CN117361042B - 一种城市地下物资运输***及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市地下物资运输***及其工作方法，所述***包括地下干线运输管道、配送节点、轨道、以及AGV小车；所述地下干线运输管道为双向管道，所述地下干线运输管道布设于多个配送节点之间，所述地下干线运输管道内设有轨道，所述轨道底部安装有通电线圈，所述轨道上运行有多个AGV小车，所述AGV小车安装有超导磁铁，所述通电线圈产生的磁场极性与超导磁铁的极性保持相同，使小车悬浮于轨道运行，本发明通过建设专用物资运输干线管道及相应的配送节点，选择最优路径进行物资的配送，速度快且安全性高。

Description

一种城市地下物资运输***及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种城市地下物资运输***及其工作方法，属于物资运输技术领域。

背景技术

现在物流现状:

1，快递存在人工分练错误，丢件问题；

2，遇到购物高峰期，物流停滞，快递员紧缺；

3，未积极贯彻落实节能低碳环保；

4，处理紧急情况的能力较差；

5，快递送货上门存在一定的危险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种城市地下物资运输***及其工作方法，建设专用物资运输干线管道及相应的配送节点，选择最优路径进行物资的配送。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种城市地下物资运输***，包括：地下干线运输管道、配送节点、轨道、以及AGV小车；所述地下干线运输管道为双向管道，所述地下干线运输管道布设于多个配送节点之间，所述地下干线运输管道内设有轨道，所述轨道底部安装有通电线圈，所述轨道上运行有多个AGV小车，所述AGV小车安装有超导磁铁，所述通电线圈产生的磁场极性与超导磁铁的极性保持相同，使小车悬浮于轨道运行。

进一步的，所述AGV小车安装有高功率空气压缩机和鼓风机，用于从车头吸入空气，降低地下干线运输管道的管内气压。

进一步的，所述配送节点内设有中转站，所述中转站中设有仓库、货架以及机械臂，所述货架上设有多个布置有RFID码的货物，通过所述机械臂将货物放入AGV小车中，AGV小车上设有RFID码识别装置，用于识别货物上面的RFID码，对货物进行跟踪。

进一步的，每个AGV小车中均设有一组可供中转站进行识别的比特码，所述比特码中包括目的地址的代号和源地址的代号，所述中转站中设有用于存储识别信息的数据表，所述数据表通过向子网发送信息进行实时交互更新。

进一步的，所述地下干线运输管道与配送节点连接处设有真空管道闸口，所述真空管道闸口前方设有减压舱。

第二方面，本发明提供一种根据前述任一项所述的城市地下物资运输***的工作方法，包括：

AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货，并通过别货物上面的RFID码，对货物信息进行跟踪；

装有相同RFID码货物的小车自动结成一个车队，进入地下干线运输管道，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输；

AGV小车从源站点进入中转站后，中转站识别小车的比特码，将识别数据存储至数据表，并通过检查数据表，决定货物发往的下一个中转站；

AGV小车到达自己的目的地，自动脱离车队，进入自己所要去的中转站，剩余小车继续前进，此过程循环往复，完成运输。

进一步的，AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货时，配送节点收到指令，开始运作，所需货物的仓库分区接收到该仓库的调度指令后响应，将在货架上的货物用机械臂夹出，放到已经驶来的智慧托盘小车上面，智慧小车承载着货物来到传送带旁边，利用抓取机器人将货物放入AGV小车中，一辆小车放满后，下一辆小车会继续装载。

进一步的，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输时，后一组小车队速度慢于前方小车队，前一组小车队根据管道前方的车流量和速度自动调节自身的速度，后面的小车队根据前方小车队实时反馈的速度和流量信息调节自身的速度，后方小车队也反馈此小车队之后的速度和流量道路情况，形成负反馈调节，使前方小车队加速或者减速，不同轨道的小车队在过十字路口时提前发出信号，通过计算是否会有碰撞发生，计算得知该小车队是改变方向还是径直通过交叉路口，为小车队转弯预留时间，另一个轨道与其一同通过十字路口的小车队其中一方进行避让。

