一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法与流程

1.本发明涉及露天矿自动化技术领域，特别是一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法。


背景技术：

2.露天开采是矿山开采的重要工艺，较井工开采操作更加方便、采收比更高、安全性强、作业效率高，比较适合进行大规模资源开采。在露天矿山中，除2000t产能以上的特大型露天矿山外，其他矿山的主要采装设备均以液压挖掘机为主，挖掘机具有价格低、性能可靠、适应性强、作业成本低等特点，适用于各类硬度矿体的开采工作。
3.露天矿卡车调度系统，能够对采装、运输、穿爆、排卸等环节进行监测，一般由三部分组成，分别是车载终端子系统、无线传输子系统和调度中心子系统，车载终端子系统主要完成露天矿设备的状态、物料、定位等基本信息的采集，无线传输子系统主要用于数据的传输。调度中心子系统是对传输数据的解读与展示，通过图文并茂的方式形象的展现给调度管理者，达到监控决策的目的。
4.目前，在露天矿开采中，对于开采所用到的挖掘机、卡车等难以进行准确有效地检测管理，进而导致对露天矿开采整体的监管能力十分有限。例如，传统的作业量计数模式是根据挖掘机的装载半径划定装载区域，车辆进入到装载区域连续停留30秒以上判断装车状态，从而为该车作业量加一车，这样的计数方式容易对未实际进行装车的车辆识别计量，也无法准确判断装车的开始和结束时间。


