基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统及方法

摘要

本发明提供基于深度虚实混合的矿区无人运输测试系统，包括无人矿区虚拟仿真系统和真实无人矿区系系统、矿区无人驾驶控制系统以及无人运输作业管理系统。本发明所述的基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统，通过真实无人矿山和真实无人矿车上搭载的传感器，获取地图和障碍物的实时信息，并将信息反馈至无人虚拟仿真测试系统内构建虚拟模型，提高仿真测试的可信度，同时也保证了虚拟矿山的仿真测试环境与真实矿山的实际环境的一致性。

说明书

技术领域

本发明属于自动驾驶领域，具体涉及基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统。

背景技术

随着自动驾驶技术的迅速发展，矿区作为自动驾驶技术的实际应用场景之一，也正在逐步实现数字化、智慧化和自动化，当前，全球各大车企正在研究实用仿真测试里程来取代一部分实际路测里程，其中，自动驾驶测试90％通过模拟仿真平台完成，9％通过测试场完成，1％通过实际道路测试完成。线上的模拟仿真测试已经成为加速自动驾驶技术研发和测试落地的重要手段。自动驾驶系统计算机仿真是自动驾驶车辆测试和试验的基础关键技术，仿真虚拟测试的根本是保证车辆安全上路、节约实车测试成本、加快测试进度和灵活处理复杂和特殊测试场景。

作为衡量仿真测试的效果主要依据是否可以实现在实车和实际道路环境下车辆测试的效果。因此仿真系统的构建对于仿真结果的准确性有很大影响。矿用车辆是在非公路野外场地，如大型露天矿、水利工程中，用于运输煤矿、沙石的车辆。矿用车辆的特点是：吨位大、消耗低、技术含量高、价格昂贵。因此为保证仿真测试的实用性，虚拟真实的矿区场景和构建精确可用的矿用车模型是至关重要的。对于矿区无人车而言，场景的特殊和车辆的特殊是区别于一般的场景下的无人驾驶的重要特点。场景的真实还原对于无人车测试是至关重要的，直接影响测试的有效性，场景的不准确可能会导致仿真测试的效果和实际矿区场景下测试效果相差巨大，仿真不在具有代表性。大多数仿真基于虚拟的控制系统和调度系统，因此很难模拟出真实的控制效果，而基于实际车辆的测试可能又带来测试成本的增加、不安全性因素以及特定场景难以实现的问题。因此如何搭建可靠实用的仿真测试系统是极其重要的。

鉴于此，目前亟待提出安全可靠，测试成本低廉且场景还原度较高的基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提供安全可靠、测试成本低廉且场景还原度较高的基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统。

本发明的基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统，包括：

无人矿区虚拟仿真系统，建立虚拟无人矿卡和虚拟无人矿区的虚拟模型；并控制虚拟无人矿卡于虚拟无人矿区内进行仿真模拟；

真实无人矿区系统，与所述无人矿区虚拟仿真系统连接，纪录真实无人矿区的障碍物信息、地图信息以及真实无人矿卡的运行信息并回传至所述无人矿区虚拟仿真系统；

矿区无人驾驶控制系统，与所述无人矿区虚拟仿真系统、所述真实无人矿区系统连接，接收指令并将数据回传至所述真实无人矿区子系统，实现真实无人矿卡的自动驾驶、调度以及作业；

无人运输作业管理系统，其接收所述真实无人矿区子系统和所述矿区无人驾驶控制系统的指令，对真实无人矿卡进行作业管理，并向矿区无人驾驶控制系统反馈真实无人矿卡的运行信息。