进一步的，货物每经过一个中转站，所经中转站会在货物的RFID码上添加自己的地址码，让下一个中转站知道它所经的所有中转站。

进一步的，所述AGV小车从源站点进入中转站，还包括：

AGV小车从源站点出发；

AGV小车在运输管道内和基站进行实时信息交互，进行目的站编号与下一站编号核对；

AGV小车进入中转站后，进行比特是否为0的判决；

如果为0，则AGV小车出站，物件送达站点；如果不为0，检查下一站点编号是否与本站点编号一致；

如果一致，检查失误比特是否为0，为0则将下一目的的编码由基站规划分配后，向下一目的地前进，不为0则将下一目的地址从暂存点编号中取出，向下一目的地前进；

如果不一致，则更改小车目的地址为原先下一站点编号，将原先目的地址暂存于暂存点编号，并判断失误比特是否溢出，未溢出，则向原先下一站点前进，溢出则就近出站重新规划路线；

重复以上步骤，直至AGV小车出站，物件送达站点，将小车重新投入使用。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、安全性

轨道内小车的运行规则问题：同一轨道上用车队的形式进行运输，通往一个目的地的一列小车运行速度相同，且每一组小车之间有一段安全距离。若有车队需要中途改变方向前往中转站时，可自行驶出轨道，若该过程需要改变速度，小车可发出信号，后面小车接收信号后可以在安全距离内调节自身速度，减速的实现可通过算法得到。此外，还可通过算法计算小车在到达终点站前多少距离需要开始减速。

2、高效性

路线调整灵活，当部分路线因故无法运行时可及时改变，做出调整，保证物资配送安全。

3、保密性

全***管理方式全面国产化，且交通管网地下深层铺设难以被探测与入侵，最大程度保障路线的隐秘与安全。

4、时效性

（1）地下物流运输高效性—保障交通通畅。

（2）高度自动化控制水平。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地下运输过程剖透视示意图；

图2是本发明实施例提供的物资运送过程流程图；

图3是本发明实施例提供的双向管道的示意图。

图中：1、AGV小车；2、分流点；3、双向管道；4、减压舱；5、机械臂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例

如图1所示，本实施例介绍一种城市地下物资运输***，包括：地下干线运输管道、配送节点、轨道、以及AGV小车1；所述地下干线运输管道为双向管道3，所述地下干线运输管道布设于多个配送节点之间，所述地下干线运输管道内设有轨道，所述轨道底部安装有通电线圈，所述轨道上运行有多个AGV小车，所述AGV小车安装有超导磁铁，所述通电线圈产生的磁场极性与超导磁铁的极性保持相同，使小车悬浮于轨道运行。

在进一步实施例中，所述AGV小车安装有高功率空气压缩机和鼓风机，用于从车头吸入空气，降低地下干线运输管道的管内气压。

在进一步实施例中，所述配送节点内设有中转站，所述中转站中设有仓库、货架以及机械臂5，所述货架上设有多个布置有RFID码的货物，通过所述机械臂5将货物放入AGV小车中，AGV小车上设有RFID码识别装置，用于识别货物上面的RFID码，对货物进行跟踪。

在进一步实施例中，每个AGV小车中均设有一组可供中转站进行识别的比特码，所述比特码中包括目的地址的代号和源地址的代号，所述中转站中设有用于存储识别信息的数据表，所述数据表通过向子网发送信息进行实时交互更新。

在进一步实施例中，所述地下干线运输管道与配送节点连接处设有真空管道闸口，所述真空管道闸口前方设有减压舱4。

实施例

第二方面，本发明提供一种根据实施例1中任一项所述的城市地下物资运输***的工作方法，包括：

AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货，并通过别货物上面的RFID码，对货物信息进行跟踪；

装有相同RFID码货物的小车自动结成一个车队，进入地下干线运输管道，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输；

