一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及机场车辆环境定位技术领域，尤其涉及一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法、装置及其系统。


背景技术：

2.机场无人驾驶设备的应用是为平安机场建设提供重要保障，是有效预防人因失误、违规作业，解决机坪刮碰、防范跑道侵入等不安全事件的有效手段；是为绿色机场建设提供重要工具，是优化地面保障效率、提高设备协同运行、减少资源消耗的实践；是为智慧机场建设搭建重要场景，是为了提高机场自动化和智能化的保障能力。产品主要特点：实现民航高质量发展转型的典型应用；是为人文机场建设形成重要驱动，是提高航空器地面运行效率，改善机坪人员作业环境，提高旅客出行体验和增强员工安全感的综合融合感知技术。
3.机场作为密闭环境下的特定的应用场景，无人驾驶改造必不可少，无人驾驶车辆通过搭载感知传感器以及车载运算单元（工控机+域控制器），集成融合感知算法技术，支持车辆在无人驾驶过程中实现人-车-路-边-云协同、路径规划、实时定位、远程监控等，实现机场环境下的车辆l4无人驾驶。
4.为实现机场车辆的无人驾驶，需要保持机场车辆能够时刻定位自身的位置，并感知车辆周边的环境，基于自身的环境定位与感知，才能进一步通过控制车辆的动力系统实现自动驾驶，为此，先提出一种应用于机场车辆的环境定位方法、装置及系统。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述现有民航机场车辆无人驾驶存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明一个目的是提供一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法，其目的在于解决机场车辆无法轻易获取周边环境的信息，而不能实现精准定位的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法，此感知方法包括如下步骤：通过卫星定位传感器获取车辆于机场的位置信息；通过分布于车辆四周的感知装置根据各自的探测范围获取车辆四周不同区域范围的图像信息和激光点云信息；处理器接收位置信息、图像信息及激光点云信息并进行融合处理；对比高清地图，得到车辆精准的位置环境信息。
9.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法的一种优选方案，其中：所述通过卫星定位传感器获取车辆于机场的位置信息包括，获取机场的地图信息，并得出车辆在地图信息中的位置。
10.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法的一种优选方案，其中：
融合处理图像信息及激光点云信息，包括，对车辆四周不同位置的图像信息及激光点云信息去噪处理，并识别出背景信息中的障碍物；计算出车辆与各障碍物之间的相对间距；对所述障碍物进行跟踪，计算出所述障碍物的运动速度和方向。
11.本感知方法的有益效果：通过在机场车辆中设置卫星定位传感器及感知装置，能够获取到车辆的位置及其周边的实时环境，在数据处理后，对比测绘的高清地图能够大幅提高车辆定位的位置及感知所处环境中的位置。
12.本发明第二个目的是提供一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置，其目的在于解决现有机场车辆上不能简单快速装配一些感知器件的问题。
13.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置，此感知装置包括壳体单元、限位单元和感知单元，其中，壳体单元，包括外壳，所述外壳分隔有若干个安装腔，且各所述安装腔上均设置有偏转盖；限位单元，设置于所述安装腔内，其包括第一限位组件和第二限位组件，两限位组件相互配合，且能够与所述偏转盖配合转动；感知单元，设置于所述安装腔内，且限位于所述第一限位组件和第二限位组件之间，其包括固定座和安装于所述固定座上的感知器件。
14.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的一种优选方案，其中：所述安装腔的两侧壁上对称设置有限位凸条、限位孔和传动齿轮，所述限位孔设置于所述限位凸条的上方，而所述传动齿轮设置于所述限位凸条的尾端；所述安装腔的两侧壁之间还设置有固定轴，所述偏转盖的一端转动套接于所述固定轴上。
