技术领域
[0001] 本发明涉及安全检测技术领域，具体为一种基于数字孪生的矿山安全检测方法。
相关背景技术
[0002] 随着矿业的快速发展，矿山运输系统的安全性和效率日益受到重视；数字孪生技术作为一种新兴的技术，通过创建物理实体的虚拟副本，能够实时监控和模拟实体状态，为矿山安全提供了新的解决方案；利用数字孪生技术，可以构建矿山运输系统的高精度模型，实现对车辆行驶状态的实时监控和预测，及时发现并处理潜在的安全问题；传统的矿山监控系统主要依赖于人工检查和简单的机械或电子系统，这些方法往往不能实时反映出运输系统的实际运行状态，对于处理突发事件的能力有限；特别是在矿山运输过程中，上行和下行车辆频繁交互，一旦发生车辆故障，可能会迅速影响整个运输系统的安全和效率。
[0003] 综上所述，亟须一种基于数字孪生的矿山安全检测方法，以提高矿山运输系统的安全性和效率。
具体实施方式
[0116] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0117] 实施例1，参照图1‑图3，一种基于数字孪生的矿山安全检测方法，包括：
[0118] 运用数字孪生技术将矿山运输信息进行建模；
[0119] 所述矿山运输信息包括：上行车道、下行车道、上行车辆和下行车辆；
[0120] 数字孪生技术使得矿山运输系统的每一辆车辆都有一个虚拟的数字副本；这些数字副本实时更新车辆的运行状态，包括速度、位置和运行轨迹等信息；
[0121] 所有上行车辆构成上行车辆集合，所有上行车辆的行驶速度相同，记为V1；
[0122] 上行车辆空载，用于前往矿山山顶装配矿石，上行车辆在上行车道上行驶；
[0123] 所有下行车辆构成下行车辆集合，所有下行车辆的行驶速度相同，记为V2；
[0124] 下行车辆满载，用于将装配完成的矿石运输到山底，下行车辆在下行车道上行驶；
[0125] 所有车辆的长度相等，记为L；
[0126] 根据车辆故障判断策略判断车辆是否故障；
[0127] 若车辆未发生故障，则不做处理；
[0128] 若车辆发生故障，则判断故障车辆所属集合；
[0129] 若故障车辆属于上行车辆集合，根据上行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整；
[0130] 若故障车辆属于下行车辆集合，根据下行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整。
[0131] 所述根据车辆故障判断策略判断车辆是否故障，具体包括：
[0132] 获取所有车辆的行驶速度；
[0133] 设置故障车辆速度阈值；
[0134] 若车辆的行驶速度不等于故障车辆速度阈值，则认定行驶速度不等于故障车辆速度阈值的车辆为正常车辆；
[0135] 若车辆的行驶速度等于故障车辆速度阈值，则认定行驶速度等于故障车辆速度阈值的车辆为故障车辆；
[0136] 若故障车辆属于上行车辆集合，根据上行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整；
[0137] 若故障车辆属于下行车辆集合，根据下行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整；
[0138] 该一种基于数字孪生的矿山安全检测方法，通过使用数字孪生技术使得矿山运输系统的每一辆车辆都有一个虚拟的数字副本；这些数字副本实时更新车辆的运行状态，包括速度、位置和运行轨迹等信息；一旦某辆车的行驶速度等于故障阈值，系统即可立即识别并标记为故障车辆；此时，故障判断逻辑会自动启动，系统根据预设的逻辑判断故障车辆的具体位置以及与其他车辆的相对位置关系；通过自动化处理，本方法大大减少了人为干预的需要，提高了故障检测的速度和准确性；这种自动化和智能化的故障响应机制，不仅缩短了确定故障车辆的时间，也显著提高了整个矿山运输系统的运行效率。
[0139] 所述根据上行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整，具体包括：
[0140] 获取故障车辆停止运动的时刻；
[0141] 规定故障车辆发生故障前的运动方向为正方向；
[0142] 规定与故障车辆发生故障前的运动方向相反的方向为反方向；
[0143] 从故障车辆开始沿反方向，获取与故障车辆最近的上行车辆，记为第一目标车辆；
[0144] 获取第一目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，记为L1，L1≥0；
[0145] 从故障车辆开始沿正方向，获取与故障车辆最近的下行车辆，记为第二目标车辆；
[0146] 获取第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，记为L2，L2≥0；
[0147] 设置距离阈值；
[0148] 设置变道安全距离，记为A，所述变道安全距离是指在故障车辆车尾后方的一段距离，用于故障车辆后方的车辆进行变道；
[0149] 预留变道安全距离，可以使车辆有充足的空间进行变道，减少了碰撞发生的几率；
[0150] 若第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离小于等于距离阈值；
[0151] 若第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离小于等于距离阈值，此时第一目标车辆没有充足的时间和空间对故障车辆进行超越；所以此时增大第二车辆的行驶速度，使第二目标车辆迅速完成与故障车辆的会车；等到第二目标车辆与故障车辆完成会车后，第一目标车辆再进行对故障车辆的超越；
[0152] 获取第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间，通过以下公式计算第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间：
[0153] 其中T1为第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间，L1为第一目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，A为变道安全距离，V1为第一目标车辆的行驶速度；
