一种运梁车的运行控制方法、运梁车及可读存储介质与流程
本发明涉及运梁车技术领域，具体而言，涉及一种运梁车的运行控制方法、运梁车及可读存储介质。
背景技术：
现有建设高速铁路用的900t/1000t级运梁车通过隧道主要采用人工驾驶，由于运梁车通过隧道时运梁车上的箱梁外侧边沿离隧道壁仅仅只有180mm，人工驾驶运梁车必须四处观察，小心谨慎地以1km/h的低速才能通过隧道，即便如此梁片碰到隧道壁的事情也时有发生，一旦碰坏隧道壁，日后可能会出现掉渣的情况，这给以后高铁运行造成极大安全隐患。
技术实现要素：
本发明解决的问题是如何对运梁车的自动运行进行准确地控制，以避免运梁车与隧道产生碰撞。
为解决上述问题，本发明提供.一种运梁车的运行控制方法，包括：
获取用于表示隧道的壁面的多条三维点云数据；
根据所述三维点云数据确定所述隧道的中心线；
获取所述运梁车与所述中心线的偏移情况；
根据所述偏移情况控制所述运梁车运行。
进一步地，所述根据所述三维点云数据确定所述隧道的中心线包括：
根据多个所述三维点云数据生成所述隧道壁面在预设坐标系内的多个二维点云数据；
根据多个所述二维点云数据生成用于表示所述中心线的路径方程。
进一步地，所述偏移情况包括所述运梁车相对所述中心线的偏移距离；所述运梁车的控制方法还包括：
以所述运梁车的位置为所述预设坐标系的原点位置，实时更新所述预设坐标系；
所述获取所述运梁车与所述中心线的偏移情况包括：
根据更新后的所述预设坐标系和所述中心线在所述更新后的所述预设坐标系内的路径方程，计算所述运梁车相对所述中心线的偏移距离。
进一步地，所述隧道的壁面为椭圆形；所述根据所述二维点云数据生成用于表示所述中心线的路径方程包括：
根据各个所述二维点云数据中的坐标点的坐标数据生成与所述二维点云数据对应的椭圆曲线方程；
获取各个所述椭圆曲线方程所表示的椭圆曲线的顶点坐标；
根据各个所述顶点坐标生成用于表示所述中心线的路径方程，其中，多个所述椭圆曲线的顶点坐标的连线为所述中心线。
进一步地，根据各个所述二维点云数据中的坐标点的坐标数据生成与所述二维点云数据对应的椭圆曲线方程包括：
步骤s11、随机获取所述二维点云数据中第一预设数量个坐标点的椭圆坐标数据；
步骤s12、根据所述第一预设数量个椭圆坐标数据确定椭圆初始方程参数，并根据所述椭圆初始方程参数确定椭圆初始方程；
步骤s13、根据所述二维椭圆点云数据中剩余的坐标点的实际横坐标值和所述椭圆初始方程确定剩余的所述二维椭圆点云数据中坐标点的纵坐标预测值；
步骤s14、计算剩余的各个所述二维椭圆点云数据中坐标点的纵坐标预测值与所述点云实际纵坐标值的差值的平方和；
步骤s15、重复步骤s11-s14，获取第二预设数量个所述差值的平方和；
步骤s16、根据各个所述差值的平方和的大小情况确定所述椭圆曲线方程，其中，最小的所述差值的平方和对应的椭圆初始方程参数为所述椭圆曲线方程的方程参数。
进一步地，所述路径方程包括直线路径方程；所述根据各个所述顶点坐标生成用于表示所述中心线的路径方程包括：
步骤s21、随机获取所述顶点坐标中第三预设数量个坐标点的坐标数据；
步骤s22、根据所述第三预设数量个坐标数据确定直线初始方程参数，并根据所述直线初始方程参数确定直线初始方程；
步骤s23、根据所述顶点坐标中剩余的坐标点的实际横坐标值和所述直线初始方程确定剩余的所述顶点坐标中坐标点的纵坐标预测值；
步骤s24、计算剩余的各个所述顶点坐标中坐标点的纵坐标预测值与所述顶点实际纵坐标值的差值的平方和；
步骤s25、重复步骤s21-s24，获取第四预设数量个所述差值的平方和；
步骤s26、根据各个所述差值的平方和的大小情况确定所述中心线的路径方程，其中，最小的所述差值的平方和对应的直线初始方程参数为所述中心线的路径方程的方程参数。
进一步地，所述获取用于表示隧道的壁面的多条三维点云数据包括：
获取由三维激光雷达或深度相机扫描生成的多条三维点云数据。