15.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的一种优选方案，其中：所述偏转盖包括盖板、设置于所述盖板一端的偏转齿以及设置于所述盖板内的定位件；所述盖板的侧壁中设置有安装槽；所述定位件设置于所述安装槽内，其包括滑块、一端连接于所述滑块上的连接绳、连接于所述连接绳另一端的插接块，以及连接于所述插接块端部的限位弹簧；所述插接块能够配合插接于所述限位孔内。
16.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的一种优选方案，其中：所述第一限位组件包括第一限位板、设置于所述第一限位板顶部的第一齿板，以及设置于所述第一限位板底部两侧的第一挡板；所述第一齿板的顶部具有齿槽，能够与所述传动齿轮相啮合传动；所述第二限位组件包括第二限位板、设置于所述第二限位板一端的第二齿板，以及设置于第二限位板两侧的第二挡板；所述第二限位板上开设有放置槽，所述感知器件的侧壁能够配合放置于所述放置槽内；所述第二齿板的顶部具有齿槽，能够与所述偏转齿相啮合传动。
17.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的一种优选方案，其中：所述第一限位组件和第二限位组件于挡板之间，相对的侧壁上设置有张紧件，所述张紧件包括限位柱、张紧弹簧和连接于所述张紧弹簧端部的接触板，所述限位柱一端连接于所述第一限位板/第二限位板的侧壁上，另一端滑动插接于所述接触板的侧壁中，所述张紧弹簧远离所述接触板的一端连接于所述第一限位板/第二限位板的侧壁上。
18.作为本发明所述机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的一种优选方案，其中：所述固定座包覆于所述感知器件的外侧壁上，其底部能够限位于所述第一挡板和第二挡板之间；所述感知器件包括摄像头、激光雷达、远程雷达、近程雷达和超声波雷达。
19.本感知装置的有益效果：方便将壳体单元固定在机场车辆上，而在壳体单元中，通
过限制单元能够简单且快速的将感知器件，装设在壳体单元中，且能够具有良好稳固的限位环境，便于维护。
20.本发明第三个目的是提供一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知系统，其目的在于解决机场车辆无法快速获取车辆周边环境的信息，而不能实现精准定位的问题。
21.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知系统，此定位感知系统包括感知装置，还包括，定位单元，通过卫星定位传感器获取车辆于机场的位置信息；感触单元，获取车辆四周不同区域范围的图像信息和激光点云信息；处理单元，经数据接收模块接收位置信息、图像信息和激光点云信息，输出给处理模块进行处理，并经过对比模块对比处理后，通过输出模块输出处理数据。
22.本发明的有益效果：本发明中通过在机场车辆上装设感知装置来获取车辆的周边环境信息，通过感知单元及处理单元的处理分析后，精准快速得出机场车辆于机场中的所处位置。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法的步骤示意图。
24.图2为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知系统的原理示意图。
25.图3为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的安装示意图。
26.图4为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的整体结构示意图。
27.图5为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的安装腔结构示意图。
28.图6为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的a-a面剖视立体结构示意图。
29.图7为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的偏转盖内部结构示意图。
