一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，具体涉及一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法。

背景技术

感知系统作为机车车辆无人驾驶系统的眼睛，对无人驾驶功能的实现及实现效果起着决定性的作用。通常采用在机车车辆的两端端部装有激光雷达、感知相机等感知传感器，用于障碍物的识别和障碍物种类确定。在碍物识别范围上一般选择机车车辆车头纵深方向上，机车车辆车头轮廓范围外一定尺寸的区域。

钢厂、码头等机车车辆运行范围固定的场所，我们可称之为封闭场景，在封闭场景下，无人驾驶的机车车辆运行的范围、路线是相对固定的，是有范围的，在这种环境下，可以通过360度旋转激光雷达通过SLAM建图获取无人驾驶机车车辆运行的高精度先验地图，可为机车车辆无人驾驶提供地图参考。

但获取的无人驾驶机车车辆运行的高精度先验地图与机车车辆实际行进方向有一定的差别，特别是在弯道环境下，误差就更大。所以机车车辆无人驾驶的障碍物识别范围以轨道为基准，向外延展和向上延展一定尺寸是最为合理的范围。

申请公布号为CN113568002A的发明专利申请，提供一种基于激光和图像数据融合的轨道交通主动障碍物检测装置，该装置采用安装于轨道车辆端部位置的激光雷达、感知相机等传感器，将感知传感器检测范围选择为机车车头端部垂直方向上，机车车头轮廓范围外一定尺寸的区域。当设定区域内出现障碍物时，机车做出相应动作，减速或者停车。

对于轨道交通领域，无人驾驶所行使的路径是固定的，就是轨道所在的位置，所以轨道两侧的一定范围才是轨道交通无人驾驶障碍物识别的最精准定位。单纯的车头端部垂直方向上，机车车头轮廓范围外一定尺寸，在笔直轨道条件下是与轨道两旁范围是重合的，但在弯道环境下，所识别的范围与机车运行方向就存在很大的误差，势必造成障碍物识别的错误，对无人驾驶安全性造成影响，特别是对快速运行的机车，后果更为严重。

授权公告号为CN113406642B的发明专利提供一种基于毫米波雷达的轨道障碍物识别方法，采用GPS或惯性导航作为定位依据，进行轨道定位，再用毫秒波雷达进行障碍物识别。但GPS或惯性导航的定位精度基本在米级，米级的定位精度，势必会导致障碍物识别的误差。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法，以解决现有的封闭场景下，机车车辆沿轨道行驶的过程中对障碍物识别的误差较大的问题。

一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法，包括以下步骤：

实时对机车车辆行进方向的区域进行扫描；

构建无人驾驶区域内的高精度先验地图；

对轨道上运行的机车车辆实现区段精准定位；

以轨道上运行的机车车辆的区段精准定位信息为基准，计算机车车辆轴头速度编码器的脉冲数量和方向作为机车车辆行进的位移增量，从而实现厘米级机车车辆实时精准定位；

将机车车辆实时精准定位信息与高精度先验地图结合，确定机车车辆所在轨道的位置，并根据机车车辆识别的行进方向，确定出机车车辆前进方向轨道的中心线分布函数；

以中心线分布函数为中心向左右及上面各延伸预设距离，作为检测到障碍物的有效识别范围，对处于有效识别范围内的障碍物作出识别。

进一步地，实时对机车车辆行进方向的区域进行扫描的方式通过在封闭场景下，在运行的无人驾驶机车车辆的两端端部安装感知套组实现。

进一步地，感知套组采用激光雷达或深度感知相机或激光雷达和感知相机的组合。

进一步地，构建无人驾驶区域内的高精度先验地图通过在机车车辆顶部安装360度激光雷达，构建SLAM高精先验地图实现。

进一步地，对轨道上运行的机车车辆实现区段精准定位通过在轨旁固定位置铺设定位反光板，利用360度激光雷达扫描实现；或在轨道枕木上铺设标签，并在机车车辆底部固定位置安装射频读写器的方式实现。

进一步地，对轨道上运行的机车车辆实现区段精准定位包括：

以轨道初始位置，两条轨道中心点坐标(x

进一步地，将机车车辆实时精准定位信息与高精度先验地图结合，确定机车车辆所在轨道的位置包括：

将机车车辆实时精准定位位置通过笛卡尔坐标系变换，归算到两条轨道中心点坐标(x

进一步地，根据机车车辆识别的行进方向，确定出机车车辆前进方向轨道的中心线分布函数包括：以轨道初始位置，两条轨道中心点坐标(x

进一步地，以中心线分布函数为中心向左右及上面各延伸预设距离，作为检测到障碍物的有效识别范围包括：

根据轨道中心线分布函数f(x，y，z)向左右及上面各延伸一定距离，作为感知套组检测到障碍物的有效识别范围，并在高精地图上进行障碍物识别范围进行标注。

进一步地，对处于有效识别范围内的障碍物作出识别包括：

机车车辆两端安装的感知套组，在检测到障碍物时，计算出障碍物相对感知套组位置的三维空间范围，并将障碍物的三维空间范围的边界坐标通过笛卡尔坐标系变换归算到两条轨道中心点坐标(x

