一种矿山无人机与矿车的协同作业方法及装置与流程

1.本发明涉及无人矿场相关领域，具体是一种矿山无人机与矿车的协同作业方法及装置。


背景技术：

2.近年来，无人技术与物联网技术正在快速的发展中，二者也在不同的生产生活领域中被广泛的使用，正在改变着我们的生产生活方式，也提高了我们的生活质量和生产效率，同时得益于无人技术的发展，在一些诸如排雷等高危险活动中，对人员的低风险性也使得无人技术大放光彩。
3.在矿业采集中，现有技术多采用人工操作机械的方式进行采集和运输，通过人工集中管理的方式，能够有效的对采矿各环节的工作进行及时获知。
4.现有采矿采用的方案技术，在耗费大量劳动力的同时，矿场尤其是新矿场的高危环境往往会对相关人员带来较高的安全风险，包括对矿产开采前的环境采集，均会有较大的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种矿山无人机与矿车的协同作业方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种矿山无人机与矿车的协同作业装置，包含：
8.无人机采集模块，用于采集并生成矿山环境信息，所述矿山环境信息包括环境高度信息以及环境材料信息，所述环境高度信息用于表征所述矿山某一点位置处的海拔信息，所述环境材料信息用于表征所述矿山在某一点位置处表面的物质类型；
9.环境建立模块，用于根据所述矿山环境信息生成矿山空间模型，所述矿山空间模型用于表征所述矿山在三维空间中的地形分布情况；
10.矿车引导模块，用于获取目标信息，根据目标信息以及预设的线路模拟方法对所述矿山空间模型进行分析，生成矿车引导路线，所述线路模拟方法用于对矿山空间模型进行判断，获取车辆可通过的行驶路径，所述矿车引导路线用于引导所述矿车行进；
11.环境补全模块，用于获取所述矿车引导路线上各处的矿山安全指数，并根据所述矿山安全指数对所述矿山空间模型进行标记，所述矿山安全指数用于表征所述矿山对应位置处的表层承重能力。
12.作为本发明的进一步方案：所述矿山空间模型包括地形空间分布模型以及物质空间分布模型，所述地形空间分布模型以及所述物质空间分布模型分别用于表征矿山在各个位置处的地形以及表面物质类型情况。
13.作为本发明的再进一步方案：所述矿车引导模块包括：
14.目标信息获取单元，用于获取目标信息以及当前位置信息，所述目标信息为所述
矿车行驶目的地位置信息；
15.路线模拟穷举单元，用于根据所述目标信息以及当前位置信息生成数条可行驶路线，所述可行驶路线用于表征在空间上车辆可通过的用于连接当前位置信息和目标信息所表征两点间的路线；
16.行驶安全判定单元，用于根据所述可行驶路线各处的矿山安全指数以及所述环境材料信息对所述可行驶路线进行安全判定，生成路线判定结果；
17.引导路线生成单元，用于根据预设的路线选择方案对所述安全判定结果进行分析，生成矿车引导路线。
18.作为本发明的再进一步方案：所述路线穷举模拟单元2包括：
19.坡度判断子单元，用于根据所述矿山空间模型以及当前位置信息对预设范围内的矿山表面的坡度变化进行判定，生成坡度判定结果；
20.宽度判断子单元，用于根据所述矿山空间模型以及所述坡度判定结果对矿山表面地形间的宽度进行判定，生成宽度判定结果；
21.路线生成子单元，用于根据所述坡度判定结果以及所述宽度判定结果生成可行驶路线。
22.作为本发明的再进一步方案：所述行驶安全判定单元包括：
23.环境材料获取子单元，用于所述可行驶路线各处的环境材料信息；
24.环境材料判断子单元，用于对所述环境材料信息进行判定，若所述环境材料为可行驶材料，则；
25.安全指数获取子单元，用于获取所述可行驶路线各处的矿山安全指数；
26.安全判定子单元，用于根据各处的所述矿山安全指数生成路线判定结果，所述路线判断结果用于表征所述可行驶路线的全程的安全性。
27.作为本发明的再进一步方案：所述环境补全模块包括：
28.数据采集单元，用于采集获取所述矿山的表面强度信息，所述表面强度信息用于表征所述矿山在该位置处的承载能力；