技术实现要素：

5.本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，能够实现对挖掘机装车作业的精准识别，还能够通过卡车调度系统得到卡车和挖掘机的设备号、司机等信息，从而为统计管理挖掘机是对哪台卡车、哪个司机所装车数等提供数据基础。
6.本发明公开了一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，包括：
7.s1：通过卡车调度系统获取卡车位置信息和挖掘机的位姿变化参数信息；
8.s2：基于位姿变化信息确定挖掘机的动作；
9.s3：基于各动作在连续时间上的排列组合方式判断识别挖掘机的装车行为；
10.s4：基于卡车位置信息和位姿变化参数信息，判断装车行为过程中挖掘机的铲斗位置、挖掘机的动作时长，是否符合对应的装车条件，若均符合，则判断挖掘机的装车行为有效。
11.本发明至少具有以下有益效果：
12.本发明通过对挖掘机各种动作的识别，准确判断挖掘机的装车行为，实现了对露天矿开采所用到的挖掘机、卡车进行准确有效地监控，还为统计物料产量、司机作业量等提供了必要且精确的数据信息基础，提升了对露天矿开采整体的监控管理能力。
13.本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明公开的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法的流程图。
16.图2是本发明公开的连杆装置坐标系示意图。
17.图3是本发明公开的挖掘机上传感器安装位置示意图。
18.图4是本发明公开的卡车的误差位置范围示意图。
19.其中，1-铲斗姿态传感器，2-小臂姿态传感器，3-大臂姿态传感器，4-定位天线，5-误差位置范围。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
21.如图1所示，本发明公开了一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，包括：
22.s1：通过卡车调度系统获取卡车位置信息和挖掘机的位姿变化参数信息；
23.s2：基于位姿变化信息确定挖掘机的动作；
24.s3：基于各动作在连续时间上的排列组合方式判断识别挖掘机的装车行为；
25.s4：基于卡车位置信息和位姿变化参数信息，判断装车行为过程中挖掘机的铲斗位置、挖掘机的动作时长，是否符合对应的装车条件，若均符合，则判断挖掘机的装车行为有效。
26.在本发明的一些实施例中，所述的步骤s2，包括：
27.基于位姿变换信息确定性挖掘机的挖掘动作、旋转动作和卸载动作；
28.所述的步骤s3，包括：
29.判断一定时间内连续出现以下动作的一组或几组排列组合时，识别挖掘机具有装车行为：
30.挖掘动作-旋转动作-卸载动作-旋转动作。
31.在本发明的一些实施例中，在所述的步骤s1中，位姿变换参数信息包括：设置于挖掘机上的两个定位天线4(参见图3)的天线坐标信息；
32.所述的基于位姿变换信息确定性挖掘机的旋转动作，包括：
33.基于两个天线坐标信息确定天线连线的直线位置信息，其中，天线连线指两个定位天线4的连线；
34.基于直线位置信息，将前、后时刻的天线连线的位置进行比较，若存在夹角，则确
定挖掘机做出旋转动作。
35.在本发明的一些实施例中，在所述的步骤s1中，位姿变换参数信息包括：反映大臂与挖掘机车身间夹角的大臂角度信息、反映大臂与小臂间夹角的小臂角度信息、反映小臂与铲斗间夹角的铲斗角度信息；
36.所述的基于位姿变换信息确定性挖掘机的挖掘动作和卸载动作，包括：
37.通过前、后时刻的大臂角度信息和小臂角度信息所反映的角度变化，确定大臂和小臂的起落姿态；
38.通过前、后时刻铲斗角度信息所反映的角度变化，确定铲斗的开合姿态；
39.在确定起落姿态为落下且开合姿态为闭的情况下，判断挖掘机做出挖掘动作；在确定起落姿态为抬起且开合姿态为开的情况下，判断挖掘机做出卸载动作。
40.在本发明的一些实施例中，在位姿变换参数信息中，通过设置于铲斗的铲斗姿态传感器1所检测的信息确定铲斗角度信息，通过设置于小臂的小臂姿态传感器2所检测的信息确定小臂角度信息，通过设置于大臂的大臂姿态传感器3所检测的信息确定小臂角度信息，参见图3。
41.在本发明的一些实施例中，在所述的步骤s4中，装车条件包括铲斗位置条件；所述的判断装车行为过程中挖掘机的铲斗位置是否符合对应的装车条件，包括：
42.基于卡车位置信息确定误差位置范围；
43.基于挖掘机的连杆装置建立连杆装置坐标系，并基于位姿变化参数信息确定铲斗在连杆装置坐标系的第一位置信息；
44.基于挖掘机位置信息以及连杆装置的旋转角度，将铲斗在连杆装置坐标系的第一位置信息转换为大地坐标系的第二位置信息；
45.将装车行为中卸载动作进行时的第二位置信息与误差位置范围比较，若始终处于误差位置范围内，则确定满足铲斗位置条件。
46.在本发明的一些实施例中，所述的第一位置信息(d
x
