规划、空车调度重规划以及滚动优化调度中的至少一种；根据当前卡车终端的调度规划生成调度指令，并将所述调度指令发送至所述当前卡车终端。

3、进一步地，当接收到当前卡车终端的调度申请时，根据该卡车终端的卡车运行状态信息以及所述路侧状态信息确定当前卡车终端的调度规划，包括：当接收到当前卡车终端的调度申请时，根据该卡车终端的卡车运行状态信息确定所述调度申请的调度类型，所述调度类型包括空车调度、重车调度和能源补给调度；根据当前卡车终端的调度申请的调度类型确定对应的调度目的地优化策略；根据所述路侧状态信息以及当前卡车终端的调度申请的调度类型确定当前卡车终端基于实时运行路径优化策略的调度规划。

4、进一步地，当接收到当前卡车终端的调度申请时，根据该卡车终端的卡车运行状态信息确定所述调度申请的调度类型，包括：根据当前卡车终端的调度申请确定该卡车终端所对应的卡车运行状态信息；若当前卡车终端的装载量小于第一预设装载量阈值且当前卡车终端的剩余能源量大于预设能源量阈值，则确定当前卡车终端的调度申请的调度类型为空车调度；若当前卡车终端的装载量小于第一预设装载量阈值且当前卡车终端的剩余能源量不大于预设能源量阈值，则确定当前卡车终端的调度申请的调度类型为能源补给调度；若当前卡车终端的装载量大于第二预设装载量阈值，则确定当前卡车终端的调度申请的调度类型为重车调度，所述第二预设装载量阈值大于所述第一预设装载量阈值。

5、进一步地，根据当前卡车终端的调度申请的调度类型确定对应的调度目的地优化策略，包括：当所述当前卡车终端的调度申请的调度类型为空车调度时，确定该空车调度的调度目的地优化策略为根据各个装载点的装载任务完成度将装载任务完成度最低的装载点确定为当前卡车终端的装载目的地；当所述当前卡车终端的调度申请的调度类型为重车调度时，确定该重车调度的调度目的地优化策略为根据车流规划结果将装载点与卸载点之间运输量完成度最低的道路所对应的卸载点确定为当前卡车终端的卸载目的地，其中所述车流规划结果为根据露天矿山产能数据以及每辆卡车的装载量确定；当所述当前卡车终端的调度申请的调度类型为能源补给调度时，根据确定的能源补给站点选择距离最近的能源补给站点作为能源补给目的地，并在确定能源补给后根据空车调度的调度目的地优化策略确定该当前卡车终端的装载目的地。

6、进一步地，根据所述路侧状态信息以及当前卡车终端的调度申请的调度类型确定当前卡车终端的基于实时运行路径优化策略的调度规划，包括：当所述当前卡车终端的调度申请的调度类型为空车调度时，若该空车调度为当前卡车终端的首次空车调度，则根据第一实时运行路径优化策略生成当前卡车终端的空车调度规划以及当前卡车终端的重车调度预测规划；若该空车调度为当前卡车终端的非首次空车调度，则根据第二实时运行路径优化策略对当前卡车终端的空车调度预测规划进行重规划获得空车调度重规划；当所述当前卡车终端的调度申请的调度类型为重车调度时，根据第二实时运行路径优化策略对当前卡车终端的重车调度预测规划进行重规划获得重车调度重规划，并根据第一实时运行路径优化策略生成当前卡车终端的滚动优化调度，所述滚动优化调度包括空车调度预测规划和重车调度预测规划。

7、进一步地，所述第一实时运行路径优化策略包括：根据所述露天矿山环境信息确定当前卡车终端从出发点到调度目的地的所有合适路径；根据所述露天矿山环境信息以及所述道路车辆信息构建目标函数；根据所述目标函数对所有合适路径进行路径优化以确定最优运行路径；确定当前卡车终端在所述最优运行路径的运行信息；所述第二实时运行路径优化策略包括：更新当前卡车终端在所述最优运行路径的运行信息。

8、进一步地，根据所述露天矿山环境信息以及所述道路车辆信息构建目标函数，包括：根据所述露天矿山环境信息和所述道路车辆信息确定约束条件；根据卡车运输能耗和时间确定基于所述约束条件的目标函数，其中所述目标函数的表达式为：，其中，，，所述约束条件的表达式为：，，，，，其中，vk表示待调度卡车k在第i个起始点和第j个调度目的地之间各路段的速度集合，wf表示子目标函数的权重系数，表示途径的不包括调度目的地的道路节点，表示途径路口节点，表示道路长度，cm表示速度能耗函数，表示第j个调度目的地的设备浪费时间分段函数，表示路口行驶时间，表示路口等待时间。

9、进一步地，确定当前卡车终端在所述最优运行路径的运行信息，以及更新当前卡车终端在所述最优运行路径的运行信息，均包括：构建基于道路资源的速度分段函数；构建基于路口资源的路口等待时间分段函数；构建基于装载点资源的设备浪费时间分段函数，其中所述设备浪费时间包括当前卡车终端在装载点的等待时间和装载点的闲置时间；整合基于道路资源的速度分段函数、基于路口资源的路口等待时间分段函数以及基于装载点资源的设备浪费时间分段函数，获得整合速度分段函数和整合时间分段函数；根据所述整合速度分段函数和整合时间分段函数确定当前卡车终端在最优运行路径的各个路段的行驶速度范围。

10、作为本发明的另一个方面，提供一种露天矿卡车实时调度装置，用于实现前文所述的露天矿卡车实时调度方法，其中，包括：获取模块，用于分别实时获取卡车终端发送的卡车运行状态信息以及道路设施端发送的路侧状态信息，所述卡车运行状态信息至少包括卡车位姿、卡车速度、装载量以及剩余能源量，所述路侧状态信息至少包括露天矿山环境信息以及道路车辆信息；调度规划模块，用于当接收到当前卡车终端的调度申请时，根据该卡车终端的卡车运行状态信息以及所述路侧状态信息确定当前卡车终端的调度规划，所述调度规划至少包括针对当前卡车终端的调度申请进行的基于优化调度策略的调度重规划和调度预测规划，所述优化调度策略包括调度目的地优化策略和实时运行路径优化策略；所述调度目的地优化策略包括根据各个装载点的装载任务完成度、根据车流规划结果以及确定的能源补给站点确定与当前卡车终端的调度申请的调度类型对应的调度目的地优化策略，所述实时运行路径优化策略包括根据当前卡车终端的调度申请的调度类型确定的空车调度规划、重车调度预测规划、空车调度重规划以及滚动优化调度中的至少一种；发送模块，用于根据当前卡车终端的调度规划生成调度指令，并将所述调度指令发送至所述当前卡车终端。

11、作为本发明的另一个方面，提供一种露天矿调度系统，其中，包括：卡车终端、道路设施端和调度中心，所述卡车终端和道路设施端均与所述调度中心通信连接，所述调度中心包括前文所述的露天矿卡车实时调度装置。

12、本发明提供的露天矿卡车实时调度方法，通过根据卡车终端的卡车运行状态信息以及道路设施端的路侧状态信息对发出调度申请的卡车终端确定调度规划，且该调度规划能够包括基于优化调度策略的调度重规划和调度预测规划，本发明的这种露天矿卡车实时调度方法由于能够基于调度目的地优化策略以及实时运行路径优化策略进行调度规划，因此能够满足卡车动态调度的需求，且提升了调度的准确性。