[0001] 本发明涉及井下信号灯控制技术领域，具体涉及一种向量信号灯控制的单轨多车无人驾驶方法。

[0002] 随着人工智能和无人驾驶等高新技术的发展，建立无人矿山和智慧矿山是未来趋势所在，无人驾驶输运是实现无人矿山的重要组成部分，可以有效减少操作人员配置、降低劳动强度、改善作业环境、提升井下运输作业的效率。

[0003] 传统的井下输运是基于驾驶员行车过程中主观判断路况，发现车辆，手动避让，任意选择一条路径；在多车情况下，只能单轨道顺序执行输运任务。显而易见，人工行驶不具备对当前地图中车辆状态的鸟瞰，并且无法有效选择最短路径行驶。

[0004] 现有采用视频摄像头等技术实现路障、行人判断以发现行人或路障，实现车辆的有序避让。但现有无人驾驶不具备提前预判，仅在当前状态下保证安全。倘若在路口错综复杂、各种方向车辆同时行驶的环境中，则无法提前预知实现路径动态避让和提前规划一站式解决。此外，在多车单轨道的情况下，无法保证各个方向车辆同时进行输运任务且互不干扰。

[0037] 为使本发明的技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0038] 本发明旨在提供一种井下无人驾驶车辆于任意方向多车单车道互不干扰行驶的方法，参考图1，该方法主要以下两方面：

[0039] 1、地图数据结构

[0040] 1.1、地图模型

[0041] 基于井下CAD图纸选取路径起点和终点，使得两点之间路径逼近直线。

[0042] 假设标注点的矩阵为：

[0043]

[0044] 则其线段的矩阵可描述为：

[0045] L＝{l[i][j]|i,j＝0..n}＝|a[i],a[j]|i,j＝0..n|

[0046] 则地图平面描述为：

[0047] M＝

[0048] 1.2、信号灯定义

[0049] 信号灯是车辆行驶过程中的主要控制设备。基于多维控制原理，在本发明中将沿轨道设置的信号灯定义为三维向量，且满足以下表达式：

[0050] R＝{R[i][j][k]|i,j,k＝0,1…n}

[0051] 其中，i是第一维向量且表示当前轨道的信号灯序号，j、k是第二、第三维向量且组合表示当前轨道的岔道口方向。进一步的，信号灯的值分别为1或0，分别表示车辆通行或停止，且信号灯的初始值为1。

[0052] 根据信号灯的定义，信号灯序号为m的信号灯有以下状态：

[0053] R[m][i][j]

[0054] 举例：当信号灯序号为4，按图2的信号灯设计示意图，向量信号灯有如下序列：

[0055]

[0056] 即某一路径点关联点(即岔道口)个数为n,则该点的信号灯个数为2n。

[0057] 2、动态避让执行算法

[0058] 2.1、数据结构初始化

[0059] 车辆初始化：基于最短路径算法计算所有车辆从起点至终点沿轨道行驶的最短路径和路径序列，包括当前路径上可变道(转弯)的交叉点对应的最短路径。所有初始化的车辆进入车辆队列。

[0060] 计算逆行车：同一轨道上若有至少两辆车的待走路线存在某段路径序列相反，则视为存在逆行车。进一步的，由路径序列判断当前车辆前进方向所在轨道有无逆行车。预判当前车辆前进方向是否存在逆行车具体包括：

[0061] 将当前车辆的路径序列依次与其他行驶车辆的路径序列作对比，若有相反的路径序列，则表示当前车辆前进方向所在轨道有逆行车；若无相反的路径序列，则表示当前车辆前进方向所在轨道无逆行车。

[0062] 计算当前车辆的正向岔道和逆向岔道的数量：由上述的最短路径可得出每辆车前进方向的正向岔道和逆向岔道的数量。

[0063] 2.2、车辆行为控制

[0064] 预判当前车辆前进方向所在轨道是否有逆行车，再依据当前车辆前进方向的正向岔道和逆向岔道的数量决定当前车辆的信号灯控制策略。即对当前车辆行为的控制主要分为——当前车辆前进方向所在轨道有逆行车和当前车辆前进方向无逆行车这两种情况，具体的：