30.图8为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的限位单元和感知单元安装结构示意图。
31.图9为本发明机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置的b-b面剖视结构示意图。
具体实施方式
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
33.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
34.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
35.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
36.实施例1参照图1，为本发明第一个实施例，提供了一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知方法，此感知方法包括如下步骤：s1：通过卫星定位传感器获取车辆于机场的位置信息。
37.具体的，卫星定位传感器装设在车辆中，基于现有卫星定位传感器的精度，能够定位得出机场的地图信息，并得出车辆在机场地图信息中的位置，以及基于卫星定位传感器的功能，测试出车辆行驶的即时速度和方向。
38.s2：通过分布于车辆四周的感知装置g根据各自的探测范围获取车辆四周不同区域范围的图像信息和激光点云信息。
39.感知装置g根据需要分布安装在机场车辆车体的四周及顶部，获取机场车辆周围环境的实时状态，根据所要感知的情况，布置摄像头，获取车辆周边的实时图像，进而用于识别图像中的物体；布置激光雷达、远程雷达、近程雷达及超声波雷达用于获取车辆周边的物体分布，并快速计算出物体与本车辆之间的间距，而各不同雷达的结合用于配合探测车辆不同范围内的物体，从而实现不同范围的探测覆盖；通过各感知器件来获取车辆周边所处的环境。在此需要说明的是，感知装置g不仅仅包括上述的摄像头和雷达，还可以是其他用于环境探测的传感器及器件等。
40.s3：处理器接收位置信息、图像信息及激光点云信息并进行融合处理。
41.进一步的，通过卫星定位传感器获取车辆于机场的位置信息，而融合处理图像信息及激光点云信息，具体包括，对车辆四周不同位置的图像信息及激光点云信息去噪处理，并通过识别算法模型识别出背景信息中的障碍物；处理单元计算出车辆与各障碍物之间的相对间距，从而定位出车辆与障碍物之间的相对位置；进一步的，对障碍物进行跟踪，计算出障碍物相对于本车辆的运动速度和方向。
42.s4：对比高清地图，得到车辆精准的位置环境信息。
43.其中，高清地图可基于移动测绘车采集的机场环境模型数据，前期需要进行点云数据的分区、去噪、拼接等预处理，进而进行矢扯化、几何调整、增加属性和拓扑结构建立等加丁处理得到；也可通过无人机航测高精地图生产，基千校正、拼接等预处理得到的高精度正射影像图，采用自动与人丁相结合的方式进行数据矢扯化加丁处理。得到的高精地图需要通过多级质检保证最终成果数据的可靠性。以提前测绘得到的高清地图为基础，将机场车辆实时感知的得到的定位数据与之比较，形成定位校验，从而实现机场车辆的精准定位。
44.实施例2参照图2~4，为本发明的第二个实施例，该实施例用于说明机场车辆通过感知装置g来实现定位和环境感知的系统。具体的，提供了一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知系统，此定位感知系统包括感知装置g，还包括，定位单元400，通过卫星定位传感器获取车辆于机场的位置信息；感触单元500，获取车辆四周不同区域范围的图像信息和激光点云信息；处理单元600，经数据接收模块601接收位置信息、图像信息和激光点云信息，输出给处理模块602进行处理，并经过对比模块603对比处理后，通过输出模块604输出处理数据。
45.进一步的，定位单元400通过内置的卫星定位传感器d获得车辆的卫星定位数据，得到车辆于机场中的位置，并将此位置信息传输至处理单元600；同步的，感触单元500通过感知器件采集获取车辆周边的环境信息，在感知器件中即为图像信息和激光点云信息，各感知器件均通过与接收模块601相连，将采集的数据发送至处理模块602，处理模块601对位置信息、图像信息及激光点云信息同步处理融合处理后，生成融合定位信息，并在对比模块603与提前采集的高清地图进行对比校验，修正无人驾驶系统中车辆的定位数据，并感知车辆周边的环境，为车辆进一步的无人驾驶提供保障。