本技术方案中，运梁车运行控制方法包括获取用于表示隧道的壁面的多条三维点云数据，多条三维点云数据即对应运梁车在运行过程中要依次经过的隧道顶面，由此，根据多条三维点云数据能够反映隧道壁面的实际情况，通常情况下，隧道的壁面与壁面下方的路面对应，对此，根据三维点云数据即能够确定隧道的在中心线，以此即能够根据中心线对运梁车的行走路线进行规划，其中，可根据运梁车与生成的中心线确定偏移情况，从而根据偏移情况对运梁车的在隧道内的运行进行纠偏，以避免运梁车与隧道碰撞，使运梁车在隧道内能够更加平稳精确地运行。
本发明还提出了一种运梁车，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的运梁车的运行控制方法。
进一步地，运梁车还包括三维激光雷达或深度相机，所述三维激光雷达或深度相机用于扫描隧道的壁面，以生成用于表示所述隧道的壁面的三维点云数据。
本发明的运梁车与上述的运梁车的运行控制方法相对于现有技术取得的有益效果相近似，在此不再赘述。
本发明还提出了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，当所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的运梁车的运行控制方法。
本发明的计算机可读存储介质与上述的运梁车的运行控制方法相对于现有技术取得的有益效果相近似，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例中的运梁车的运行控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中的运梁车在隧道内行驶时的示意图；
图3为本发明实施例中的三维点云数据的示意图；
图4为本发明实施例中对三维点云数据进行滤波处理后的示意图；
图5为本发明实施例中的二维点云数据的示意图；
图6为本发明实施例中的二维点云数据以及中心线的示意图；
图7为本发明实施例中根据偏移距离对运梁车进行控制的控制逻辑图；
图8为本发明实施例中根据椭圆长轴倾角、椭圆几何中心坐标、椭圆长轴长度确定椭圆顶点坐标的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
参照图1所示，本发明实施例的一种运梁车的运行控制方法，包括：
s1、获取用于表示隧道的壁面的多条三维点云数据；
s2、根据所述三维点云数据确定所述隧道的中心线；
s3、获取所述运梁车与所述中心线的偏移情况；
s4、根据所述偏移情况控制所述运梁车运行。
相关技术中，建设高速铁路用的900t/1000t级运梁车通过隧道主要采用人工驾驶，由于运梁车通过隧道时运梁车上的箱梁外侧边沿离隧道壁仅仅只有180mm，人工驾驶运梁车必须四处观察小心谨慎地以1km/h的低速才能通过隧道，即便如此梁片碰到隧道壁的事情也时有发生，一旦碰坏隧道壁，可能会出现掉渣的情况，容易给高铁运行造成极大安全隐患。
参照图1-4，本技术方案中，运梁车运行控制方法包括获取用于表示隧道的壁面的多条三维点云数据，其中，三维点云数据可以由三维激光雷达或深度相机扫描获得，在三维坐标系中，具体体现为多个三维坐标的集合，其中，多条三维点云数据所表示的隧道的壁面在隧道所处的空间上连续，连续的多条三维点云数据即对应运梁车在运行过程中要依次经过的隧道顶面，由此，根据多条三维点云数据能够反映隧道壁面的实际情况，通常情况下，隧道的壁面与壁面下方的路面对应，对此，根据三维点云数据即能够确定隧道的在中心线，以此即能够根据中心线对运梁车的行走路线进行规划，其中，可根据运梁车与生成的中心线确定偏移情况，从而根据偏移情况对运梁车的在隧道内的运行进行纠偏，以避免运梁车与隧道碰撞，使运梁车在隧道内能够更加平稳精确地运行。
参照图3和图4所示，在本发明的一个可选的实施例中，在根据所述三维点云数据确定所述隧道的中心线之前，可对三维点云数据进行滤波处理，以使得三维点云数据的干扰因素更少，使中心线的生成更加准确。