[0154] 例如，变道安全距离设置为10米，第一目标车辆的行驶速度设置为5米每秒，第一目标车辆车头到故障车辆车尾的距离设置为20米，那么此时第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间为2秒；
[0155] 所述根据上行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整，还包括：
[0156] 在故障车辆停止运动的时刻，根据第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间调整第二目标车辆的行驶速度；
[0157] 通过以下公式计算调整后的第二目标车辆的行驶速度：
[0158] 其中V3为调整后的第二目标车辆的行驶速度，L为车辆的长度，L2为第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，A为变道安全距离，T1为第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾所需时间；
[0159] 例如，车辆的长度为5米，第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离为10米，变道安全距离为10米，第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间为2秒，那么此时调整后的第二目标车辆的行驶速度为15米每秒；
[0160] 在故障车辆停止运动的时刻，第一目标车辆的行驶速度保持不变，第二目标车辆的行驶速度调整为V3；
[0161] 获取第一目标车辆的位置，当第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置时，变道至下行车道行驶；
[0162] 获取第二目标车辆的位置，当第二目标车辆车尾行驶至第一目标车辆车尾的位置时，第二目标车辆的行驶速度调整为V2；
[0163] 第一目标车辆变道完成后，从第一目标车辆开始沿正方向，获取与第一目标车辆最近的下行车辆，记为第三目标车辆；
[0164] 获取第三目标车辆车头到故障车辆车头的距离，记为L3；
[0165] 获取第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间，通过以下公式计算第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间：
[0166] 其中T2为第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间，L为车辆的长度，A为变道安全距离，V1为第一目标车辆的行驶速度；
[0167] 例如，车辆的长度为5米，变道安全距离为10米，第一目标车辆的行驶速度设置为5米每秒，那么此时第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间为4秒；
[0168] 在第一目标车辆变道完成的时刻，根据第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间调整第三目标车辆的行驶速度；
[0169] 通过以下公式计算调整后的第三目标车辆的行驶速度：
[0170] 其中V4为调整后的第三目标车辆的行驶速度，L3为第三目标车辆车头到故障车辆车头的距离，T2为第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间，L为为车辆的长度；
[0171] 例如，车辆的长度为5米，第三目标车辆车头到故障车辆车头的距离为29米，第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间为4秒，那么此时调整后的第三目标车辆的行驶速度为6米每秒；
[0172] 在第一目标车辆变道完成的时刻，第一目标车辆的行驶速度保持不变，第三目标车辆的行驶速度调整为V4；
[0173] 获取第一目标车辆的位置，当第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头的位置时，变道至上行车道行驶；
[0174] 获取第三目标车辆的位置，当第三目标车辆车头行驶到故障车辆车头前方一个车身的位置时，第三目标车辆的行驶速度调整为V2。
[0175] 所述根据上行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整，还包括：
[0176] 若第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离大于距离阈值；
[0177] 若第二目标车辆车头到故障车辆车尾的距离大于距离阈值，此时第一目标车辆有充足的时间和空间对故障车辆进行超越；所以此时调整第二目标车辆的速度，等到第一目标车辆完成对故障车辆的超越之后，再完成第二目标车辆与故障车辆的会车；
[0178] 获取第一目标车辆车尾到故障车辆车头的距离，记为L4；
[0179] 获取第二目标车辆车头到故障车辆车头的距离，记为L5；
[0180] 获取第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间，通过以下公式计算第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间：
[0181] 其中T3为第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间，L4为第一目标车辆车尾到故障车辆车头的距离，V1为第一目标车辆的行驶速度；
[0182] 例如，第一目标车辆车尾到故障车辆车头的距离为40米，第一目标车辆的行驶速度为5米每秒；那么此时第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间为8秒；
