【技术实现步骤摘要】
一种矿用轨道电机车动态包络线的构建方法
[0001]本专利技术涉及轨道电机车动态包络线构建领域，具体的说是一种矿用轨道电机车动态包络线的构建方法。
技术介绍
[0002]矿用轨道电机车是辅助运输的主要方式，目前煤矿轨道电机车完全依赖司机控制车辆，而司机疲劳等人为因素易导致非主观超速、闯红灯、车辆追尾等安全问题。据统计，辅助运输事故是矿井三大事故之一，平巷运输事故发生次数占总运输事故的42.14％，伤亡人数达41.12％，而电机车事故位居平巷运输事故首位。因此，亟需研发无人驾驶电机车，使煤矿减人增效，提高装备运行安全性，而无人驾驶电机车需要进行动态包络线构建来自动探测煤矿轨道情况。
[0003]但是现有的矿用轨道电机车动态包络线在构建过程中仍存在一定缺陷，煤矿井下电机车运行轨道的动态成像技术不稳定，采用普通方式建立的轨道模型负责，处理速度慢，对运行包络线不能进行功能划分；同时，电机车在煤矿轨道上因掉落碎石矿渣容易导致运行的不稳定而产生颠簸，一方面容易导致采集到的数据以及成像信息不准确，另一方面容易导致电机车脱轨而存在一
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种矿用轨道电机车动态包络线的构建方法，其特征在于，该构建方法包括以下步骤：S1、构建装置上的检测系统(4)通过动态扫描感知环境信息；S2、自动驾驶控制器对扫描的环境信息进行成像；S3、自动驾驶控制器通过对动态的成像进行轨道识别，并划定前方运行的安全区域，并将综合信息反馈整车控制器；S4、整车控制器结合车辆行驶目标及前方安全包络线区域进行自动驾驶；其中，所述的构建装置还包括车身(1)、驾驶室(2)和移动机构(5)，所述驾驶室(2)固定在车身(1)顶部，所述车身(1)上安装有一个电源(3)，所述检测系统(4)固定在驾驶室(2)上，所述移动机构(5)固定在车身(1)底部，所述检测系统(4)包括激光雷达传感器、毫米波雷达和处理模块，所述处理模块电连接激光雷达传感器和毫米波雷达；所述车身(1)上安装有撒沙器(1a)，所述驾驶室(2)的外部安装有缓冲器(2a)。2.根据权利要求1所述的一种矿用轨道电机车动态包络线的构建方法，其特征在于，所述S1中的地面车辆通过激光雷达传感器进行环境感知时，采用连续多帧点云数据叠加的方式，得到稳定的巷道点云模型，并在此基础上检测轨道位置，最后进行轨道附近的障碍物检测，根据检测结果来划定前方运行的安全区域并执行相应的反应机制，具体如下：步骤一：建立稳定的巷道模型在车载自动驾驶控制器内，模型基于ROS系统，通过PCL点云库函数采集激光传感器的点云实时数据，点云数据自带时间戳属性，系统通过该属性确定连续多帧点云数据的前后顺序；激光传感器扫描的频率是10Hz，100ms可成像一幅点云图像，连续多帧点云图像的叠加就是根据点云数据的前后顺序，将多张点云图像叠加起来形成一张更密集的点云图像；激光传感器内置IMU传感器，IMU提供的是一个相对的定位信息，它的作用是测量相对于起点物体所运动的路线，主要提供的参数有x、y、z、roll、pitch、yaw，依据这些参数可以模拟出由点云组成的三维立体空间；通过can总线等通信方式，激光传感器获取电机车实时行驶速度，根据某一刻电机车行驶速度可以确定点云图像前一帧与后一帧的相对位置关系，调整后一帧点云图像并将其叠加到前一帧的点云图像上，以此类推可叠加多帧连续的点云图像，形成一幅相对稳定、点云稠密的图像；叠加点云数据后，模型更真实还原了巷道的点云图，当电机车行驶过程中出现频繁的颠簸、抖动时，建立一个虚拟三维空间，将该三维空间z＝0的平面确定为实际地面；采用最小二乘法对单帧巷道点云图像的某一竖直平面的点云数据进行直线拟合，求出回归直线相对于虚拟平面的斜率和竖直方向的截距，根据斜率和截距调整该单帧的所有点云数据，使其与虚拟平面重合，然后将调整后的这一帧数据进行叠加，最终得到一个稳定、清晰的巷道模型；首先设置回归直线方程：z＝kx+b其中斜率为k，y轴截距为b；由于地面直线不可能垂直于x轴，因此可以使用截距式直线方程来作为回归直线方程；单帧点云图像的某一竖直平面的点集为：{(x,z)|(x1,z1),(x2,z2),...(x
n
,z
n
)}
求所有点到直线的误差平方和：由极值定理可知，误差方程一阶导数等于0处取得极值，因此分别对其关于k和b求导，解k,b值使得误差函数取最小值；可得：整理后可得：其中求出k，b的值后带入回归方程，即可得到拟合的直线方程；根据斜率k，调整这一帧点云图像的角度，使其与虚拟平面水平；根据截距b，平移点云图像，使其与虚拟平面在同一水平；这样得到的每一帧点云图像都是在同一水平，达到最大程度的重合，得到一副连续多帧叠加、稳定、清晰的巷道点云图；步骤二：轨道特征提取模型根据实际情况，井下轨道的显著特征有两个，一是轨道的高度明显高于轨道两侧地面，高度差为10cm；二是轨道的反射强度明显低于地面；根据上述两...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑昌陆，郑益飞，张华，
申请(专利权)人：上海申传电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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