围界安防无人巡逻车自主导航系统技术方案

本发明专利技术属于无人车自主导航领域，具体涉及一种围界安防无人巡逻车自主导航系统，其包括人机接口模块、环境感知模块、定位定向模块、决策规划模块以及跟踪控制模块；其中，环境感知模块采用计算轻量化的建图算法，建图周期短，可以支撑自主导航系统快速运行和无人车高速行驶，满足大范围巡逻作业需求；并且，在无人车车体前端和后端各对称布置环境感知传感器套件，支持无人车在不掉头的条件下就具备前行和倒行双向自主行驶能力；还通过配置单线雷达和多线雷达，消除了环境探测盲区；配置RTK差分基站，提高了定位的精度；在成本地图上叠加电子围栏，约束在路面范围内进行路径规划，这些措施和方法提高了无人车自主行驶的安全性。

【技术实现步骤摘要】
围界安防无人巡逻车自主导航系统
本专利技术属于无人车自主导航领域，具体涉及一种围界安防无人巡逻车自主导航系统。
技术介绍
在传统安防体系中，通常采用固定式摄像头监视与安保人员沿着路线机动巡逻相结合的方式。在安保人员雇佣成本不断提升和人工智能技术迅速发展的双重作用下，利用无人巡逻车替代安保人员执勤已经成为安防领域的一个重要发展趋势。围界安防无人巡逻车具备沿着围界道路自主机动、智能监视与识别目标以及应急处置意外事件等能力，适合执行机场、仓库等大区域的围界巡逻任务，并能够与已有安防系统实现优势互补和联动作业，提高安防体系的综合效能。围界安防无人巡逻车一般由远程操控系统、自主导航系统、机动系统和任务载荷组成。远程操控系统是无人车操控人员与无人巡逻车的交互接口，操控人员通过该系统发送任务与指令，查看无人巡逻车状态。自主导航系统支撑无人车实现自主机动功能，一般包含环境感知、决策规划与机动控制等三部分，是无人车智能的重要体现。机动系统是无人巡逻车的本体部分，为无人车提供机动能力和载荷承载能力，机动系统的底盘控制器接收自主导航系统的机动控制指令，驱动机动系统按照要求行驶，采用电机驱动的机动系统可以支持前行和倒行双向行驶。任务载荷实现无人车的作业功能，一般根据客户需求进行选择和配置。自主导航能力是围界安防无人巡逻车必需具备的基础能力之一。按照业务需求，围界安防无人车的任务分为沿着固定围界道路巡逻作业和联动作业。其中，联动作业指的是需要无人车与现有安防系统进行配合的作业，例如现有安防系统发现鸟群后，需要无人车行驶到现场进行驱鸟作业。两种作业的任务路径由远程操控系统下发，任务路径由包含起点、中间点和终点的地理位置坐标序列组成，它是自主导航系统的输入之一。由于机场和大型仓库的围界道路较长，为提高作业时效性，要求无人车具有较高的行驶速度；围界道路较窄，车辆一般无法掉头，要求无人车可以双向(前行或倒行)机动，以快速响应随时出现的联动作业需求；围界道路两侧有隔离沟渠，要求无人车能够始终在围界道路上安全行驶。综上所述，对围界安防巡逻车的基本能力需求可以归纳为能够高速、双向、安全地沿着规定路径自主行驶，这种能力正是由无人车自主导航系统提供和支撑。目前，无人车自主导航系统配置的感知传感器一般为单线激光雷达、多线激光雷达、相机和毫米波雷达，通过多传感器信息融合算法获得可靠的可通行地图，用于局部路径规划。算力和成本的约束以及高速行驶的应用要求，限制了传感器的配置类型和数量。通常情况下，行驶道路和环境越复杂，需要配置的传感器数量越多、环境建模算法越复杂，为了满足高速行驶的要求，需要更强的算力，相应的硬件成本也越高。因此，在成本约束下，必须根据无人车行驶道路及环境的复杂性，合理确定感知传感器配置方案。中国专利申请(201711431121.1)提出一种变电站无人巡逻车，通过线路采集装置采集被巡视场地上的线路信号，处理器根据线路信号控制驱动装置和转向装置，使小车沿着被巡视场地设定的线路运动，这种导航方式需要提前建设线路信号，且不支持高速双向自主行驶。中国专利申请(201810224552.9)提出一种两轮驱动低速无人驾驶巡逻车系统及工作方法，环境探测系统配置3个单线激光雷达，其中顶部雷达位于车顶部且与水平面成一定角度，这种传感器配置方案不支持构建双向局部地图，不支持高速双向自主行驶。中国专利申请(201810502802.0)提出一种无人驾驶电动巡逻车，环境感知模块配置的传感器为位于车顶的雷达和相机，只能构建前向局部地图，不支持双向自主行驶。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何克服现有自主导航系统无法同时满足高速、双向和安全自主行驶的缺陷，如何同时满足无人车沿着固定围界道路巡逻作业和联动作业的自主行驶应用需求。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种围界安防无人巡逻车自主导航系统，所述自主导航系统向上与围界安防无人巡逻车的远程操控系统连接，向下与围界安防无人巡逻机动系统的底盘控制器连接；所述自主导航系统包括：人机接口模块、环境感知模块、定位定向模块、决策规划模块以及跟踪控制模块；其中，所述人机接口模块用于接收来自远程操控系统的任务路径；所述环境感知模块包括：环境感知传感器前端套件、环境感知传感器后端套件、环境建模工具；其中，所述环境感知传感器前端套件设置在车体前端，环境感知传感器后端套件设置在车体后端，分别用于无人车前行和倒行建模；所述环境建模工具包括雷达数据采集单元和地图构建单元，所述雷达数据采集单元用于采集环境感知传感器前端套件和环境感知传感器后端套件的雷达测量数据，所述地图构建单元用于利用环境感知传感器前端套件和/或环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建环境局部成本地图；其中，所述地图构建单元利用环境感知传感器前端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车前端的环境局部成本地图；所述地图构建单元利用环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车后端的环境局部成本地图；所述定位定向模块用于实时测量围界安防无人巡逻车的位姿信息；所述决策规划模块用于根据所述任务路径、围界安防无人巡逻车的位姿信息，决策无人车的行驶方向为前行或是倒行，并据此确定使用围界安防无人巡逻车前端或后端的环境局部成本地图规划出当前的局部路径规划结果；所述跟踪控制模块用于根据当前的局部路径规划结果以及围界安防无人巡逻车的位姿信息，生成控制围界安防无人巡逻机动系统的控制指令，并发送给底盘控制器执行。