29.指数判断单元，用于预设的指数分级结果对所述表面强度信息进行判定，生成矿山安全指数；
30.安全标记单元，用于将所述矿山安全指数在所述矿山空间模型中对应标记。
31.本发明实施例旨在提供一种矿山无人机与矿车的协同作业方法，所述方法包含：
32.采集并生成矿山环境信息，所述矿山环境信息包括环境高度信息以及环境材料信息，所述环境高度信息用于表征所述矿山某一点位置处的海拔信息，所述环境材料信息用于表征所述矿山在某一点位置处表面的物质类型；
33.根据所述矿山环境信息生成矿山空间模型，所述矿山空间模型用于表征所述矿山在三维空间中的地形分布情况；
34.获取目标信息，根据目标信息以及预设的线路模拟方法对所述矿山空间模型进行分析，生成矿车引导路线，所述线路模拟方法用于对矿山空间模型进行判断，获取车辆可通过的行驶路径，所述矿车引导路线用于引导所述矿车行进；
35.获取所述矿车引导路线上各处的矿山安全指数，并根据所述矿山安全指数对所述矿山空间模型进行标记，所述矿山安全指数用于表征所述矿山对应位置处的表层承重能
力。
36.作为本发明的进一步方案：所述矿山空间模型包括地形空间分布模型以及物质空间分布模型，所述地形空间分布模型以及所述物质空间分布模型分别用于表征矿山在各个位置处的地形以及表面物质类型情况。
37.作为本发明的再进一步方案：所述获取目标信息，根据目标信息以及预设的线路模拟方法对所述矿山空间模型进行分析，生成矿车引导路线的步骤包括：
38.获取目标信息以及当前位置信息，所述目标信息为所述矿车行驶目的地位置信息；
39.根据所述目标信息以及当前位置信息生成数条可行驶路线，所述可行驶路线用于表征在空间上车辆可通过的用于连接当前位置信息和目标信息所表征两点间的路线；
40.根据所述可行驶路线各处的矿山安全指数以及所述环境材料信息对所述可行驶路线进行安全判定，生成路线判定结果；
41.根据预设的路线选择方案对所述安全判定结果进行分析，生成矿车引导路线。
42.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过物联网技术的作用将无人机与矿车进行互联，在无人机对矿场环境进行勘测采集建立模型的基础上，引导矿车在矿场内进行行驶与转移，同事矿车在行驶转移过程中，对行驶路径的安全信息及情况进行进一步的采集与判断，进一步的完全了矿场的模型，方便后续的矿车行驶引导使用，以提高安全性，相较于传统技术，降低了劳动力的需求，提高了人员安全性，且通过矿车物联网对矿场环境的不断更新，具有了更加可靠的安全性。
附图说明
43.图1为一种矿山无人机与矿车的协同作业装置的组成框图。
44.图2为一种矿山无人机与矿车的协同作业装置中矿车引导模块的组成框图。
45.图3为一种矿山无人机与矿车的协同作业装置中路线模拟穷举单元的组成框图。
46.图4为一种矿山无人机与矿车的协同作业装置中环境补全模块的组成框图。
47.图5为一种矿山无人机与矿车的协同作业方法的流程图。
具体实施方式
48.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
49.以下结合具体实施例对本发明的具体实现方式进行详细描述。
50.如图1所述，为本发明一个实施例提供的一种矿山无人机与矿车的协同作业装置，包括：
51.无人机采集模块100，用于采集并生成矿山环境信息，所述矿山环境信息包括环境高度信息以及环境材料信息，所述环境高度信息用于表征所述矿山某一点位置处的海拔信息，所述环境材料信息用于表征所述矿山在某一点位置处表面的物质类型。
52.本实施例中，矿山环境信息指的是矿山在立体空间上的结构信息，也就是矿山在每一个平面点位上位于竖直方向上的结构分布也就是环境高度信息，以及环境材料信息，
也就是在某一位置处，矿山的表面是由什么材料构成的，例如是水还是岩石，当是水时，则无法让矿车从这里通过，无人机采集模块可以是在无人机上设置的，这样可以通过在空中的方式进行高效的环境数据采集。