在本发明的一个可选的实施例中，所述根据所述三维点云数据确定所述隧道的中心线包括：
根据多个所述三维点云数据生成所述隧道壁面在预设坐标系内的多个二维点云数据；
根据多个所述二维点云数据生成用于表示所述中心线的路径方程。
通常情况下，运梁车的运行可视作在一平面坐标系中运行，由此，参照图4-6所示，本实施例中，在获取到三维点云数据后，根据三维点云数据生成在平面坐标系内的二维点云数据，具体地，根据隧道的形状，通常情况下获取的三维点云数据为表示隧道的三维点云曲线，将三维点云曲线投影到道路平面所在的平面坐标系中进行二维转换，由此多个三维点云数据中各个坐标点对应转换为在预设坐标系内均具有多个二维坐标点的多个二维点云数据，其中二维点云数据也即对应运梁车在运行时依次要经过的隧道顶面，依据隧道顶面与隧道的路面对应，根据二维点云数据生成的中心线即表示运梁车在隧道内的最佳行驶路径。本实施例中，将三维点云数据在转换为二维点云数据，以此能够便于生成体现中心线的路径方程。
在本发明的一个可选的实施例中，所述隧道的壁面为椭圆形；所述根据所述二维点云数据生成用于表示所述中心线的路径方程包括：
根据各个所述二维点云数据中的坐标点的坐标数据生成与所述二维点云数据对应的椭圆曲线方程；
获取各个所述椭圆曲线方程所表示的椭圆曲线的顶点坐标；
根据各个所述顶点坐标生成用于表示所述中心线的路径方程，其中，多个所述椭圆曲线的顶点坐标的连线为所述中心线。
通常情况下，隧道的壁面为椭圆形，由此，获取的二维点云数据即为二维椭圆点云数据，根据二维点云数据的坐标点的坐标数据可以生成表示壁面的椭圆曲线方程，至此，多个椭圆曲线方程对应的多个椭圆曲线的顶点坐标的连线即为隧道的中心线，根据顶点坐标生成的路线方程即为中心线的路径方程。
本实施例中，参照图8所示，在预设坐标系中，根据椭圆曲线方程可以得到用于表示隧道壁面的的椭圆长轴倾角θ，椭圆几何中心坐标xc,yc，椭圆长轴长度a，进而根据长轴倾角θ，椭圆几何中心坐标xc,yc，椭圆长轴长度a即可获得椭圆曲线的顶点坐标。具体地，椭圆曲线的椭圆长轴倾角计算公式为：
椭圆几何中心的计算公式为：
椭圆长轴长度的计算公式为：
椭圆顶点坐标的计算公式为：
xd＝xc+a*cos(θ)，yd＝yc+a*sin(θ)；
其中，a、b、c、d、e分别为椭圆曲线方程的5的参数。
在本发明的一个可选的实施例中，根据各个所述二维点云数据中的坐标点的坐标数据生成与所述二维点云数据对应的椭圆曲线方程包括：
步骤s11、随机获取所述二维点云数据中第一预设数量个坐标点的椭圆坐标数据；
步骤s12、根据所述第一预设数量个椭圆坐标数据确定椭圆初始方程参数，并根据所述椭圆初始方程参数确定椭圆初始方程；
步骤s13、根据所述二维椭圆点云数据中剩余的坐标点的实际横坐标值和所述椭圆初始方程确定剩余的所述二维椭圆点云数据中坐标点的纵坐标预测值；
步骤s14、计算剩余的各个所述二维椭圆点云数据中坐标点的纵坐标预测值与所述点云实际纵坐标值的差值的平方和；
步骤s15、重复步骤s11-s14，获取第二预设数量个所述差值的平方和；
步骤s16、根据各个所述差值的平方和的大小情况确定所述椭圆曲线方程，其中，最小的所述差值的平方和对应的椭圆初始方程参数为所述椭圆曲线方程的方程参数。
由于二维点云数据中坐标点的数据较多，在根据二维点云数据生成与二维点云数据对应的椭圆曲线方程时需要进行更加精确的处理，以将二维点云数据对应的椭圆曲线进行拟合，以获得更加准确的椭圆曲线方程。椭圆曲线的一般方程为：
ax2+bxy+cy2+dx+ey+1＝0；