进一步的，所述无人矿区虚拟仿真系统中的虚拟模型还包括：

场景模型，由真实无人矿区系统上传真实无人矿区的地图数据和障碍物数据至所述无人运输作业智能管理系统并回传至所述无人矿区虚拟仿真系统中构建；

传感器模型，由所述真实无人矿区系统上传真实无人矿卡的动力学数据并构建；

无人矿卡动力学模型，由所述真实无人矿卡上传真实无人矿卡的数据并构建。

进一步的，所述无人运输作业管理系统包括：

作业管理子系统，其实现对真实无人矿卡的任务调度、全局路径规划以及交通管理；

设备监测管理子系统，其实现对真实无人矿区和真实无人矿车中的设备及传感器的运行状态监测和作业过程可视化；

地图管理子系统，其接收真实无人矿区系统的地图信息和障碍物信息。

进一步的，所述地图管理子系统包括：

地图信息采集模块，接收真实无人矿区系统的指令并采集所述真实无人矿区系统提供的障碍物信息和地图信息并存储；

地图同步更新模块，接收所述地图信息采集模块的指令，将获取的障碍物信息和地图信息实时更新并数字化；

地图可视化显示模块，接收所述地图信息采集模块的指令，将获取的数字化障碍物信息和地图信息进行建模并可视化处理。

进一步的，所述矿区无人驾驶控制系统包括：

矿卡作业管理子系统，接收所述作业管理系统的指令对真实无人矿车进行控制，并将数据回传至所述无人矿区虚拟仿真系统并控制虚拟无人矿卡的任务调度、全局路径规划以及交通管理；

自动驾驶子系统，接收所述无人运输管理系统的指令对真实无人矿车进行驾驶控制，并将数据回传至所述无人矿区虚拟仿真系统并控制虚拟无人矿卡的驾驶控制。

进一步的，所述自动驾驶子系统包括：

感知模块，获取真实矿山的地图信息和传感器信息；

决策规划模块，实现对真实无人矿车的作业规划；

控制模块，控制真实无人矿车的运行和作业过程；

安全模块，对真实无人矿车中的安全参数进行监控并控制。

进一步的，所述传感器设于真实矿山和真实无人矿车。

进一步的，还包括驾驶员在环系统，通过驾驶员对无人矿区虚拟仿真系统中的非自动驾驶车辆进行人工控制。

本发明的上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统，通过真实无人矿山和真实无人矿车上搭载的传感器，获取地图和障碍物的实时信息，并将信息反馈至无人虚拟仿真测试系统内构建虚拟模型，提高仿真测试的可信度，同时也保证了虚拟矿山的仿真测试环境与真实矿山的实际环境的一致性。

(2)本发明所述的基于深度虚实混合的矿区无人运输仿真测试系统，在虚拟矿山的仿真测试环境中再现真实矿山中真实矿车的运行状态和位置，以及由真实矿山中的无人矿车的传感器也同步上传至仿真测试环境当中，并且实时对目标物和障碍物信息进行更新，同时将信息反馈至仿真测试环境当中，实现更为真实的矿区模拟，提高仿真测试的真实性和可信度。

(3)本发明所述的基于深度虚拟混合的矿区无人运输仿真测试系统，通过驾驶员在环系统，人工随时对仿真测试中的非自动驾驶车辆进行干扰，自动驾驶车辆一旦识别到该车辆，会将信息传到控制器，从而提高场景构建的灵活性，使得测试复杂和危险工况下模型的运行效果带来可能，屏蔽了真实场景下测试复杂和特殊工况带来的危险。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于虚实深度混合的矿区无人运输仿真系统的模块连接示意图。

具体实施方式

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。

本实施例提供一种基于虚实混合的矿区无人运输仿真系统，如图1所示，包括无人矿区虚拟仿真系统、真实无人矿区系统、矿区无人驾驶控制系统以及无人运输作业管理系统。

所述无人矿区虚拟仿真系统用于建立虚拟无人矿卡和虚拟无人矿区的虚拟模型；并控制虚拟无人矿卡于虚拟无人矿区内进行仿真模拟。

所述真实无人矿区系统与所述无人矿区虚拟仿真系统连接，纪录真实无人矿区的障碍物信息、地图信息以及真实无人矿卡的运行信息并回传至所述无人矿区虚拟仿真系统。

通过真实无人矿山和真实无人矿车上搭载的传感器，获取地图和障碍物的实时信息，并将信息反馈至无人虚拟仿真测试系统内构建虚拟模型，提高仿真测试的可信度，同时也保证了虚拟矿山的仿真测试环境与真实矿山的实际环境的一致性。