其中，所述人机接口模块通过UDP网络与远程操控系统进行通信。其中，所述人机接口模块还用于向远程操控系统反馈围界安防无人巡逻车的状态信息；所述状态信息包括位姿信息和局部路径规划结果。其中，所述环境感知传感器前端套件及环境感知传感器后端套件均包括一台多线激光雷达和一台单线激光雷达；所述环境感知传感器前端套件及环境感知传感器后端套件各自的多线激光雷达布置于车体上部，各自的单线激光雷达布置于车体中下部。其中，所述环境建模工具中，所述雷达数据采集单元包括：前端单线雷达数据采集单元、前端多线雷达数据采集单元、后端单线雷达数据采集单元、后端多线雷达数据采集单元；所述地图构建单元包括：基于后端单线雷达地图构单元、基于后端多线雷达地图构建单元；其中，所述前端单线雷达数据采集单元、前端多线雷达数据采集单元用于采集环境感知传感器前端套件的雷达测量数据；所述基于后端单线雷达地图构单元用于根据环境感知传感器前端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车前端的环境局部成本地图；并且，所述后端单线雷达数据采集单元、后端多线雷达数据采集单元用于采集环境感知传感器后端套件的雷达测量数据；所述基于后端单线雷达地图构单元用于根据环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车后端的环境局部成本地图。其中，所述定位定向模块包括：定位装置和位姿数据采集工具；所述定位装置包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种围界安防无人巡逻车自主导航系统，其特征在于，所述自主导航系统向上与围界安防无人巡逻车的远程操控系统连接，向下与围界安防无人巡逻机动系统的底盘控制器连接；/n所述自主导航系统包括：人机接口模块、环境感知模块、定位定向模块、决策规划模块以及跟踪控制模块；其中，/n所述人机接口模块用于接收来自远程操控系统的任务路径；/n所述环境感知模块包括：环境感知传感器前端套件、环境感知传感器后端套件、环境建模工具；其中，所述环境感知传感器前端套件设置在车体前端，环境感知传感器后端套件设置在车体后端，分别用于无人车前行和倒行建模；所述环境建模工具包括雷达数据采集单元和地图构建单元，所述雷达数据采集单元用于采集环境感知传感器前端套件和环境感知传感器后端套件的雷达测量数据，所述地图构建单元用于利用环境感知传感器前端套件和/或环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建环境局部成本地图；其中，所述地图构建单元利用环境感知传感器前端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车前端的环境局部成本地图；所述地图构建单元利用环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车后端的环境局部成本地图；/n所述定位定向模块用于实时测量围界安防无人巡逻车的位姿信息；/n所述决策规划模块用于根据所述任务路径、围界安防无人巡逻车的位姿信息，决策无人车的行驶方向为前行或是倒行，并据此确定使用围界安防无人巡逻车前端或后端的环境局部成本地图规划出当前的局部路径规划结果；/n所述跟踪控制模块用于根据当前的局部路径规划结果以及围界安防无人巡逻车的位姿信息，生成控制围界安防无人巡逻机动系统的控制指令，并发送给底盘控制器执行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种围界安防无人巡逻车自主导航系统，其特征在于，所述自主导航系统向上与围界安防无人巡逻车的远程操控系统连接，向下与围界安防无人巡逻机动系统的底盘控制器连接；
所述自主导航系统包括：人机接口模块、环境感知模块、定位定向模块、决策规划模块以及跟踪控制模块；其中，
所述人机接口模块用于接收来自远程操控系统的任务路径；
所述环境感知模块包括：环境感知传感器前端套件、环境感知传感器后端套件、环境建模工具；其中，所述环境感知传感器前端套件设置在车体前端，环境感知传感器后端套件设置在车体后端，分别用于无人车前行和倒行建模；所述环境建模工具包括雷达数据采集单元和地图构建单元，所述雷达数据采集单元用于采集环境感知传感器前端套件和环境感知传感器后端套件的雷达测量数据，所述地图构建单元用于利用环境感知传感器前端套件和/或环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建环境局部成本地图；其中，所述地图构建单元利用环境感知传感器前端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车前端的环境局部成本地图；所述地图构建单元利用环境感知传感器后端套件的雷达测量数据构建出围界安防无人巡逻车后端的环境局部成本地图；
所述定位定向模块用于实时测量围界安防无人巡逻车的位姿信息；
所述决策规划模块用于根据所述任务路径、围界安防无人巡逻车的位姿信息，决策无人车的行驶方向为前行或是倒行，并据此确定使用围界安防无人巡逻车前端或后端的环境局部成本地图规划出当前的局部路径规划结果；
所述跟踪控制模块用于根据当前的局部路径规划结果以及围界安防无人巡逻车的位姿信息，生成控制围界安防无人巡逻机动系统的控制指令，并发送给底盘控制器执行。


