一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统技术方案

本专利属于辅助驾驶、自动驾驶领域，涉及自动驾驶领域中感知周围环境的激光雷达技术；具体为一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统；所述系统包括电性连接的控制器、运算器以及多个非扫描式单线激光雷达；其中，所述多个非扫描式单线激光雷达分别按照左、右、斜上三个方位安装于车辆顶部；所述控制器用于控制多个非扫描式单线激光雷达执行测量功能；所述激光雷达用于向隧道发射以及接收光信号，并输出激光飞行时间；所述运算器用于根据所述激光飞行时间计算出隧道的几何参量。本专利能够解决在过隧道之前，远距离、实时测量隧道几何参量，辅助驾驶员判断是否能够安全通过隧道。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统
本专利属于辅助驾驶、自动驾驶领域，涉及自动驾驶领域中感知周围环境的激光雷达技术；具体为一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统。
技术介绍
随着人工智能技术的兴起，自动驾驶被认为是未来汽车电子发展的趋势，众多科技大公司(例如谷歌，百度等)投入大量的研究力量建立平台，研发自动驾驶的关键组件与技术。自动驾驶技术可以分为感知与分析周围环境，自动控制两部分。其中，感知与分析周围环境所包含的研究内容十分复杂，随着周围环境的不同，需要解决的问题和应用的技术也会不同。例如，感知前方交通指示牌，感知前方行人，感知弯道，感知桥梁等等。每一种情况下，需要的分析算法，甚至在前端硬件上的信号采集都会不同。目前，激光雷达技术被认为是自动驾驶领域中感知周围环境最有潜力的解决方案。与传统的成像技术相比，激光雷达技术具有探测维度高，主动探测，抗干扰能力强等优点。激光雷达按机械结构可以分为扫描式激光雷达和非扫描式激光雷达(闪光雷达)；按照光束可以分为单线激光雷达和多线激光雷达。扫描式激光雷达对扫描装置和信号分析的要求都比较高，而且扫描过程会降低系统的实时性，对高速变化的场景不适用；单线激光雷达获取的信息量没有多线激光雷达多，因此在感知并分析周围环境存在不足；多线激光雷达目前的成本太高，很多情况难以选用此种方案。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利提出了一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统；所述系统包括电性连接的控制器、运算器以及多个非扫描式单线激光雷达；其中，所述多个非扫描式单线激光雷达分别按照左、右、斜上三个方位安装于车辆顶部；所述控制器用于控制多个非扫描式单线激光雷达执行测量功能；所述激光雷达用于向隧道发射以及接收光信号，并输出激光飞行时间；所述运算器用于根据所述激光飞行时间计算出隧道的几何参量。优选的，在左右方位之间还包括中间方位的非扫描式单线激光雷达，用于检测车辆前方障碍物。优选的，中间方位的激光雷达水平安装于车顶中部，左方位与中间方位激光雷达的水平夹角为α；右方位的激光雷达与中间方位激光雷达的水平夹角为γ；斜上方位的激光雷达与中间方位激光雷达的垂直夹角为β；其中，α为(3，15)°，γ为(3，15)°；β为(3，15)°。优选的，水平夹角α与水平夹角γ相等。进一步的，所述根据所述激光飞行时间计算出隧道的几何参量包括隧道的宽度W和隧道的长度H：W＝(C×Tl)÷2×sinα+(C×Tr)÷2×sinγ；H＝(C×T)÷2×sinβ；其中，C表示光速；Tl表示为左方位激光雷达的激光飞行时间；Tr表示为右方位激光雷达的激光飞行时间；T表示斜上方位激光雷达的激光飞行时间。本专利的有益效果：1、本专利通过采用四路单线激光雷达，按照左、中、右、斜上成一定角度安装，组成分布式激光雷达系统；根据光信号飞行时间的变化，确定出雷达距离隧道沿的距离；从而获得隧道的宽度以及隧道的高度；其系统非常简单，易于大力推广。2、本专利仅仅通过四路单线激光雷达，成本非常低，但其实现的效果与多线激光雷达实现的效果差异不大。附图说明图1为本专利车辆处于正中反射点在隧道外面的激光雷达系统图；图2为本专利车辆处于正中反射点在隧道内的激光雷达系统图；图3为本专利车辆处于正中激光飞行时间随反射点位置移动的变化图；图4为本专利车辆处于正中隧道宽度及其高度的几何数学模型图；图5为本专利车辆偏右时的激光雷达系统的激光反射点的情况图；图6为本专利车辆偏右时的激光雷达系统的激光移动到隧道里面反射的情况图；图7为本专利车辆偏右行驶时，左，右方位激光飞行时间随反射点位置移动的变化图；图8为本专利车辆偏右时的隧道宽度和高度的几何数学模型图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1本专利提出了一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统，所述系统包括电性连接的控制器、运算器以及四个非扫描式单线激光雷达；其中，这四个非扫描式单线激光雷达分别按照左、中、右、斜上四个方位安装于车辆顶部；所述控制器用于控制四个激光雷达执行测量功能；所述激光雷达用于向隧道发射以及接收光信号，并输出激光飞行时间；所述运算器用于根据所述激光飞行时间计算出隧道的几何参量。