46.实施例3参照图4~9，为本发明的第三个实施例，该实施例用于说明装设在机场车辆上的感知装置g，用于解决在机场车辆上安装大量感知器件，而存在的感知器件安装过程复杂、装配时防护效果不佳，以及后期维护更换困难的问题。
47.因而，该实施例不同于第一个实施例的是：提供了一种机场无人驾驶车辆的环境定位感知装置，此感知装置包括壳体单元100、限位单元200和感知单元300。
48.具体的，壳体单元100，包括外壳101，外壳101分隔有若干个安装腔102，且各安装腔102上均设置有偏转盖103；为方便安装不同的感知器件，将外壳101分隔呈间隔排列的若干个安装腔102，每个安装腔102内均可安装一个感知器件302，并配置有独立的偏转盖103。
49.限位单元200，设置于安装腔102内，其包括第一限位组件201和第二限位组件202，两限位组件相互配合，且能够与偏转盖103配合转动；两限位组件在偏转盖103的驱动下配合，形成完整的限制机构，能够对放置于二者之间的感知器件302进行限位。
50.感知单元300，设置于安装腔102内，且限位于第一限位组件201和第二限位组件202之间，其包括固定座301和安装于固定座301上的感知器件302。其中，固定座301用于安装感知器件302，对感知器件302形成防护，并通过对固定座302的固定，实现对感知器件302的限位固定。
51.具体的，安装腔102的两侧壁上对称设置有限位凸条102a、限位孔102b和传动齿轮102c，限位孔102b设置于限位凸条102a的上方，而传动齿轮102c设置于限位凸条102a的尾端；安装腔102的两侧壁之间还设置有固定轴102d，偏转盖103的一端转动套接于固定轴102d上。
52.偏转盖103包括盖板103a、设置于盖板103a一端的偏转齿103b以及设置于盖板103a内的定位件103c；盖板103a的侧壁中设置有安装槽103a-1；定位件103c设置于安装槽103a-1内，其包括滑块103c-1、一端连接于滑块103c-1上的连接绳103c-2、连接于连接绳103c-2另一端的插接块103c-3，以及连接于插接块103c-3端部的限位弹簧103c-4；插接块103c-3能够配合插接于限位孔102b内。
53.更进一步的，每个安装腔102的上端均配设一个偏转盖103，偏转盖103具有偏转齿103b的一端的中部具有贯穿孔103d，贯穿孔103d转动连接在固定轴102d上，偏转齿103b的外侧壁上分布有齿槽。限位凸条102a及限位孔102b配合用于限定偏转盖103的偏转及放置位置；限位凸条102a还用于限定第二限位板202a的滑动位置。传动齿轮102c用于驱动第一限位组件201中第一限位板201a的移动。
54.偏转盖103中的盖板103a中具有安装槽103a-1，此安装槽103a-1并非一个单孔槽，而是一个用于安装定位件103c的不规则槽腔。具体的，定位件103c中滑块103c-1滑动在盖
板103a的外表面，其两侧为对称结构，通过连接绳103c-2连接了两个插接块103c-3，为保持插接块103c-3的线性运动，可在插接块103c-3的移动方向设置导向轮103c-5，进一步的，为保持插接块103c-3的插接限位状态，在插接块103c-3的端部设置了限位弹簧103c-4。初始状态下，限位弹簧103c-4处于原长，插接块103c-3的自由端伸出安装槽103a-1，并能够配合插接于限位孔102b内。
55.第一限位组件201包括第一限位板201a、设置于第一限位板201a顶部的第一齿板201b，以及设置于第一限位板201a底部两侧的第一挡板201c；第一齿板201b的顶部具有齿槽，能够与传动齿轮102c相啮合传动；第二限位组件202包括第二限位板202a、设置于第二限位板202a一端的第二齿板202b，以及设置于第二限位板202a两侧的第二挡板202c；第二限位板202a上开设有放置槽202a-1，感知器件302的侧壁能够配合放置于放置槽202a-1内；第二齿板202b的顶部具有齿槽，能够与偏转齿103b相啮合传动。