2.如权利要求1所述的围界安防无人巡逻车自主导航系统，其特征在于，所述人机接口模块通过UDP网络与远程操控系统进行通信。


3.如权利要求1所述的围界安防无人巡逻车自主导航系统，其特征在于，所述人机接口模块还用于向远程操控系统反馈围界安防无人巡逻车的状态信息；所述状态信息包括位姿信息和局部路径规划结果。


4.如权利要求1所述的围界安防无人巡逻车自主导航系统，其特征在于，所述环境感知传感器前端套件及环境感知传感器后端套件均包括一台多线激光雷达和一台单线激光雷达；所述环境感知传感器前端套件及环境感知传感器后端套件各自的多线激光雷达布置于车体上部，各自的单线激光雷达布置于车体中下部。


5.如权利要求4所述的围界安防无人巡逻车自主导航系统，其特征在于，所述环境建模工具中，
所述雷达数据采集单元包括：前端单线雷达数据采集单元、前端多线雷达数据采集单元、后端单线雷达数据采集单元、后端多线雷达数据采集单元；
所述地图构建单元包括：基于后端单线雷达地图构单元、基于后端多线雷达地图构建单元；
其中，所述前端单线雷达数据采集单元、前端多线雷达数据采集单元用于采集环境感知传感器前端套件的雷达测量数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏治宝，陶进，李兆冬，安旭阳，项燊，李冀川，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，智能移动机器人中山研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11