AGV小车从源站点进入中转站后，中转站识别小车的比特码，将识别数据存储至数据表，并通过检查数据表，决定货物发往的下一个中转站；

AGV小车到达自己的目的地，自动脱离车队，进入自己所要去的中转站，剩余小车继续前进，此过程循环往复，完成运输。

在进一步实施例中，AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货时，配送节点收到指令，开始运作，所需货物的仓库分区接收到该仓库的调度指令后响应，将在货架上的货物用机械臂夹出，放到已经驶来的智慧托盘小车上面，智慧小车承载着货物来到传送带旁边，利用抓取机器人将货物放入AGV小车中，一辆小车放满后，下一辆小车会继续装载。

在进一步实施例中，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输时，后一组小车队速度慢于前方小车队，前一组小车队根据管道前方的车流量和速度自动调节自身的速度，后面的小车队根据前方小车队实时反馈的速度和流量信息调节自身的速度，后方小车队也反馈此小车队之后的速度和流量道路情况，形成负反馈调节，使前方小车队加速或者减速，不同轨道的小车队在过十字路口时提前发出信号，通过计算是否会有碰撞发生，计算得知该小车队是改变方向还是径直通过交叉路口，为小车队转弯预留时间，另一个轨道与其一同通过十字路口的小车队其中一方进行避让。

在进一步实施例中，货物每经过一个中转站，所经中转站会在货物的RFID码上添加自己的地址码，让下一个中转站知道它所经的所有中转站。

在进一步实施例中，所述AGV小车从源站点进入中转站，还包括：

AGV小车从源站点出发；

AGV小车在运输管道内和基站进行实时信息交互，进行目的站编号与下一站编号核对；

AGV小车进入中转站后，进行比特是否为0的判决；

如果为0，则AGV小车出站，物件送达站点；如果不为0，检查下一站点编号是否与本站点编号一致；

如果一致，检查失误比特是否为0，为0则将下一目的的编码由基站规划分配后，向下一目的地前进，不为0则将下一目的地址从暂存点编号中取出，向下一目的地前进；

如果不一致，则更改小车目的地址为原先下一站点编号，将原先目的地址暂存于暂存点编号，并判断失误比特是否溢出，未溢出，则向原先下一站点前进，溢出则就近出站重新规划路线；

重复以上步骤，直至AGV小车出站，物件送达站点，将小车重新投入使用。

下面结合一个优选实施例，对上述实施例中设计到的内容进行说明。

（1）工程建设技术

深层开发地下空间，建设专用物资运输干线管道及相应的配送节点。管道采用小口径集约化设计，直径约1.1m，管道内运行的自动导向车（AGV）采用超临界碳纤维材料，具有坚固、轻质、风阻低、运量大等特性。

（2）运输过程

自动导向车（AGV）运行采用低真空管道磁悬浮技术。利用超导磁悬浮技术与地面脱离接触，使摩擦阻力接近于0，于此同时利用内部接近真空的管道大幅减少空气阻力，从而实现800km/h的“近地飞行”。AGV进入地下干线运输管道，到达真空管道闸口前，在管道内部进行减压处理后闸口打开（管道内气压降至100Pa），AGV小车进入后，每一组小车队按照固定的速度出发，后一组小车队紧随其后，但速度慢于前方小车队，前一组小车队根据管道前方的车流量和速度自动调节自身的速度，后面的小车队根据前方小车队实时反馈的速度和流量信息调节自身的速度，后方小车队也可反馈此小车队之后的速度和流量道路情况，形成负反馈调节，使前方小车队加速或者减速。因为道路之间节点相通路径相连，所以会出现小车队并轨现象，这就要求处于不同轨道的小车队在过十字路口的分流点2时提前发出信号，通过计算是否会有碰撞发生，计算得知该小车队是改变方向还是径直通过交叉路口，才能为小车队转弯预留时间，另一个轨道与其一同通过十字路口的小车队其中一方进行避让，是加速还是减速抑或是根据道路实时情况决定（如下图1所示为地下运输过程剖透视示意图）。

