技术领域
[0001] 本发明属于路径规划领域，具体涉及一种基于时间窗的车辆编队组成方法和系统。
相关背景技术
[0002] 当前船舶舱室等狭小密闭空间内的货物转运主要以人力操控或单个智能转运车辆为主，虽然单个转运车辆能完成简单任务，但是货物转运保障是一个复杂且相互关联的系统，单个转运车辆无法较好地完成作业流程耦合的任务，转运车辆编队能更好地发挥车辆间协作以完成复杂转运任务，形成编队智能涌现，提升车辆保障效能。船舶舱室空间狭小，环境复杂，对编队可靠性和适应性要求较高，传统的车辆编队组成方法通常是在任务下达时预设编队，这种方法不适用于作业环境复杂、空间狭小、路径变化较大、编队需要经常变更的船舶舱室环境。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0030] 本发明的技术方案中提供一种基于时间窗的车辆编队组成方法，在转运车辆路径规划中，时间窗是指转运车辆从进入某路段到离开该路段所占用的时间段。可以将某路段的时间窗划分为空闲时间窗和占用时间窗，空闲时间窗为该路段空闲的时间段，在空闲时间窗内任何一辆转运车辆都可在该路段上行驶；占用时间窗为已有转运车辆在该路段行驶占用的时间段，在占用时间窗内其他车辆不能驶入该路段。
[0031] 如图1所示，本发明的技术方案中提供的基于时间窗的车辆编队组成方法包括以下步骤：
[0032] 步骤1、对转运车辆群体进行全局路径规划，得到舱室所有执行任务车辆的全局路径轨迹集合和对应的时间窗集合；
[0033] 步骤2、在转运车辆行驶过程中，根据转运车辆群体的时间窗，实时检测舱室中转运车辆在某段时间内是否能够组成编队；
[0034] 步骤3、将能够组成编队的转运车辆组成编队行驶。
[0035] 在本发明的一个实施例中，步骤1进一步包括以下步骤：
[0036] 设转运车辆集合C＝(a,b,…,i,…)，则转运车辆的时间窗模型如下：
[0037]
[0038] 其中， 为转运车辆i在路径ej→k行驶的时间窗， 为转运车辆i在路径ej→k时间窗的开始时刻， 为转运车辆i在路径ej→k时间窗的结束时刻，j、k为路径节点编号，j、k≤p,k≠j，p为地图中路径节点总数量，本实施例中，时间窗路径模型如图2所示。
[0039] 得到转运车辆时间窗模型后，可根据转运车路径规划方法，进行车辆群体全局路径规划，进一步得到舱室所有执行任务车辆的全局路径轨迹集合和对应的时间窗集合，由于转运车辆的全局路径和时间窗是已知的，即转运车辆在某段路径的驶入时间和驶出时间是已知的，因此根据转运车辆群体的时间窗，可检测某段时间内，转运车辆在对应的路径上是否能够组成编队。本实施例中，转运车辆路径规划可采用包括A*算法在内的传统方法得到，再次不做赘述。
[0040] 本发明的一个实施例中，提供一种用于步骤2的转运车辆编队生成的判断方法，用于判断转运车辆在某一段时间内是否能够组成编队，即编队生成需同时具备以下条件：
[0041] a)转运车辆在同一舱室；
[0042] b)某个时间窗内，转运车辆之间的相对位姿保持不变；
[0043] c)转运车辆相对位姿保持不变的时间窗持续时间不小于设定的阈值。
[0044] 本实施例中，某舱室内车辆a和b的路径模型如图3所示，其中数字为路径节点编号，车辆a的全局路径轨迹为：e1→2,e2→3,e3→11，车辆b的全局路径轨迹为：e6→7,e7→10,e10→13,e13→14，两者以相同的速度v行驶。设两条路径e1→x1和e6→7的长度均为s，时间窗阈值为T0，车辆a沿路径e1→x1从位置1行驶至位置x1和车辆b沿路径e6→7从位置6行驶至位置7对应的时间窗T内，按以下步骤判断车辆a和b是否能组成编队：
[0045] a)转运车辆a和b是否在同一舱室内；
[0046] b)车辆a在e1→x1路径段和车辆b在e6→7路径段，两车之间的相对位姿既图中虚线位置是否保持不变；
[0047] c)时间窗T＝s/v，判断是否有T≥T0。
[0048] 如果满足以上3条，则时间窗T内车辆a和b能够组成编队。
[0049] 在本发明的一个实施例中，在转运车辆行驶过程中，实时检测舱室中转运车辆在某段时间内是否能够组成编队，如果某些转运车辆能够组成编队，则这些车辆编队行驶。当组成编队的车辆无法再保持编队行驶时，则需进行编队重组，新的能够组成编队的车辆进行编队生成判定进而组成编队。当车辆编队需要解散或改变，即无法保持现有队形继续行驶时，对车辆编队进行重组，编队重组后，符合编队生成条件的转运车辆重新生成车辆编队，不符合编队生成条件的车辆按规划路径单车行驶，以此循环。
[0050] 在本实施例中，判断编队重组的条件包括：
[0051] a)按照规划好的全局路径轨迹，编队在某个时间窗内行驶至编队路径的终点，此时编队中的全部或部分车辆不能满足编队生成条件；
[0052] b)某个时间窗内，转运车辆检测到障碍物并进行避障时，编队不能按照现有队形进行编队整体避障。
[0053] 如图3所示，车辆b在e6→7路径行驶完成后，开始行驶e7→10路径时，车辆a开始在ex1→2路径上行驶，此时车辆a速度方向向右，车辆b速度方向向下，两辆车的速度方向不再相同，相对位姿发生变化，不符合编队生成条件，不能继续组成编队，符合编队重组条件，即在车辆b行驶至位置7时，编队发生重组，编队解散，两辆车各自按规划路径单车行驶。
[0054] 需要注意的是，除了单车间组成编队，本发明技术方案中提供的一种基于时间窗的车辆编队组成方法也适用于多个小编队间再组成编队，比如，多辆转运车辆为一编组共同搬运一个货物，有多个这样的编组同时运行时，可把每个编组看作一个整体形成一个大的转运车辆，然后按照上述方法进行编队组成。
[0055] 本发明的技术方案中除了提供一种基于时间窗的车辆编队组成方法外，还进一步提供一种实现上述方法的系统，该系统包括：
[0056] 路径规划模块、编队组成模块和车辆控制模块。
[0057] 其中，路径规划模块获取舱室环境和车辆编队信息，采用常规路径规划方法对车辆编队进行路径规划，得到舱室所有执行任务车辆的全局路径轨迹集合和对应的时间窗集合，并将其输入给编队组成模块。
[0058] 编队组成模块根据输入的全局路径轨迹集合和对应的时间窗集合，对所有执行任务车辆的路径进行检测，判断各任务车辆间是否能够组成编队，并实时检测车辆编队是否需要进行编队重组，并将上述信息发送给车辆控制模块。
[0059] 车辆控制模块根据编队组成模块发送的车辆编队和重组信息，实时控制任务车辆进行编队或重组编队。
[0060] 以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