其中，a、b、c、d、e分别为椭圆曲线方程中所需确定的5个参数，在获取生成椭圆曲线方程时，通过在二维点云数据中随机获取第一预设数量个坐标点，带入上述方程，本实施例中，第一预设数量可以为5或5个以上，以此计算得到椭圆初始方程参数，进而根据所述椭圆初始方程参数确定椭圆初始方程，然后将二维点云数据中除5个坐标点外的其它坐标的坐标值的横坐标值带入该椭圆初始方程中，以能够得到剩余坐标点的纵坐标预测值，可以理解，对于剩余的坐标点，其均还包括纵坐标的实际值，即所述点云实际纵坐标值，由此，对于各个剩余的坐标值的纵坐标预测值和点云实际纵坐标值，计算点云实际纵坐标值和纵坐标预测值的差值，并将各个剩余的坐标值的差值的平方求和，得到所述平方和，以用于判断确定的椭圆初始方程参数的准确性，可以理解，平方和越小，该阶段所确定的椭圆初始方程参数更加准确，由此，即可根据平方和确定更为准确的椭圆曲线方程。具体地，本实施例中，可将步骤s11-s14重复，重复的次数可为1000次，获取1000个所述差值的平方和，1000个平方和中最小的平方和对应的椭圆初始方程参数更为准确，由此，该椭圆初始方程参数对应的椭圆初始方程为所要确定的椭圆曲线方程，进而使得中心线的确定更加准确。
在本发明的一个可选的实施例中，对于一条隧道，在获取多个三维点云数据，以生成隧道路面的中心线路径方程时，可以实时进行获取，将隧道按长度划分为若干个单元，每个单元对应获取多个三维点云数据，对应生成一中心线路径，依此划分时，运梁车每经过一个单元，中心线的路径方程实时变化，依此进行运梁车的纠偏以使得运梁车运行更加准确，对于划分成若干个单元的隧道，当划分的单元足够小时，中心线的路径方程可对应为直线路径方程，此时，根据相对简单的直线路径方程，以便于运梁车的控制。
基于此，本发明的一个可选的实施例中，中心线的路径方程可为直线路径方程，并且，由于用于确定直线路径方程的多个椭圆曲线的顶点坐标可能并不位于同一直线上，为使得直线路径方程确定得更加准确，可对直线路径方程进行拟合。具体地，所述根据各个所述顶点坐标生成用于表示所述中心线的路径方程包括：
步骤s21、随机获取所述顶点坐标中第三预设数量个坐标点的坐标数据；
步骤s22、根据所述第三预设数量个坐标数据确定直线初始方程参数，并根据所述直线初始方程参数确定直线初始方程；
步骤s23、根据所述顶点坐标中剩余的坐标点的实际横坐标值和所述直线初始方程确定剩余的所述顶点坐标中坐标点的纵坐标预测值；
步骤s24、计算剩余的各个所述顶点坐标中坐标点的纵坐标预测值与所述顶点实际纵坐标值的差值的平方和；
步骤s25、重复步骤s21-s24，获取第四预设数量个所述差值的平方和；
步骤s26、根据各个所述差值的平方和的大小情况确定所述中心线的路径方程，其中，最小的所述差值的平方和对应的直线初始方程参数为所述中心线的路径方程的方程参数。
对于直线路径，其一般方程为：ax+by+c＝0；其中，a、b、c分别为直线路径方程中所需确定的3个参数，由此，可在多个椭圆曲线的顶点坐标中，确定第三预设数量个坐标数据，本实施例中，第三预设数量可以为3个或三个以上，由此，根据3个坐标数据可确定直线初始方程参数，对应即能够得到直线初始方程，然后将顶点坐标中除3个坐标点外的其它坐标点的坐标数据的实际横坐标代入该直线初始方程，即能够获得剩余坐标点中，纵坐标预测值，可以理解，对于剩余的坐标点，其还包括顶点实际纵坐标值，由此，计算顶点实际纵坐标值和纵坐标预测值的差值，并将各个剩余的坐标值的差值的平方求和，得到所述平方和，以用于判断确定的直线初始方程参数的准确性，可以理解，平方和越小，该阶段所确定的直线初始方程参数更加准确，由此，即可根据平方和确定更为准确的直线路径方程。具体地，本实施例中，可将步骤s21-s24重复，重复的次数可为10次，获取10个所述差值的平方和，10个平方和中最小的平方和对应的直线初始方程参数更为准确，由此，该直线初始方程参数对应的直线初始方程为所要确定的直线形式的中心线的路径方程，基于该路径方程对运梁车进行控制，以能够使得运梁车运行更加精确。
在本发明的一个可选的实施例中，所述偏移情况包括所述运梁车相对所述中心线的偏移距离；所述获取所述运梁车与所述中心线的偏移情况包括：
获取所述运梁车在所述预设坐标系内的运梁车坐标；
根据所述运梁车坐标和所述中心线的路径方程，计算所述运梁车相对所述中心线的偏移距离。