AGV小车安装有高功率空气压缩机和鼓风机，可以从车头吸入空气，更近一步降低管内气压。车厢内部装有超导磁铁，轨道底部安装了线圈，通电后，线圈产生的磁场极性与车厢的电磁体极性保持相同，两者“同性相斥”，使小车悬浮于轨道运行。

（3）信息传递方式

物资在起点装货时，利用RFID技术，以不同的收货区域为标准，完成货物的智能化分拆，配送节点收到指令后，开始运作，所需货物的仓库分区接收到该仓库的调度指令后响应，将在货架上的货物用机械臂夹出，放到已经驶来的智慧托盘小车上面，智慧小车承载着货物来到传送带旁边，利用抓取机器人将货物放入AGV小车中，放入的瞬间AGV小车可自动识别货物上面的RFID码，货物信息开始被跟踪，一辆小车可能、无法放所有的货物，因此一辆小车放满即可，下一辆小车会继续装载，因为同一批货物（终点相同的）的识别码相同，所以装有同一批货物的小车自动结成一个车队，在轨道中运输时可以看成一组AGV小车,大大减少了计算的复杂度。与此同时，AGV小车自动识别各方将要一起通过交叉点的小车，通过数据的交换，控制各方速度，并且相同路线的小车会结合成一个车队，若有小车到达自己的目的地，可以自动脱离车队，进入自己所要去的中转站，剩余小车继续前进，此过程会循环往复。

（4）物资运送过程

①AGV小车信号编码

每一个小车都有一组比特码，可以由中转站进行识别，和路由器及交换机同理。码字里包含了目的地址的代号和源地址的代号。每一个中转站都有一个数据表，数据表会向所在子网发送信息进行实时交互更新，了解周围的拓扑结构。每一个物件到达一个新的中转站，中转站会检查数据表，决定此物件发往的下一个中转站。所经中转站会在该码上添加自己的地址码，让下一个中转站知道它所经的所有中转站，避免送错站点发生死循环。若有中转站在维修或者其他方面原因无法承担该中转任务，则其周围的基站会检测到此路不通，并会在接收该物件时更改码上的原定路线，换路而行。（如下图2所示）

编码原理：

1）源站点编号：前六个bit为省级行政区的划分，中间7—12个bit为地级市的划分，后面13—18个bit为县级行政区的划分，最后19—32个bit为乡级行政区，即县内的站点编号（从尾号为1开始）。该小车从哪里来，源站点的编号为出发站点的编号。

2) 目的站点编号：划分方法与源站点编号的划分相同，小车最终到达的站点编号为目的站点编号。

3) 中转站个数：从源站点发出时会预定好其将经过的站点个数（扣除源和目的），每经过一个站点后减1。若期间改变路径则重新规化路线，然后改变中转站的点数。

4)下一站点编号：下一站编号划分同源站点编号。在小车进过中转站时，管道内部的扫描仪会读取该小车上的32个bit，如果对得上（采取异或运算），本站点的编号，则更换下一站点码字，并且直接可以发出。若对不上，则优先发往本应该发向的站点（重复正常工作状态下的发送模式，发往本该经过的站点）。

5)校对比特：扫描仪会在更改下一站点时关注校对比特。

6)校对比特是对比目的地址和下一点的字段；校对比特可根据这个段内码字逐个进行异或计算，如果都相同则校对比特为0，否则为1；为0者可以直接出管道进站（注：核对比特是在管道运输中由小车自身进行校对计算)

7) 失误比特：记录该小车连续走错的次数，若该小车走错1次，则失误比特为01，然后先将目的站点编号改为下一个本应发向的站点，原目的站点编号先存在后面的暂存站点编号。如果纠正过来，则失误比特-1；若在此期间再次走错则累加，和循环嵌套模式一样，将第二个本应到达的地址放在暂存站点编号。该机制只允许出现三次错误，若超出则失误比特溢出，则需令小车出站，重新规化路线。

8) 暂有站点编号：前35bit个为第三个错误地址，中间35个bit为第二个地址，最后35bit为第一个错误地址。35个bit内前32个 bit 为他址，后3个 bit 为000，帮助其间隔开。当地址由于小车回归正轨而被取走时，即可从前往后取，取完的位清零。