所述矿区无人驾驶控制系统，与所述无人矿区虚拟仿真系统、所述真实无人矿区系统连接，接收指令并将数据回传至所述真实无人矿区子系统，实现真实无人矿卡的自动驾驶、调度以及作业。

所述无人运输作业管理系统，其接收所述真实无人矿区子系统和所述矿区无人驾驶控制系统的指令，对真实无人矿卡进行作业管理，并向矿区无人驾驶控制系统反馈真实无人矿卡的运行信息。

进一步的，所述无人矿区虚拟仿真系统中的虚拟模型还包括场景模型、传感器模型。场景模型，由真实无人矿区系统上传真实无人矿区的地图数据和障碍物数据至所述无人运输作业智能管理系统并回传至所述无人矿区虚拟仿真系统中构建。传感器模型，由所述真实无人矿区系统上传真实无人矿卡的动力学数据并构建,其中，传感器设于真实矿山和真实无人矿山上，用于采集真实矿山的地图信息和障碍物信息。无人矿卡模型由所述真实无人矿区系统上传真实无人矿卡的动力学数据并构建。无人矿卡动力学模型由所述真实无人矿卡上传真实无人矿卡的数据并构建。

进一步的，所述无人运输作业管理系统包括作业管理子系统、设备监测管理子系统以及地图管理子系统。作业管理子系统其实现对真实无人矿卡的任务调度、全局路径规划以及交通管理。设备监测管理子系统其实现对真实无人矿区和真实无人矿车中的设备及传感器的运行状态监测和作业过程可视化。地图管理子系统其接收真实无人矿区系统的地图信息和障碍物信息。

进一步优选地，所述地图管理子系统包括地图信息采集模块、地图同步更新模块以及地图可视化显示模块。地图信息采集模块，接收真实无人矿区系统的指令并采集所述真实无人矿区系统提供的障碍物信息和地图信息并存储。地图同步更新模块，接收所述地图信息采集模块的指令，将获取的障碍物信息和地图信息实时更新并数字化。地图可视化显示模块，接收所述地图信息采集模块的指令，将获取的数字化障碍物信息和地图信息进行建模并可视化处理。

所述矿区无人驾驶控制系统包括矿卡作业管理子系统以及自动驾驶子系统。矿卡作业管理子系统，接收所述作业管理系统的指令对真实无人矿车进行控制，并将数据回传至所述无人矿区虚拟仿真系统并控制虚拟无人矿卡的任务调度、全局路径规划以及交通管理。自动驾驶子系统，接收所述无人运输管理系统的指令对真实无人矿车进行驾驶控制，并将数据回传至所述无人矿区虚拟仿真系统并控制虚拟无人矿卡的驾驶控制。

进一步的，所述自动驾驶子系统包括感知模块、决策规划模块、控制模块以及安全模块。感知模块，获取真实矿山的地图信息和传感器信息。决策规划模块，实现对真实无人矿车的作业规划。控制模块，控制真实无人矿车的运行和作业过程。安全模块，对真实无人矿车中的安全参数进行监控并控制。

在虚拟矿山的仿真测试环境中再现真实矿山中真实矿车的运行状态和位置，以及由真实矿山中的无人矿车的传感器也同步上传至仿真测试环境当中，并且实时对目标物和障碍物信息进行更新，同时将信息反馈至仿真测试环境当中，实现更为真实的矿区模拟，提高仿真测试的真实性和可信度。

进一步的，本实施例还包括驾驶员在环系统，通过驾驶员对无人矿区虚拟仿真系统中的非自动驾驶车辆进行人工控制。通过驾驶员在环系统，人工随时对仿真测试中的非自动驾驶车辆进行干扰，自动驾驶车辆一旦识别到该车辆，会将信息传到控制器，从而提高场景构建的灵活性，使得测试复杂和危险工况下模型的运行效果带来可能，屏蔽了真实场景下测试复杂和特殊工况带来的危险。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。