[0183] 根据第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间调整第二目标车辆的行驶速度；
[0184] 通过以下公式计算调整后的第二目标车辆的行驶速度：
[0185] 其中V5为调整后的第二目标车辆的行驶速度，L5为第二目标车辆车头到故障车辆车头的距离，L为为车辆的长度，T3为第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间；
[0186] 例如，车辆的长度为5米，第二目标车辆车头到故障车辆车头的距离为29米，第一目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间为8秒，那么此时调整后的第二目标车辆的行驶速度为3米每秒；
[0187] 在故障车辆停止运动的时刻，第一目标车辆的行驶速度保持不变，第二目标车辆的行驶速度调整为V5；
[0188] 获取第一目标车辆的位置，当第一目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置时，变道至下行车道行驶；
[0189] 当第一目标车辆车尾行驶至故障车辆车头的位置时，变道至上行车道行驶；
[0190] 获取第二目标车辆的位置，当第二目标车辆行驶至故障车辆车头前一个车身的位置时，第二目标车辆的行驶速度调整为V2；
[0191] 该一种基于数字孪生的矿山安全检测方法，能够实时监控每一辆车的状态，一旦检测到潜在的故障或异常情况，系统即可自动采取措施，根据故障车辆的位置和其他车辆的行驶状态，实时计算出安全的变道距离和速度调整方案；这不仅保证了故障车辆能够在不影响其他车辆安全的情况下及时得到处理，也保护了整个车队的行驶安全，减少了因突发故障而引起的连锁反应事故；本发明不仅增强了矿山运输系统对于故障的响应速度和处理效率，同样也在根本上提高了系统的安全运行水平，为矿山运输安全管理提供了一种全新的技术支持和保障。
[0192] 所述根据下行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整，具体包括：
[0193] 获取故障车辆停止运动的时刻；
[0194] 规定故障车辆发生故障前的运动方向为正方向；
[0195] 规定与故障车辆发生故障前的运动方向相反的方向为反方向；
[0196] 从故障车辆开始沿反方向，获取与故障车辆最近的下行车辆，记为第四目标车辆；
[0197] 获取第四目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，记为L6，L6≥0；
[0198] 从故障车辆开始沿正方向，获取与故障车辆最近的上行车辆，记为第五目标车辆；
[0199] 获取第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，记为L7，L7≥0；
[0200] 设置距离阈值；
[0201] 设置变道安全距离，记为A，所述变道安全距离是指在故障车辆车尾后方的一段距离，用于故障车辆后方的车辆进行变道；
[0202] 预留变道安全距离，可以使车辆有充足的空间进行变道，减少了碰撞发生的几率；
[0203] 若第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离小于等于距离阈值；
[0204] 若第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离小于等于距离阈值，此时第四目标车辆没有充足的时间和空间对故障车辆进行超越；所以此时增大第五车辆的行驶速度，使第五目标车辆迅速完成与故障车辆的会车；等到第五目标车辆与故障车辆完成会车后，第四目标车辆再进行对故障车辆的超越；
[0205] 获取第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间，通过以下公式计算第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间：
[0206] 其中T4为第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间，L6为第四目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，A为变道安全距离，V2为第四目标车辆的行驶速度；
[0207] 例如，变道安全距离为10米，第四目标车辆车头到故障车辆车尾的距离为20米，第四目标车辆的行驶速度为5米每秒，那么此时第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间为2秒；
[0208] 所述根据下行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整，还包括：
[0209] 在故障车辆停止运动的时刻，根据第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间调整第五目标车辆的行驶速度；
[0210] 通过以下公式计算调整后的第五目标车辆的行驶速度：
[0211] 其中V6为调整后的第五目标车辆的行驶速度，L为车辆的长度，L7为第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离，A为变道安全距离，T4为第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾所需时间；
[0212] 例如，车辆的长度为5米，变道安全距离为10米，第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离为10米，第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置所需时间为2秒，那么此时调整后的第五目标车辆的行驶速度为15米每秒；
[0213] 在故障车辆停止运动的时刻，第四目标车辆的行驶速度保持不变，第二目标车辆的行驶速度调整为V6；
[0214] 获取第四目标车辆的位置，当第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置时，变道至上行车道行驶；