此种编码原理的优势在于，能为物件运送至正确的目的地提供强有力的保障，还可以提升运输效率，避免非必要的因素影响小车在运输途中的速度。且此种识别比特码确认路径的方式，在现今的交通导航确认路径中并没有使用过，而将其应用于地下可以弥补因北斗卫星定位***在地下的无法精确定位的缺陷，算是在地下运输导航中的创新应用。

4.2最短路径选择

小车的行驶路径由导航***规划，然后输入到小车的芯片中，由***快速调配小车至出口经过减压舱进入磁悬浮管道。此后，小车行驶至每一个站点，都会有识别***对小车的编码进行识别；若经过岔路，则运用最基本的与非门进行快速分拨。若识别小车的路径均无问题，最终小车会将物件顺利运送至指定站点。

自动导向车（AGV）运行过程采用“地下北斗***”实现定位导航、路线规划及后台运行管理。现阶段，我国正在积极推进地下北斗***的建设与使用，该***综合了“北斗卫星导航***（BDS）+超宽带（UWB）+地理信息空间数字化”等技术，其中“地理空间数字化技术”是该***实现精准定位的最优解。“应用地理空间数字化技术”可对城市轨道各个应用服务型区域进行数据采集，以同步定位与地图构建（SLAM）技术为核心，包含了感知、定位、见图三个过程，在形成电子地图的基础上，进一步开发作为路径导航规划的基础，实现地下空间的最优路径规划，具有安全系数高、检索速度快等特点。

（5）配送节点的建设:每一个片区划分一个配送的总部，总部的功能分为区内与跨区两部分，总部的选择是按照地方经济实力进行选择，下面再划分小的配送中心，区内运输区内自我协调，如果接受到跨区运输，需要和经过各区的总部发送请求，协调路线。

（6）智能场景的搭建：

1）自动导向车（AGV）设计，容量大，阻力小，采用流线型，可自动识别货物等特性。

2）中转站场景的搭建布置及内部功能的运作。

（7）管道双向通行的建设：管道的外形为双向拱形，可进行往返，双向传输，不会因为平行的上下车道影响小车整体运输过程。（如下图3所示）

本实施例具有如下有益效果：

1、安全性

轨道内小车的运行规则问题：同一轨道上用车队的形式进行运输，通往一个目的地的一列小车运行速度相同，且每一组小车之间有一段安全距离。若有车队需要中途改变方向前往中转站时，可自行驶出轨道，若该过程需要改变速度，小车可发出信号，后面小车接收信号后可以在安全距离内调节自身速度，减速的实现可通过算法得到。此外，还可通过算法计算小车在到达终点站前多少距离需要开始减速。

2、高效性

路线调整灵活，当部分路线因故无法运行时可及时改变，做出调整，保证物资配送安全。

3、保密性

全***管理方式全面国产化，且交通管网地下深层铺设难以被探测与入侵，最大程度保障路线的隐秘与安全。

4、时效性

（1）地下物流运输高效性—保障交通通畅。

（2）高度自动化控制水平。

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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种城市地下物资运输***，其特征在于，包括：地下干线运输管道、配送节点、轨道、以及AGV小车；所述地下干线运输管道为双向管道，所述地下干线运输管道布设于多个配送节点之间，所述地下干线运输管道内设有轨道，所述轨道底部安装有通电线圈，所述轨道上运行有多个AGV小车，所述AGV小车安装有超导磁铁，所述通电线圈产生的磁场极性与超导磁铁的极性保持相同，使小车悬浮于轨道运行；

所述配送节点内设有中转站，所述中转站中设有仓库、货架以及机械臂，所述货架上设有多个布置有RFID码的货物，通过所述机械臂将货物放入AGV小车中，AGV小车上设有RFID码识别装置，用于识别货物上面的RFID码，对货物进行跟踪；