[0065] 2.2.1、当前车辆前进方向所在轨道有逆行车

[0066] 若当前车辆前进方向所在轨道有逆行车，则根据逆向岔道数量控制当前车辆所在路径方向的向量信号灯状态，进而控制车辆是否停止、前进或变道行驶，具体的：

[0067] 当正向岔道数量为0时，逆向岔道数量为任意，则当前车辆所在路径方向的向量信号灯值为0，即当前车辆停止通行；

[0068] 当正向岔道数量为1时：

[0069] 若逆向岔道数量为0，当前车辆所在路径方向的向量信号灯值为1，则当前车辆在就近的正向岔道变道行驶；若逆向岔道数量为1，信号灯值设置为1，判断当前车辆与逆行车分别到达正向岔道与逆向岔道的时间是否相等，若该时间相等，则在当前车辆就近的正向岔道的信号灯发出变道控制策略使得当前车辆变道行驶；若该时间不相等，则在当前车辆就近的正向岔道的信号灯保持当前轨道通行控制策略使得当前车辆保持当前轨道继续行驶；

[0070] 若逆向岔道数量超过1，所在路径方向的向量信号灯值设置为1，则当前车辆保持当前轨道继续行驶；

[0071] 当正向岔道数量超过1时，逆向岔道数量为任意，所在路径方向的向量信号灯值设置为1，则当前车辆保持当前轨道继续行驶。

[0072] 2.2.2、当前车辆前进方向所在轨道无逆行车

[0073] 当前车辆前进方向所在轨道无逆行车时，当前车辆基于先到先服务(FCFS)的调度算法设置当前车辆前进方向所在轨道的信号灯状态以确保车辆依次行驶。确保在多辆车等待通过同一节点时，最先到达的车辆将获得优先权，即车辆队列中最早的车辆优先通行，且下一岔道口的信号灯无需设置，其余车辆向量信号灯设置为0，禁止通行，这有助于维持秩序并提高通行效率。

[0074] 2.3、信号灯控制逻辑

[0075] 参考图3，假设当前车在[i][j]路段，则对应的信号灯具有如下逻辑设计：

[0076]

[0077] 即在信号灯序号为i处，路径方向[i][j]的信号灯值设置为0，表示沿[i][j]这一路径方向的当前车辆停止通行；路径方向[j][i]的信号灯值设置为0，表示沿[j][i]这一路径方向的当前车辆停止通行。

[0078] 同理，在信号灯序号为j处，路径方向[i][j]的信号灯值设置为1，表示沿[i][j]这一路径方向的当前车辆可以通行；路径方向[j][i]的信号灯值设置为0，表示沿[j][i]这一路径方向的当前车辆停止通行。

[0079] 2.3.1、当前车辆保持当前轨道行驶的信号灯控制条件

[0080] 参考图3，当前车辆保持当前轨道行驶，且下一岔道口序号为j的信号灯满足以下表达式：

[0081]

[0082] 即在信号灯序号为j处，路径方向[i][j]的信号灯值设置为1，表示沿[i][j]这一路径方向的当前车辆通行；路径方向[j][k]的信号灯值设置为1，表示沿[j][k]这一路径方向的当前车辆应保持当前轨道行驶。

[0083] 2.3.2、当前车辆变道行驶的信号灯设置

[0084] 参考图4，当前车辆变道行驶的信号灯设置满足以下表达式：

[0085]

[0086] 即左侧车辆前进方向有逆行车(即图中的右侧车辆)时，在信号灯序号为i处，路径方向[i][j]的信号灯值设置为0，表示左侧车辆沿[i][j]这一路径方向为车辆停止信号；路径方向[j][i]的信号灯值设置为0，表示右侧车辆沿[j][i]这一路径方向同样为车辆停止信号。此时，路径方向[i][k]的信号灯值为默认值1(即绿灯信号)，表示左侧车辆在[i][k]、[i][j]这一正向岔道处，该左侧车辆应变道从[i][k]这一路径方向通行。

[0087] 需要注意的是，当右侧车辆由[j][i]也进入[i][k]这一路径方向时，若左侧车辆已经通过i点，信号灯状态更新为默认值1，则右侧车辆继续行驶，否则，右侧车辆停止。

[0088] 2.3.3、车身长度限定信号灯控制策略

[0089] 参考图5，若当前车辆的整体所占据的设有基站信息点的轨道段的长度小于当前车辆的车头所占据的设有基站信息点的轨道段的长度，则依据上述信号灯控制策略；若当前车辆的整体所占据的设有基站信息点的轨道段的长度超过当前车辆的车头所占据的设有基站信息点的轨道段的长度，则当前车辆占据的轨道段的信号灯均为闭锁状态，确保车辆高效安全运行。

[0090] 在当前车辆到达终点后，先后更新信号灯和车辆状态。

[0091] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。