一种矿区道路无人矿卡可行域的确定方法和系统与流程

1.本发明属于于车辆无人驾驶领域，涉及一种矿区道路无人矿卡可行域的确定方法和系统。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，在乘用车领域，无人驾驶技术是基于高精度地图和道路的标志标线进行规划的。而在矿区，根本没有第三方提供的高精度地图可用。并且，矿区道路多为非铺装路面，难以建立健全的标志标线。故乘用车领域的地图无法在矿区使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种矿区道路无人矿卡可行域的确定方法和系统，能够获取矿区道路中车辆的可行进路线，为矿卡无人驾驶提供基础。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.一种矿区道路无人矿卡可行域的确定方法，包括以下步骤：
6.步骤1：测量起点和终点之间道路的两侧道沿坐标，并将车辆行驶的起点坐标和终点坐标作为对角连线构成矩形区域；
7.步骤2：将矩形区域以固定长度划分为多个栅格；
8.步骤3：每个栅格的四个角作为定位点，筛选出处于道路内的所有定位点；
9.步骤4：将处于道路内的所有定位点形成的区域作为所述车辆的可行域。
10.优选的，步骤1中，道路两侧道沿坐标的获取过程为：获得车辆到左侧道沿的距离，从而确定左侧道沿坐标分别为(x
0i
,y
0i
)(i＝0,1,
…
,m)，右侧道沿的坐标分别为(x
1i
,y
1j
)(j＝0,1,
…
,n)。
11.优选的，步骤1中，矩形区域的获取过程为：道路两侧道沿的最小坐标(x
min
,y
min
)作为起始点，最大坐标(x
max
,y
max
)作为终止点，将最小坐标(x
min
,y
min
)作为矩形其中一个角的坐标，最大坐标(x
min
,y
min
)作为最小坐标对角的坐标，从而确定矩形区域。
12.优选的，测量起点和终点之间道路的两侧道沿坐标时，每间隔a米进行一次测量，栅格边长大于等于道沿测量间距a。
13.优选的，步骤3中，判断定位点是否位于道路内的过程为：
14.定位点为ps(xs,ys)，找到左侧道沿的最近点p
0near
(x
0near
，y
0near
)和它在运动方向的下一个点的坐标p
0near+1
(x
0near+1
，y
0near+1
)，找到右侧道沿的最近点p
1near
(x
1near
，y
1near
)和它在运动方向的下一个点的坐标p
1near+1
(x
1near+1
，y
1near+1
)；
15.根据向量计算方法η＝(x
near-xs)
×
(y
near+1-ys)-(y
near-ys)
×
(x
near+1-xs)；
16.当η为正时，坐标ps位于向量p
near
→
p
near+1
的左边；当η为负时，坐标ps位于向量p
near
→
p
near+1
的右边；
17.分别把找到的左右两侧道沿的最近点和下一点的坐标带入η中，得到η
left
和η
right
；当η
left
为负且η
right
为正时，表示该点位于两侧道沿之间，为道路内；
18.其中x
near
、y
near
分别为：一侧道沿最近点的横坐标和纵坐标，x
near+1
、y
near+1
分别为：一侧道沿最近点运动方向的下一个点的坐标和纵坐标。
19.优选的，筛选出处于道路内的所有定位点后，依次判断车辆宽度和安全距离与每个定位点到道沿最近距离的关系，d
min
≥w
t
/2+d
safe
，d
min
为当前定位点到道沿的最近距离，w
t
为卡车宽度，d
safe
为安全距离，剔除不满足上述关系的定位点。
20.进一步，d
safe
的计算方法为：将车辆运动模型简化为自行车运动模型，前后轮在转弯时内差的计算方法：
[0021][0022]
其中r为转弯半径，l为轴距，δ为前轮转向角；
[0023]
将内差最大值作为安全距离d
safe
。
[0024]
一种矿区道路无人矿卡可行域的确定系统，包括：
[0025]
矩形区域构建模块，用于测量起点和终点之间道路的两侧道沿坐标，并将车辆行驶的起点坐标和终点坐标作为对角连线构成矩形区域；
[0026]
栅格划分模块，用于将矩形区域以固定长度划分为多个栅格；
[0027]
定位点筛选模块，用于每个栅格的四个角作为定位点，筛选出处于道路内的所有定位点；
[0028]
可行进路线确定模块，用于将出处于道路内的所有定位点依次连线，得到的连线为车辆的可行进路线。
[0029]