、dy、dz)的计算表达式如下：
[0047][0048]
其中，l
ab
指大臂直线长度，l
bc
指小臂直线长度，α指大臂与挖掘机的车身水平面的夹角，β指大臂与小臂的夹角，γ指小臂与铲斗的夹角。
[0049]
在本发明的一些实施例中，在所述的步骤s4中，装车条件包括卸载时间条件；所述的装车行为过程中挖掘机的动作时长是否符合对应的装车条件，包括：
[0050]
确定装车行为中卸载动作所用的实际卸载时间；
[0051]
判断实际卸载时间是否大于预设卸载时间，若是，则确定满足卸载时间条件。
[0052]
在本发明的一些实施例中，还包括：
[0053]
挖掘机进行装车行为次数达到预设行为次数，且卡车驶离挖掘机的装载范围，则确定产量计数增加一车。
[0054]
在本发明的一些实施例中，还包括：
[0055]
通过卡车调度系统获取设备信息、司机信息、物料信息，并与对应的挖掘机装车行为关联、存储。
[0056]
实施例
[0057]
本发明利用卡车调度系统得到卡车的位置信息t1；并且还利用卡车调度系统得到挖掘机两个定位天线的位置w1和w2、大臂角度(α)、小臂角度(β)、铲斗角度(γ)。
[0058]
本实施例公开了对挖掘机以下动作和行为的识别方法：
[0059]
(1)挖掘机的旋转识别：卡车调度系统中装载设备采用双天线高精度定位，两个定位天线的坐标分别是(w
1x
,w
1y
)和(w
2x
,w
2y
)，两定位天线始终组成一条直线，即w1w2，在两个连续时刻，直线w1w2由起始时刻(前时刻)旋转至终止时刻(后时刻)的角度称为旋转角度，装车过程中旋转角度呈顺逆时针交替状态。若挖掘机顺时针或逆时针选择，则旋转角度不为0，由此可判断挖掘机的旋转动作。
[0060]
(2)铲斗位置识别：液压挖掘机主要作业姿态包括大臂运动、小臂运动、铲斗运动是通过卡车调度系统中各姿态传感器获取的角度信息进行监测的，车身固定时，其作业姿态可看作一个平面进行运算。结合挖掘机定位信息，通过以下公式可实时计算出铲斗的位置(d
x
、dy、dz)：
[0061][0062]
(3)铲斗开合识别：通过铲斗上的姿态传感器能够获得的铲斗角度γ，在时间连续的情况下，若铲斗与小臂的角度变化是从大到小的，则定义为铲斗合；若铲斗与小臂的角度变化是从小到大的，则定义为铲斗开。
[0063]
(4)挖掘与卸载：挖掘机主要作业姿态包括大臂运动、小臂运动、铲斗运动或多种情况组合运动，如图2所示，结合α、β、γ角度的变化来识别大臂、小臂的姿态，一般大臂角度、小臂角度增加的过程识别为大臂、小臂抬起姿态，即起落姿态为抬起，在确定起落姿态为抬起且铲斗开的情况下，判断挖掘机做出卸载动作；大臂角度、小臂角度减小的过程识别为大小臂落下姿态，即起落姿态为落下，在确定起落姿态为落下且铲斗合的情况下，判断挖掘机做出挖掘动作。
[0064]
判断挖掘机的动作是否满足装车行为成立的条件：结合挖掘机的位置和挖掘、回转与卸载动作以及卡车的位置信息。当挖掘机在一个连续时间内进行“挖掘-回转-卸载-回转”的动作时，初步判定为装车行为，在更长的一段连续的时间内，挖掘机装车行为出现次数可能连续增加。
[0065]
接下来还要继续判断该装车行为是否有效，具体包括两个条件：铲斗位置条件和卸载时间条件。如图4所示，铲斗位置条件，需满足当挖掘机给卡车装车时，挖掘机的铲斗位置d应该位于卡车所在位置t1的误差椭圆范围(误差位置范围5)内；卸载时间条件，需满足卸载动作所需要的时间大于预设卸载时间，优选的，可以为挖掘机回转到位开始到卸载结束这一段时间应大于5秒，否则不满足卸载时间条件。只有当装车行为满足上述两个条件时，才能判定该装车行为是有效的，否则不视为有效的装车行为。
[0066]
通过对挖掘机装车行为的识别，还能实现露天矿的产量计数识别。当存在装车行为时开始，直到卡车驶离挖掘机装载半径范围，认为挖掘机为卡车装车完毕，产量计数增加一车。由于挖掘机经过多斗才能装满卡车车厢，所以产量计数的过程是挖掘机装车行为的不断重复，在进行装车判断时需要考虑装车行为的多次重复，优选的，装车行为一般应大于3次。最后结合卡车调度系统能够提供的设备号、司机、物料等信息，就能够具体识别到哪台设备、哪个人、装的什么物料等内容，便于按司机统计产量、按设备号统计产量和按物料统计产量。
[0067]
值得一提的是，本发明所提到的前、后时刻，并非特指某一时刻，两者也不限定间隔有某一固定的时间段，本文中只是用于区分成对出现的两个时刻的先后顺序。