每个AGV小车中均设有一组可供中转站进行识别的比特码，所述比特码中包括目的地址的代号和源地址的代号，所述中转站中设有用于存储识别信息的数据表，所述数据表通过向子网发送信息进行实时交互更新；

其中，AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货，并通过识别货物上面的RFID码，对货物信息进行跟踪；

装有相同RFID码货物的小车自动结成一个车队，进入地下干线运输管道，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输；

AGV小车从源站点进入中转站后，中转站识别小车的比特码，将识别数据存储至数据表，并通过检查数据表，决定货物发往的下一个中转站；

AGV小车到达自己的目的地，自动脱离车队，进入自己所要去的中转站，剩余小车继续前进，此过程循环往复，完成运输。

2.根据权利要求1所述的城市地下物资运输***，其特征在于：所述AGV小车安装有高功率空气压缩机和鼓风机，用于从车头吸入空气，降低地下干线运输管道的管内气压。

3.根据权利要求2所述的城市地下物资运输***，其特征在于：所述地下干线运输管道与配送节点连接处设有真空管道闸口，所述真空管道闸口前方设有减压舱。

4.一种根据权利要求3所述的城市地下物资运输***的工作方法，其特征在于，包括：

AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货，并通过识别货物上面的RFID码，对货物信息进行跟踪；

装有相同RFID码货物的小车自动结成一个车队，进入地下干线运输管道，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输；

AGV小车从源站点进入中转站后，中转站识别小车的比特码，将识别数据存储至数据表，并通过检查数据表，决定货物发往的下一个中转站；

AGV小车到达自己的目的地，自动脱离车队，进入自己所要去的中转站，剩余小车继续前进，此过程循环往复，完成运输。

5.根据权利要求4所述的城市地下物资运输***的工作方法，其特征在于，AGV小车在起点配送节点的仓库进行装货时，配送节点收到指令，开始运作，所需货物的仓库分区接收到该仓库的调度指令后响应，将在货架上的货物用机械臂夹出，放到已经驶来的智慧托盘小车上面，智慧托盘小车承载着货物来到传送带旁边，利用抓取机器人将货物放入AGV小车中，一辆小车放满后，下一辆小车会继续装载。

6.根据权利要求4所述的城市地下物资运输***的工作方法，其特征在于，每一组车队按照固定的速度在地下干线运输管道中进行运输时，后一组小车队速度慢于前方小车队，前一组小车队根据管道前方的车流量和速度自动调节自身的速度，后面的小车队根据前方小车队实时反馈的速度和流量信息调节自身的速度，后方小车队也反馈此小车队之后的速度和流量道路情况，形成负反馈调节，使前方小车队加速或者减速，不同轨道的小车队在过十字路口时提前发出信号，通过计算是否会有碰撞发生，计算得知该小车队是改变方向还是径直通过交叉路口，为小车队转弯预留时间，另一个轨道与其一同通过十字路口的小车队其中一方进行避让。

7.根据权利要求4所述的城市地下物资运输***的工作方法，其特征在于，货物每经过一个中转站，所经中转站会在货物的RFID码上添加自己的地址码，让下一个中转站知道它所经的所有中转站。

8.根据权利要求4所述的城市地下物资运输***的工作方法，其特征在于，所述AGV小车从源站点进入中转站，还包括：

AGV小车从源站点出发；

AGV小车在运输管道内和基站进行实时信息交互，进行目的站编号与下一站编号核对；

AGV小车进入中转站后，进行比特是否为0的判决；

如果为0，则AGV小车出站，物件送达站点；如果不为0，检查下一站点编号是否与本站点编号一致；

如果一致，检查失误比特是否为0，为0则将下一目的地编码由基站规划分配后，向下一目的地前进，不为0则将下一目的地址从暂存点编号中取出，向下一目的地前进；

如果不一致，则更改小车目的地址为原先下一站点编号，将原先目的地址暂存于暂存点编号，并判断失误比特是否溢出，未溢出，则向原先下一站点前进，溢出则就近出站重新规划路线；

重复以上步骤，直至AGV小车出站，物件送达站点，将小车重新投入使用。