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述矿区道路无人矿卡可行域的确定方法的步骤。
[0030]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述矿区道路无人矿卡可行域的确定方法的步骤。
[0031]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0032]
本发明通过获取到道沿两侧的坐标，寻找两侧道沿的最小坐标作为起始点和最大坐标作为终止点，确定矩形区域，将矩形区域栅格化，在栅格交界处取点判断该点是否处于道路中间，从而得到车辆的可行域，在矿区没有第三方提供的高精度地图，采用该方法进行可行域建模，获取矿区道路中车辆的可行进路线，为矿卡无人驾驶提供基础，对于矿卡无人驾驶邻域意义重大。
[0033]
进一步，剔除不满足车辆宽度和安全距离大于当前定位点到道沿最近距离的定位点，保证道路安全性，避免车辆碰撞到道沿。
附图说明
[0034]
图1为本发明的流程示意图；
[0035]
图2为本发明中的车辆运动模型简化为自行车运动模型示意图。
具体实施方式
[0036]
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。
[0037]
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0038]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0039]
如图1所示，为本发明所述的矿区道路无人矿卡可行域的确定方法，包括以下步骤：
[0040]
步骤1、确定车辆行驶的矩形区域，具体包括以下步骤：
[0041]
步骤1.1、以矿区内调度站或破碎口作为地图的原点，对矿区道路的道沿每隔a米进行一次测量，并将gps坐标转换为相对地图原点的距离坐标进行存储.
[0042]
步骤1.2、通过激光测距获得矿卡到左侧道沿的距离，从而确定左侧道沿坐标分别为(x
0i
,y
0i
)(i＝0,1,
…
,m)，右侧道沿的坐标分别为(x
1i
,y
1j
)(j＝0,1,
…
,n)，两侧道沿的最小坐标(x
min
,y
min
)作为起始点，最大坐标(x
max
,y
max
)作为终止点，通过两个坐标就可以确定一个矩形的区域。
[0043]
步骤2：将所述矩形区域以固定长度划分为多个栅格；其中矩形区域栅格化的方法为：
[0044]
设栅格为正方形，边长为s米，且栅格边长大于道沿测量间距a，每个栅格的四个角作为定位点。
[0045]
步骤3、根据所述每个栅格的定位点与道路两侧边沿的距离关系，确定每个定位点是否在道路中；其中确定栅格定位点与道路两侧边沿距离关系的方法具体包括以下步骤：
[0046]
步骤3.1：已知ps(xs,ys)坐标，找到左侧道沿的最近点p
0near
(x
0near
，y
0near
)和它在运动方向的下一个点的坐标p
0near+1
(x
0near+1
，y
0near+1
)，找到右侧道沿的最近点p
1near
(x
1near
，y
1near
)和它在运动方向的下一个点的坐标p
1near+1
(x
1near+1
，y
1near+1
)；
[0047]
步骤3.2：根据向量计算方法η＝(x
near-xs)
×
(y
near+1-ys)-(y
near-ys)
×
(x
near+1-xs)(1)；
[0048]
当η为正时，坐标ps位于向量p
near
→
p
near+1
的左边；当η为负时，坐标ps位于向量p
near
→
p
near+1
的右边。
[0049]
分别把找到的左右两侧道沿的最近点和下一点的坐标带入(1)式，得到η
left
和η
right
。当η
left
为负且η
right
为正时，表示该点位于两侧道沿之间，为道路。
[0050]
其中x
near
、y
near
分别为：一侧道沿最近点的横坐标和纵坐标，x
near+1
、y
near+
1分别为：一侧道沿最近点运动方向的下一个点的坐标和纵坐标。
[0051]
步骤4：考虑卡车宽度和安全距离与每个定位点到道沿最近距离的关系，从而确定所述每个定位点能够用于所述车辆通行；其中确定卡车宽度和安全距离与当前定位点到道
沿最近距离关系的方法为：d
min
≥w
t
/2+d
safe
。
[0052]
该方法中d
min
当前坐标ps到道沿的最近距离，w
t
为卡车宽度，d
safe
为安全距离。
[0053]
当满足上述关系时，此时的定位点ps能够用于所述车辆通行，即ps为道路可行域点。
