一种地下车辆路径规划方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地下车辆路径规划方法，包括：获取有效范围内的点云数据，并将点云数据转化为二值图；采用细化算法提取二值图的骨架；通过骨架获得备选路径，并选择合适的备选路径作为路径线；将路径线进行平滑处理，即得到车辆的规划路径。本发明专利技术的路径规划方法简单、高效，不仅能实现直行情况下的路径规划，还能用于转弯情况下的路径规划。能用于转弯情况下的路径规划。能用于转弯情况下的路径规划。

【技术实现步骤摘要】
一种地下车辆路径规划方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及无人车辆驾驶
，具体涉及地下无人驾驶车辆路径规划方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]车辆无人驾驶是未来的发展趋势，特别是环境恶劣的地下矿山，实现无人驾驶的需求更加迫切。早期地下矿山的自动导航主要是通过在地板上画线或者顶板上的光线来辅助导航。目前车辆导航方法主要分为两类：绝对导航和反应式导航。绝对导航需要依赖卫星定位获取车辆的实时坐标，在室内和室外移动机器人中使用较多，而对于地下较弱的信号强度来说是不现实的。故在地下矿山中主要使用反应式导航。反应式导航车辆不需要知道在整个行驶地图中的位置，只需要知道在当前可见环境中的相对位置，根据相对位置来帮助车辆导航。针对井下巷道走廊式的特别结构，从事矿山领域研究的学者们提出了用于反应式导航的经典的跟随墙的技术。由于地下巷道走廊式的特别结构，有学者将巷道中心线作为规划的路径。Larsson基于这思想提出基于霍夫变换的方法，通过在激光雷达数据中检测两条平行的直线，取这两条平行直线的中心线作为反应式导航的局部规划的路径。但是，该方法只能适用于车辆直行的局部路径规划，对于车辆转弯处的路径规划并没有一个合适的方法。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种地下车辆路径规划方法、装置及设备，能够简单、高效的实现地下车辆路径规划，包括转弯处的路径规划。
[0004]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种地下车辆路径规划方法，包括：获取有效范围内的点云数据，并将点云数据转化为二值图；采用细化算法提取二值图的骨架；通过骨架获得备选路径，并选择合适的备选路径作为路径线；将路径线进行平滑处理，即得到车辆的规划路径。
[0006]优选地，获取有效范围内的点云数据，包括：获取传感器的实时点云数据，根据传感器的参数及实际工作环境确定数据有效范围，并提取有效范围内的点云数据。
[0007]优选地，将点云数据转化为二值图，包括：将点云数据中相邻两个点按顺序依次连接起来，构成一个包络线；对包络线所在的区域进行网格化；将包络线内部的网格颜色定义为黑色，取值为0，包络线外部的网格颜色定义为白色，取值为1，黑色与白色的网格构成了二值图。
[0008]优选地，对包络线所在的区域进行网格化中，其中网格的精度定义为：获取车辆行驶所在巷道的宽度值，车辆直行时，网格的精度取值为巷道宽度的1/6～1/4；车辆转弯时，网格的精度取值为巷道宽度的1/20～1/10。
[0009]优选地，通过骨架获得备选路径，包括：获取距离原点最近且值为0的网格点作为搜索树的搜索起始点，沿设定方向依次搜索并判定网格点的值是否为0，若为0，则将网格点
加入搜索树，若为1，则停止搜索；从搜索树的叶子节点逐层向父节点寻找，直到找到搜索起始点后结束；用折线连接搜索路径生成备选路径。
[0010]优选地，设定方向设定为右，右上，右下，上，下，左上，左下，左方向。
[0011]优选地，选择合适的备选路径作为路径线，包括：获取车辆行驶方向、行驶模式和最小路径长度，若备选路径长度大于最小路径长度，进行如下判定：计算备选路径的角度；计算备选路径角度与车辆行驶方向所成的第一角度；如果当前行驶模式为直行，则选取第一角度绝对值最小的备选路径作为对应的路径线；如果当前行驶模式为左转，则选取第一角度值最大的备选路径作为对应的路径线；如果当前行驶模式为右转，则选取第一角度值最小的备选路径作为对应的路径线。
[0012]优选地，计算备选路径的角度，包括：将备选路径的起点和终点连接形成连接线，获取连接线的角度，即为备选路径的角度。
[0013]第二方面，本专利技术还公开了一种地下车辆路径规划装置，包括：数据采集模块，用于获取传感器的实时点云数据；数据处理模块，将点云数据转化为二值图，采用细化算法提取二值图的骨架；通过骨架获得备选路径，并选择合适的备选路径作为路径线；路径规划模块，将路径线进行平滑处理，得到车辆的规划路径。