56.第一限位组件201和第二限位组件202配合使用，其中，第一齿板201通过顶部的第一齿板201b与传动齿轮102c啮合转动，而传动齿轮102c又与偏转齿103b啮合转动；第二齿板202通过端部的第二齿板202b直接与偏转齿103b啮合；在偏转盖103的偏转作用下，实现同步驱动第一限位组件201与第二限位组件202的运动，需要说明的是，二者为相对的运动状态，即同步的相互靠近或相互远离。
57.第一挡板201c和第二挡板202c位于各自限位板的下端，此二者的总长度短于安装腔102的长度，两挡板为成对设置，挡板之间形成的区域即为固定座301的放置位置。
58.第一限位组件201和第二限位组件202于挡板之间，相对的侧壁上设置有张紧件203，张紧件203包括限位柱203a、张紧弹簧203b和连接于张紧弹簧203b端部的接触板203c，限位柱203a一端连接于第一限位板201a/第二限位板202a的侧壁上，另一端滑动插接于接触板203c的侧壁中，张紧弹簧203b远离接触板203c的一端连接于第一限位板201a/第二限位板202a的侧壁上。
59.更进一步的，为保持感知单元300在两限位组件之间放置的稳定性，以及降低车辆在启停或碰撞时对感知单元300的顿挫或撞击损坏，需要对放置的感知单元300进行一定的限位防护，因而设置了张紧件203。具体的，限位柱203a和张紧弹簧203b的一端均与限位板相连，另一端均连接在接触板203c的侧壁上，需要说明的是，限位柱203a的一端能够滑动插接于接触板203c的侧壁中，用于限定接触板203c的移动方向，接触板203c的宽度小于挡板之间的间距大小，即小于固定座301的宽度。张紧弹簧203b用于保持接触板203c始终贴附于固定座301的侧壁上，用于保持固定座301的限位状态，能够缓冲由于车辆启停或碰撞时的惯性力。
60.固定座301包覆于感知器件302的外侧壁上，其底部能够限位于第一挡板201c和第二挡板202c之间；感知器件302包括摄像头、激光雷达、远程雷达、近程雷达和超声波雷达。
61.需要说明的是，固定座301用于安装及防护感知器件302，通过固定座301的安装来限定感知器件302的安装。在此，感知器件302安装在安装腔102内，其用于采集工作的一端穿过第二限位板202a的侧壁，并延伸出外壳101的外部，需要说明的是，偏转盖103的长度大于安装腔102的长度，即偏转盖103的自由端延伸在在安装腔102的外部，能够对感知器件302的顶部进行防护。
62.且在外壳101的底部和/或背部侧壁上，设置有用于固定的安装支架z，方便将此感
知装置g安装在机场车辆的外部侧壁上。
63.结合附图3~9中所示，安装过程中，在外壳101的安装腔102中，安装所需的感知器件302，将感知器件302限位安装于固定座301内，再将感知单元300整体放置于限位单元200中，操作过程中，拨动滑块103c-1，通过连接绳103c-2拉动两侧滑动设置的插接块103c-3，使得插接块103c-3的端部从限位孔102b内退出，缩回至安装槽103a-1内，此时，偏转盖103可围绕固定轴102d转动。拨动偏转盖103向上反转，偏转齿103b转动，直接带动第二限位板202a在安装腔102中滑动，通过传动齿轮102c带动第一限位板201a在安装腔102中滑动，且两限位板的滑动方向相反，使得用于放置感知单元300的限位空间变大，便于感知单元300的放入。
64.感知单元300放入前，张紧弹簧203b处于初始状态，接触板203c距离限位板的距离最大。当感知单元300完全放入后，接触板203c会先与固定座301的侧壁接触，再反向拨动偏转盖103，使其恢复至初始的关闭状态，再拨动偏转盖103的过程中，再偏转齿103b的反向转动下，第一限位组件201和第二限位组件202再次相互靠近，恢复至初始的靠近状态，将固定座301限位其中。且在动作过程中，接触板203c与固定座301侧壁接触的压力逐渐增大，张紧弹簧203b被逐渐压缩，从而保持固定座301于采集方向的两端被张紧限位。
65.进一步的，当偏转盖103偏转至初始位置时，将滑块103c-1由拨动位置释放，在限位弹簧103c-4的作用下，插接块103c-3再次插接在限位孔102b内，实现偏转盖103的再次锁定，完成感知单元300的安装过程。需要说明的是，为进行后期感知单元300的维护或更换，重复上述步骤即可。操作简单快速，安装维护的效果高。
66.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。