[0215] 获取第五目标车辆的位置，当第五目标车辆车尾行驶至第四目标车辆车尾的位置时，第五目标车辆的行驶速度调整为V1；
[0216] 第四目标车辆变道完成后，从第四目标车辆开始沿正方向，获取与第四目标车辆最近的上行车辆，记为第六目标车辆；
[0217] 获取第六目标车辆车头到故障车辆车头的距离，记为L8；
[0218] 获取第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间，通过以下公式计算第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间：
[0219] 其中T5为第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间，L为车辆的长度，A为变道安全距离，V2为第四目标车辆的行驶速度；
[0220] 例如，车辆的长度为5米，变道安全距离为10米，第四目标车辆的行驶速度为5米每秒，那么此时第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间为4秒；
[0221] 在第四目标车辆变道完成的时刻，根据第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间调整第六目标车辆的行驶速度；
[0222] 通过以下公式计算调整后的第三目标车辆的行驶速度：
[0223] 其中V7为调整后的第六目标车辆的行驶速度，L8为第六目标车辆车头到故障车辆车头的距离，T5为第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间，L为为车辆的长度；
[0224] 例如，车辆的长度为5米，第六目标车辆车头到故障车辆车头的距离为29米，第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头所需时间为4秒，那么此时调整后的第六目标车辆的行驶速度为6米每秒；
[0225] 在第四目标车辆变道完成的时刻，第四目标车辆的行驶速度保持不变，第六目标车辆的行驶速度调整为V7；
[0226] 获取第四目标车辆的位置，当第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头的位置时，变道至下行车道行驶；
[0227] 获取第六目标车辆的位置，当第六目标车辆车头行驶到故障车辆车头前方一个车身的位置时，第六目标车辆的行驶速度调整为V1。
[0228] 所述所述根据上行车辆故障调度策略进行车辆行驶调整，还包括：
[0229] 若第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离大于距离阈值；
[0230] 若第五目标车辆车头到故障车辆车尾的距离大于距离阈值，此时第四目标车辆有充足的时间和空间对故障车辆进行超越；所以此时调整第五目标车辆的速度，等到第四目标车辆完成对故障车辆的超越之后，再完成第五目标车辆与故障车辆的会车；
[0231] 获取第四目标车辆车尾到故障车辆车头的距离，记为L9；
[0232] 获取第五目标车辆车头到故障车辆车头的距离，记为L10；
[0233] 获取第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间，通过以下公式计算第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间：
[0234] 其中T6为第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间，L9为第四目标车辆车尾到故障车辆车头的距离，V2为第四目标车辆的行驶速度；
[0235] 例如，第四目标车辆车尾到故障车辆车头的距离为40米，第四目标车辆的行驶速度为5米每秒，那么此时第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间为8秒；
[0236] 根据第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间调整第五目标车辆的行驶速度；
[0237] 通过以下公式计算调整后的第五目标车辆的行驶速度：
[0238] 其中V8为调整后的第五目标车辆的行驶速度，L10为第五目标车辆车头到故障车辆车头的距离，L为为车辆的长度，T6为第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间；
[0239] 例如，车辆的长度为5米，第五目标车辆车头到故障车辆车头的距离为29米，第四目标车辆车尾行驶到故障车辆车头所需时间为8秒，那么此时调整后的第五目标车辆的行驶速度为3米每秒；
[0240] 在故障车辆停止运动的时刻，第四目标车辆的行驶速度保持不变，第五目标车辆的行驶速度调整为V8；
[0241] 获取第四目标车辆的位置，当第四目标车辆车头行驶至故障车辆车尾后变道安全距离的位置时，变道至上行车道行驶；
[0242] 当第四目标车辆车尾行驶至故障车辆车头的位置时，变道至下行车道行驶；
[0243] 获取第五目标车辆的位置，当第五目标车辆行驶至故障车辆车头前方一个车身的位置时，第五目标车辆的行驶速度调整为V1；
[0244] 该一种基于数字孪生的矿山安全检测方法，能够实时监控每一辆车的状态，一旦检测到潜在的故障或异常情况，系统即可自动采取措施，根据故障车辆的位置和其他车辆的行驶状态，实时计算出安全的变道距离和速度调整方案；这不仅保证了故障车辆能够在不影响其他车辆安全的情况下及时得到处理，也保护了整个车队的行驶安全，减少了因突发故障而引起的连锁反应事故；本发明不仅增强了矿山运输系统对于故障的响应速度和处理效率，同样也在根本上提高了系统的安全运行水平，为矿山运输安全管理提供了一种全新的技术支持和保障。
[0245] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0246] 以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