[0014]第三方面，本专利技术还公开了一种地下车辆路径规划设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行存储器中存储的计算机程序时，实现本专利技术实施例的地下车辆路径规划方法。
[0015]本专利技术实施例的方案无需铺设辅助设备，经济性好；只用对激光雷达的数据进行处理，运行速率快，效率高，能大大减少车辆控制程序的响应时间。此外，本专利技术实施例的方案不仅能用于直行情况下的路径规划，还能用于转弯情况下的路径规划。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1为本专利技术一实施例中地下车辆路径规划方法的流程示意图；
[0018]图2为本专利技术一实施例中井下巷道中采集的一帧激光雷达点云数据示意图；
[0019]图3为本专利技术一实施例中在有效范围内的点云数据示意图；
[0020]图4为本专利技术一实施例中包络线的示意图；
[0021]图5为本专利技术一实施例中二值图的示意图；
[0022]图6为本专利技术一实施例中二值图的骨架示意图；
[0023]图7为本专利技术一实施例中的备选路径示意图；
[0024]图8为本专利技术一实施例直行方向的路径规划结果示意图；
[0025]图9为本专利技术一实施例左转方向的路径规划结果示意图；
[0026]图10为本专利技术一实施例右转方向的路径规划结果示意图；
[0027]图11为本专利技术一实施例地下车辆路径规划装置结构示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合说明书附图及具体实施例对本专利技术技术方案做进一步的详细阐述。应当
理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。另外，以下所提供的实施例是用于实施本专利技术的部分实施例，而非提供实施本专利技术的全部实施例，在不冲突的情况下，本专利技术实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。
[0029]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0030]在矿山开采过程中，需要许多大型机械设备，如钻机、掘进机、铲运机等，实现地下矿山机械设备的智能化自动驾驶对于提升开采效率、提高安全性具有重大意义。由于地下矿井难以接收地面通讯基站的信号，而在地下铺设基站成本高昂，地下车辆通常采用反应式导航。地下矿井环境复杂，在巷道转弯处更是如此，本专利技术所述的地下车辆路径规划方法、装置及设备能够实现地下车辆的路径规划，特别是拐弯处的路径规划，使得地下车辆自动驾驶更加安全、高效。
[0031]参考图1，本专利技术一实施例的地下车辆路径规划方法包括以下步骤：
[0032]步骤101：获取有效范围内的点云数据，并将点云数据转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下车辆路径规划方法，其特征在于，包括：获取有效范围内的点云数据，并将所述点云数据转化为二值图；采用细化算法提取所述二值图的骨架；通过所述骨架获得备选路径，并选择合适的所述备选路径作为路径线；将所述路径线进行平滑处理，即得到车辆的规划路径。2.如权利要求1所述的地下车辆路径规划方法，其特征在于，所述获取有效范围内的点云数据，包括：获取传感器的实时点云数据，根据传感器的参数及实际工作环境确定数据有效范围，并提取所述有效范围内的点云数据。3.如权利要求1所述的地下车辆路径规划方法，其特征在于，所述将所述点云数据转化为二值图，包括：将所述点云数据中相邻两个点按顺序依次连接起来，构成一个包络线；对所述包络线所在的区域进行网格化；将所述包络线内部的网格颜色定义为黑色，取值为0，所述包络线外部的网格颜色定义为白色，取值为1，黑色与白色的网格构成了所述二值图。4.如权利要求3所述的地下车辆路径规划方法，其特征在于，所述对所述包络线所在的区域进行网格化中，其中网格的精度定义为：获取车辆行驶所在巷道的宽度值，车辆直行时，所述网格的精度取值为巷道宽度的1/6～1/4；车辆转弯时，所述网格的精度取值为巷道宽度的1/20～1/10。5.如权利要求1所述的地下车辆路径规划方法，其特征在于，通过所述骨架获得备选路径，包括：获取距离原点最近且值为0的网格点作为搜索树的搜索起始点，沿设定方向依次搜索并判定所述网格点的值是否为0，若为0，则将所述网格点加入搜索树，若为1，则停止搜索；从所述搜索树的叶子节点逐层向父节点寻找，直到找到所述搜索起始点后结束...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋元建，彭平安，王李管，王佳恒，吴家希，刘永春，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：