53.环境建立模块300，用于根据所述矿山环境信息生成矿山空间模型，所述矿山空间模型用于表征所述矿山在三维空间中的地形分布情况。
54.本实施例中，在这一模块中，是对无人机采集模块100采集的数据进行进一步处理的过程，将模块100采集的数据进行进一步的整合，建立生成一个矿场一定范围内的沙盘空间模型，这样可以更加方便后续工作的处理展开。
55.矿车引导模块500，用于获取目标信息，根据目标信息以及预设的线路模拟方法对所述矿山空间模型进行分析，生成矿车引导路线，所述线路模拟方法用于对矿山空间模型进行判断，获取车辆可通过的行驶路径，所述矿车引导路线用于引导所述矿车行进。
56.本实施例中，该模块所执行的内容为对矿车进行路线的规划，这里规划的依据为模块300所建立的空间三维模型，通过对空间三维模型进行分析，可以确认多条矿车可以通过并到达目的地的路径，这样可以减少人员的投入，促使自动驾驶在矿车中的普及，降低矿山的高危环境所带来的人员安全风险。
57.环境补全模块700，用于获取所述矿车引导路线上各处的矿山安全指数，并根据所述矿山安全指数对所述矿山空间模型进行标记，所述矿山安全指数用于表征所述矿山对应位置处的表层承重能力。
58.本实施例中，环境补全模块700是通过矿车在行驶过程中所采集的路线上的矿山地面信息对矿山空间模型进一步补全的模块，这里的矿山地面信息也就是矿山安全指数主要是表示矿车在行驶时下陷等情况发生的可能性等，也就是矿车行驶的安全性。
59.作为本发明另一个优选的实施例，所述矿山空间模型包括地形空间分布模型以及物质空间分布模型，所述地形空间分布模型以及所述物质空间分布模型分别用于表征矿山在各个位置处的地形以及表面物质类型情况。
60.本实施例中，在这里，地形空间分布模型指的是矿山整体的三位空间结构模型，物质空间分布模型指的是物质例如水在矿山中的分布情况，也就是水坑的分布情况。
61.如图2所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述矿车引导模块包括：
62.目标信息获取单元501，用于获取目标信息以及当前位置信息，所述目标信息为所述矿车行驶目的地位置信息。
63.路线模拟穷举单元502，用于根据所述目标信息以及当前位置信息生成数条可行驶路线，所述可行驶路线用于表征在空间上车辆可通过的用于连接当前位置信息和目标信息所表征两点间的路线。
64.行驶安全判定单元503，用于根据所述可行驶路线各处的矿山安全指数以及所述环境材料信息对所述可行驶路线进行安全判定，生成路线判定结果。
65.引导路线生成单元504，用于根据预设的路线选择方案对所述安全判定结果进行分析，生成矿车引导路线。
66.本实施例中，这里对矿车引导模块500进行了进一步的说明，通过多个单元，主要实现的是通过当前位置以及目标信息获取中间路线的过程，获取引导路线主要包括获取多个可行路线然后分别进行判断获取最优路线的多个步骤，在这里，可行驶路线指的是在路
线的可通过宽度即坡度上能够满足矿车的行驶要求，例如两个岩石之间的距离能够满足车辆通过，在一小段距离的位置处，坡度是车辆可以行驶的范围内，行驶安全判定则是根据标记的路线上各处的对矿车的承载能力进行安全带判断，以选取出最为安全可靠的一条矿车引导路线。
67.如图3所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述路线穷举模拟单元502包括：
68.坡度判断子单元5021，用于根据所述矿山空间模型以及当前位置信息对预设范围内的矿山表面的坡度变化进行判定，生成坡度判定结果。
69.宽度判断子单元5022，用于根据所述矿山空间模型以及所述坡度判定结果对矿山表面地形间的宽度进行判定，生成宽度判定结果。
70.路线生成子单元5023，用于根据所述坡度判定结果以及所述宽度判定结果生成可行驶路线。