[0068]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，包括：s1：通过卡车调度系统获取卡车位置信息和挖掘机的位姿变化参数信息；s2：基于位姿变化信息确定挖掘机的动作；s3：基于各动作在连续时间上的排列组合方式判断识别挖掘机的装车行为；s4：基于卡车位置信息和位姿变化参数信息，判断装车行为过程中挖掘机的铲斗位置、挖掘机的动作时长，是否符合对应的装车条件，若均符合，则判断挖掘机的装车行为有效。2.根据权利要求1所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，所述的步骤s2，包括：基于位姿变换信息确定性挖掘机的挖掘动作、旋转动作和卸载动作；所述的步骤s3，包括：判断一定时间内连续出现以下动作的一组或几组排列组合时，识别挖掘机具有装车行为：挖掘动作-旋转动作-卸载动作-旋转动作。3.根据权利要求2所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，在所述的步骤s1中，位姿变换参数信息包括：设置于挖掘机上的两个定位天线的天线坐标信息；所述的基于位姿变换信息确定性挖掘机的旋转动作，包括：基于两个天线坐标信息确定天线连线的直线位置信息，其中，天线连线指两个定位天线的连线；基于直线位置信息，将前、后时刻的天线连线的位置进行比较，若存在夹角，则确定挖掘机做出旋转动作。4.根据权利要求2所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，在所述的步骤s1中，位姿变换参数信息包括：反映大臂与挖掘机车身间夹角的大臂角度信息、反映大臂与小臂间夹角的小臂角度信息、反映小臂与铲斗间夹角的铲斗角度信息；所述的基于位姿变换信息确定性挖掘机的挖掘动作和卸载动作，包括：通过前、后时刻的大臂角度信息和小臂角度信息所反映的角度变化，确定大臂和小臂的起落姿态；通过前、后时刻铲斗角度信息所反映的角度变化，确定铲斗的开合姿态；在确定起落姿态为落下且开合姿态为闭的情况下，判断挖掘机做出挖掘动作；在确定起落姿态为抬起且开合姿态为开的情况下，判断挖掘机做出卸载动作。5.根据权利要求4所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，在位姿变换参数信息中，通过设置于铲斗的铲斗姿态传感器所检测的信息确定铲斗角度信息，通过设置于小臂的小臂姿态传感器所检测的信息确定小臂角度信息，通过设置于大臂的大臂姿态传感器所检测的信息确定小臂角度信息。6.根据权利要求1所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，在所述的步骤s4中，装车条件包括铲斗位置条件；所述的判断装车行为过程中挖掘机的铲斗位置是否符合对应的装车条件，包括：基于卡车位置信息确定误差位置范围；基于挖掘机的连杆装置建立连杆装置坐标系，并基于位姿变化参数信息确定铲斗在连
杆装置坐标系的第一位置信息；基于挖掘机位置信息以及连杆装置的旋转角度，将铲斗在连杆装置坐标系的第一位置信息转换为大地坐标系的第二位置信息；将装车行为中卸载动作进行时的第二位置信息与误差位置范围比较，若始终处于误差位置范围内，则确定满足铲斗位置条件。7.根据权利要求6所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，所述的第一位置信息(d
x
、d
y
、d
z
)的计算表达式如下：其中，l
ab
指大臂直线长度，l
bc
指小臂直线长度，α指大臂与挖掘机的车身水平面的夹角，β指大臂与小臂的夹角，γ指小臂与铲斗的夹角。8.根据权利要求1所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，在所述的步骤s4中，装车条件包括卸载时间条件；所述的装车行为过程中挖掘机的动作时长是否符合对应的装车条件，包括：确定装车行为中卸载动作所用的实际卸载时间；判断实际卸载时间是否大于预设卸载时间，若是，则确定满足卸载时间条件。9.根据权利要求1所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，还包括：挖掘机进行装车行为次数达到预设行为次数，且卡车驶离挖掘机的装载范围，则确定产量计数增加一车。10.根据权利要求1所述的基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，其特征在于，还包括：通过卡车调度系统获取设备信息、司机信息、物料信息，并与对应的挖掘机装车行为关联、存储。

技术总结
本发明公开了一种基于卡车调度系统的露天矿挖掘机装车识别方法，包括：通过卡车调度系统获取卡车位置信息和挖掘机的位姿变化参数信息；基于位姿变化信息确定挖掘机的动作；基于各动作在连续时间上的排列组合方式判断识别挖掘机的装车行为；基于卡车位置信息和位姿变化参数信息，判断装车行为过程中挖掘机的铲斗位置、挖掘机的动作时长，是否符合对应的装车条件，若均符合，则判断挖掘机的装车行为有效。本发明通过对挖掘机各种动作的识别，准确判断挖掘机的装车行为，实现了对露天矿开采所用到的挖掘机、卡车进行准确有效地监控，还为统计物料产量、司机作业量等提供了必要且精确的数据信息基础，提升了对露天矿开采整体的监控管理能力。监控管理能力。监控管理能力。


技术研发人员：何帅 李玲玲 缪海宾 赵力 陈炳坤 姜天琪 王丹 苑睿洋
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/7/12