进一步的，中间方位的激光雷达水平安装于车顶中部，左方位与中间方位激光雷达的水平夹角为α；右方位的激光雷达与中间方位激光雷达的水平夹角为γ；斜上方位的激光雷达与中间方位激光雷达的垂直夹角为β；其中，α为(3，15)°，γ为(3，15)°；β为(3，15)°。为了方面描述以及计算，以下实施例令水平夹角α与水平夹角γ相等；可以理解的是，本专利技术中两个水平夹角不相等时，利用本专利技术采用的系统仍能实现对隧道几何参量的测量。实施例2本实施在实施例1的基础上，主要描述本专利的工作实现原理：如图1所示，记录了激光雷达系统的激光在隧道外面反射的情况，表明随着汽车靠近隧道，左右反射点向内移动，斜上方的反射点向下移动，同时测得的飞行时间越来越短；图2中记录了激光雷达系统的激光移动到隧道里面反射的情况，表明随着汽车的运动，所有反射点也会向前移动，同时测得的飞行时间基本保持不变；如图3所示，记录了激光飞行时间随反射点位置移动的变化。其中，t0—t1时间段，反射点从隧道外向内移动；t1—t2时间段，反射点在隧道内向前移动。T0为时刻t0激光雷达的飞行时间，T1为时刻t1激光雷达的飞行时间。如图4所示，记录了计算隧道宽度和高度的几何数学模型。其中，O点为激光雷达位置，即车辆位置；A为左方位激光雷达反射点，B为右方位激光雷达反射点，C为斜上激光雷达反射点。OO’⊥AB，CO’⊥AB；∠AOO’＝∠BOO’＝α；∠COO’＝β。则AB为隧道宽度，CO’为隧道高度，计算公式如下：AB＝2×BO×sinαCO’＝CO×sinβ其中，BO与CO通过飞行时间可以得到。BO＝(C×Tr)÷2CO＝(C×T)÷2其中，Tr为右方位激光雷达的飞行时间，T为斜上方位的飞行时间。实施例3实施例2阐明了车辆处于隧道中间行驶位置的测量原理，在实际行车过程中，车辆往往不可能在中线上。即使车辆不在中线位置，测量原理依然适用，只是左右方位激光雷达的反射点进入隧道的时刻不相同。当左右方位激光雷达的反射点都进入隧道后，仍可以计算出隧道的宽度。现阐明车辆偏右行驶的测量原理。图5中记录了车辆偏右行驶时，激光雷达系统的激光反射点的情况，表明随着汽车靠近隧道，左反射点提前进入隧道，右反射点滞后进入隧道；图6中记录了激光雷达系统的激光移动到隧道里面反射的情况，表明随着汽车的运动，所有反射点也会向前移动，同时测得的飞行时间基本保持不变。图7中记录了车辆偏右行驶时，左，右方位激光飞行时间随反射点位置移动的变化。其中，tl0—tl1时间段，左方位雷达反射点从隧道外向内移动；tl1—tl2时间段，左方位雷达反射点在隧道内向前移动。Tl0为时刻tl0左方位激光雷达的飞行时间，Tl1为时刻tl1左方位激光雷达的飞行时间。tr0—tr1时间段，右方位雷达反射点从隧道外向内移动；tr1—tr2时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统，其特征在于，所述系统包括电性连接的控制器、运算器以及多个非扫描式单线激光雷达；其中，所述多个非扫描式单线激光雷达分别按照左、右、斜上三个方位安装于车辆顶部；所述控制器用于控制多个非扫描式单线激光雷达执行测量功能；所述激光雷达用于向隧道发射以及接收光信号，并输出激光飞行时间；所述运算器用于根据所述激光飞行时间计算出隧道的几何参量。

【技术特征摘要】
1.一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统，其特征在于，所述系统包括电性连接的控制器、运算器以及多个非扫描式单线激光雷达；其中，所述多个非扫描式单线激光雷达分别按照左、右、斜上三个方位安装于车辆顶部；所述控制器用于控制多个非扫描式单线激光雷达执行测量功能；所述激光雷达用于向隧道发射以及接收光信号，并输出激光飞行时间；所述运算器用于根据所述激光飞行时间计算出隧道的几何参量。2.根据权利要求1所述的一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统，其特征在于，在左右方位之间还包括中间方位的非扫描式单线激光雷达，用于检测车辆前方障碍物。3.根据权利要求2所述的一种基于非扫描式单线激光雷达的隧道几何参量测量系统，其特征在于，中间方位的激光雷达水平安装于车顶中部，左方位与中间方位激...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉建，张兴，曹飞，杨昕仪，李博乐，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50