71.本实施例中，在这里，对上一实施例中的路线穷举模拟单元502进行了进一步的说明，主要为对坡度的判断以及对宽度的判定，分别对应矿车的爬升坡度以及通过宽度，从而判断出到达目标位置处的多条或是所有可行驶的路径。
72.作为本发明另一个优选的实施例，所述行驶安全判定单元503包括：
73.环境材料获取子单元，用于所述可行驶路线各处的环境材料信息。
74.环境材料判断子单元，用于对所述环境材料信息进行判定，若所述环境材料为可行驶材料，则。
75.安全指数获取子单元，用于获取所述可行驶路线各处的矿山安全指数。
76.安全判定子单元，用于根据各处的所述矿山安全指数生成路线判定结果，所述路线判断结果用于表征所述可行驶路线的全程的安全性。
77.本实施例中，行驶安全判定单元503主要包括对两个部分的判定，一是环境材料，也就是行驶路线某处构成环境空间结构的表面材料，例如当时水时，表示这里不可以安全通过，若是普通岩石等，则进行进一步的判定，这里的判定依据是基于之前的多个矿车行驶过程中所采集的数据的，每当一条路线被有矿车行驶通过时，便能够采集到对应路线各处的信息，这些信息可以判断生成矿车通过时是否安全，也就是矿山安全指数，这些指数则用于对可行驶路线的安全判定。
78.如图4所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述环境补全模块700包括：
79.数据采集单元701，用于采集获取所述矿山的表面强度信息，所述表面强度信息用于表征所述矿山在该位置处的承载能力。
80.指数判断单元702，用于预设的指数分级结果对所述表面强度信息进行判定，生成矿山安全指数。
81.安全标记单元703，用于将所述矿山安全指数在所述矿山空间模型中对应标记。
82.本实施例中，是设置在矿车上的传感器组在矿车行驶中采集生成矿山安全指数的相关单元。
83.如图5所示，本发明还提供了一种矿山无人机与矿车的协同作业方法，其包含：
84.s200，采集并生成矿山环境信息，所述矿山环境信息包括环境高度信息以及环境材料信息，所述环境高度信息用于表征所述矿山某一点位置处的海拔信息，所述环境材料信息用于表征所述矿山在某一点位置处表面的物质类型。
85.s400，根据所述矿山环境信息生成矿山空间模型，所述矿山空间模型用于表征所述矿山在三维空间中的地形分布情况。
86.s600，获取目标信息，根据目标信息以及预设的线路模拟方法对所述矿山空间模型进行分析，生成矿车引导路线，所述线路模拟方法用于对矿山空间模型进行判断，获取车辆可通过的行驶路径，所述矿车引导路线用于引导所述矿车行进。
87.s800，获取所述矿车引导路线上各处的矿山安全指数，并根据所述矿山安全指数对所述矿山空间模型进行标记，所述矿山安全指数用于表征所述矿山对应位置处的表层承重能力。
88.作为本发明另一个优选的实施例，所述矿山空间模型包括地形空间分布模型以及物质空间分布模型，所述地形空间分布模型以及所述物质空间分布模型分别用于表征矿山在各个位置处的地形以及表面物质类型情况。
89.作为本发明另一个优选的实施例，所述获取目标信息，根据目标信息以及预设的线路模拟方法对所述矿山空间模型进行分析，生成矿车引导路线的步骤包括：
90.获取目标信息以及当前位置信息，所述目标信息为所述矿车行驶目的地位置信息。
91.根据所述目标信息以及当前位置信息生成数条可行驶路线，所述可行驶路线用于表征在空间上车辆可通过的用于连接当前位置信息和目标信息所表征两点间的路线。
92.根据所述可行驶路线各处的矿山安全指数以及所述环境材料信息对所述可行驶路线进行安全判定，生成路线判定结果。
93.根据预设的路线选择方案对所述安全判定结果进行分析，生成矿车引导路线。
94.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
95.本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
96.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。