其中，在一具体地实施例中，可在运梁车的头部设置定位系统，以实时获取运梁车坐标，可以理解，运梁车坐标为所述预设坐标系内的坐标，在获取到运梁车在预设坐标系内的运梁车坐标后，根据路径方程，即能够获取运梁车相对中心线的偏移情况，具体地，本实施例中，获取运梁车的偏移距离。
对于直线路径方程，坐标点到直线的偏移距离公式为
所述运梁车的控制方法还包括：
以所述运梁车的位置为所述预设坐标系的原点位置，实时更新所述预设坐标系；
所述获取所述运梁车与所述中心线的偏移情况包括：
根据更新后的所述预设坐标系和所述中心线在所述更新后的所述预设坐标系内的路径方程，计算所述运梁车相对所述中心线的偏移距离。
本实施例中，根据运梁车的位置对预设坐标系进行实时更新，其中运梁车的位置可以为运梁车头部设置的用于扫描三维数据点云的三维激光雷达的位置，其中，在运梁车运行时，其头部在运行方向的最前端，因此在运梁车的头部设置三维激光雷达对三维数据点云进行扫描，以提升扫描的准确性以及实时性，相对应地，令该三维激光雷达的位置为所述运梁车的位置以使三维激光雷达扫描所得的三维数据点云在进行中心线的路径生成时，能够更好的与运梁车的位置进行对应。基于根据运梁车的位置对预设坐标系进行实时更新，相较于根据固定的预设坐标系进行运梁车的运行控制，实时变化更新的预设坐标系对应实时获取的三维数据点云，能够使得隧道的中心线的路径方程确定得更加准确，以使得运梁车的运行控制更加准确。其中以运梁车的位置作为坐标系的原点对坐标系进行更新，在获取运梁车与直线路径方程的距离时，该运梁车头部的位置相对于中心线的偏移的距离公式即可为
在本发明的一个可选的实施例中，在对运梁车进行控制时，为使得控制更加精准，可以将运梁车头部三维激光雷达处与中心线的直线路径方程的偏移距离减去三维激光雷达与运梁车整体中心的距离，即可获得更加准确的运梁车整体的中心相对中心线的偏移距离，进而使得控制运梁车转向时，更加准确。
在对运梁车进行控制时，控制运梁车运行的目标是使运梁车的中心与隧道中心线的偏移距离为0，参照图7，其为一实施例中，运梁车控制逻辑图，其中，通过获得运梁车的偏移距离，采用pid调节器控制运梁车的运行角度调节，同时可结合对车速的调节，基于调节车速的调节模块最为辅助输出叠加致pid调节器上，以控制运梁车转向，基于运梁车转向，以及获得和反馈实时的偏移距离，实现更加精准的控制。
在其它实施例中，偏移情况还可包括运梁车相对直线路径的偏移角度，以可以通过结合偏移角度进行更加准确的控制。
本发明另一实施例的一种运梁车，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现上述所述的运梁车的运行控制方法。
在本发明的一个可选的实施例中，运梁车还包括三维激光雷达或深度相机，所述三维激光雷达或深度相机用于扫描隧道的壁面，以生成用于表示所述隧道的壁面的三维点云数据，进而用于运梁车的中心线路径方程的生成。
本发明所述的运梁车的有益效果与上述运梁车的运行控制方法的有益效果相近似，在此不再进行赘述。
本发明另一实施例的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，当所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述运梁车的运行控制方法。
本发明所述的计算机可读存储介质的有益效果与上述运梁车的运行控制方法的有益效果相近似，在此不再进行赘述。
一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。
计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的python语言和基于tensorflow、pytorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
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