[0054]
其次d
safe
的计算方法为：
[0055]
由于无人矿卡轴距较长，前后轮在转弯时存在内差χ，
[0056]
将车辆运动模型简化为自行车运动模型，如图2所示，内差的计算方法：
[0057][0058]
其中r为转弯半径，l为轴距，δ为前轮转向角。
[0059]
安全距离应取内差的最大值χ
max
＝d
safe
，以提高计算速度，因此内差最大值χ
max
即为安全距离d
safe
。
[0060]
步骤5：将能够用于车辆通行的每个定位点形成的区域确定为所述车辆的可行域。
[0061]
通过步骤3、4确定栅格化后的定位点ps是否为可行域内的点，用二维矩阵m[m][n]来保存计算的结果，如果此栅格被判为处于两道沿之间即可行域内，则对应的二维矩阵元素设置为true，否则设置为false。
[0062]
本发明所述的矿区道路无人矿卡可以行进的可行域描述方法，使用gps获取矿卡精确定位，再根据激光测距获取矿卡到道沿两侧的距离，从而获取到道沿两侧的精确坐标，通过大量的激光测距数据，寻找两侧道沿的最小坐标作为起始点和最大坐标作为终止点，进一步确定矩形区域，将矩形区域栅格化，在栅格交界处取点并通过向量差值法判断该点是否处于道路中间，即所求可行域范围，在矿区没有第三方提供的高精度地图，采用该方法进行可行域建模，对于矿卡无人驾驶邻域意义重大。
[0063]
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
[0064]
本发明再一个实施例中，提供了一种矿区道路无人矿卡可行域的确定系统，该矿区道路无人矿卡可行域的确定系统可以用于实现上述矿区道路无人矿卡可行域的确定方法，具体的，该矿区道路无人矿卡可行域的确定系统包括矩形区域构建模块、栅格划分模块、定位点筛选模块以及可行进路线确定模块。
[0065]
其中，矩形区域构建模块用于测量起点和终点之间道路的两侧道沿坐标，并将车辆行驶的起点坐标和终点坐标作为对角连线构成矩形区域；栅格划分模块用于将矩形区域以固定长度划分为多个栅格；定位点筛选模块用于每个栅格的四个角作为定位点，筛选出处于道路内的所有定位点；可行进路线确定模块用于将出处于道路内的所有定位点依次连线，得到的连线为车辆的可行进路线。
[0066]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体
管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于矿区道路无人矿卡可行域的确定方法的操作，包括：步骤1：测量起点和终点之间道路的两侧道沿坐标，并将车辆行驶的起点坐标和终点坐标作为对角连线构成矩形区域；步骤2：将矩形区域以固定长度划分为多个栅格；步骤3：每个栅格的四个角作为定位点，筛选出处于道路内的所有定位点；步骤4：将处于道路内的所有定位点形成的区域作为所述车辆的可行域。
[0067]
再一个实施例中，本发明还提供了一种计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0068]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关矿区道路无人矿卡可行域的确定方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：步骤1：测量起点和终点之间道路的两侧道沿坐标，并将车辆行驶的起点坐标和终点坐标作为对角连线构成矩形区域；步骤2：将矩形区域以固定长度划分为多个栅格；步骤3：每个栅格的四个角作为定位点，筛选出处于道路内的所有定位点；步骤4：将处于道路内的所有定位点形成的区域作为所述车辆的可行域。
[0069]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0070]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0071]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0072]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0073]
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。
[0074]
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。