进一步地，若障碍物识别为有效障碍物，则将该有效障碍物距离机车车辆位置发送给车载无人驾驶控制系统，供车载无人驾驶控制系统根据障碍物距离机车车辆位置做出鸣笛、减速、停车的响应。

本发明的有益效果为：本发明方案通过区段精准定位和机车车辆轴头码盘的结合实现机车车辆厘米级实时精准定位，且将机车车辆的厘米级实时精准定位和高精度先验地图结合，实现实时进行障碍物有效范围的计算，以及实时检测障碍物的位置信息，实现障碍物在机车车辆行进方向的有效识别，以保障无人驾驶机车车辆的安全运行，适用于封闭场景下，无人驾驶的轨道车辆障碍物检测，准确度更高。

附图说明

图1示出了本发明提供的一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法中机车车辆及附属设备的示意图；

图2示出了本发明提供的一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法中对机车车辆进行定位的流程图。

附图标记：1、360度激光雷达；2、射频读写器；3、感知套组。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

本发明实施例提供一种封闭场景下轨道车辆行进方向障碍物识别方法，包括以下步骤：

实时对机车车辆行进方向的区域进行扫描；

构建无人驾驶区域内的高精度先验地图；

对轨道上运行的机车车辆实现区段精准定位；

以轨道上运行的机车车辆的区段精准定位位置信息为基准，计算机车车辆轴头速度编码器的脉冲数量和方向作为机车车辆行进的位移增量，从而实现厘米级实时精准定位；

将实时精准定位信息与高精度先验地图结合，确定机车车辆所在轨道的位置，并根据机车车辆识别的行进方向，确定出机车车辆前进方向轨道的中心线分布函数；

以中心线分布函数为中心向左右及上面各延伸预设距离，作为检测到障碍物的有效识别范围，对处于有效识别范围内的障碍物作出识别。在此范围外，即使检测到物体也不做障碍物识别，从而达到有效障碍物识别。

本发明方案通过区段精准定位和机车车辆轴头码盘的结合实现机车车辆厘米级实时精准定位，且将机车车辆的厘米级实时精准定位和高精度先验地图结合，实现实时进行障碍物有效范围的计算，并实时检测障碍物的位置信息，实现障碍物在机车车辆行进方向的有效识别，以保障无人驾驶机车车辆的安全运行，适用于封闭场景下，无人驾驶的轨道车辆障碍物检测。

在一些实施例中，实时对机车车辆行进方向的区域进行扫描的方式通过在封闭场景下，在运行的无人驾驶机车车辆的两端端部安装感知套组3实现。

在一些实施例中，感知套组3采用激光雷达或深度感知相机或激光雷达和感知相机的组合。另外，感知套组3还可以采用任何其他可实现障碍物检测并可反馈障碍物空间位置的传感器，只要达到上述相同的效果即可。

在一些实施例中，构建无人驾驶区域内的高精度先验地图通过在机车车辆顶部安装360度激光雷达1，构建SLAM高精先验地图实现。

在一些实施例中，对轨道上运行的机车车辆实现区段精准定位通过在轨旁固定位置铺设定位反光板，利用360度激光雷达扫描实现；或在轨道枕木上铺设标签，并在机车车辆底部固定位置安装射频读写器2的方式实现。另外，任何其他能达到相同效果的可实现区段精准定位的方式都可采用。

在一些实施例中，对轨道上运行的机车车辆实现区段精准定位包括：

以轨道初始位置，两条轨道中心点坐标(x

在一些实施例中，将机车车辆精准实时定位信息与高精度先验地图结合，确定机车车辆所在轨道的位置包括：

将机车车辆精准实时定位位置通过笛卡尔坐标系变换，归算到两条轨道中心点坐标(x

在一些实施例中，根据机车车辆识别的行进方向，确定出机车车辆前进方向轨道的中心线分布函数包括：以轨道初始位置，两条轨道中心点坐标(x

在一些实施例中，以中心线分布函数为中心向左右及上面各延伸预设距离，作为检测到障碍物的有效识别范围包括：

根据轨道中心线分布函数f(x，y，z)向左右及上面各延伸一定距离，作为感知套组3检测到障碍物的有效识别范围，并在高精地图上进行障碍物识别范围进行标注，其中，延伸的距离可根据机车车辆轮廓及运行环境制定。

在一些实施例中，对处于有效识别范围内的障碍物作出识别包括：

机车车辆两端安装的感知套组3在检测到障碍物时，车载感知单元计算出障碍物相对感知套组3位置的三维空间范围，并将障碍物的三维空间范围的边界坐标通过笛卡尔坐标系变换归算到两条轨道中心点坐标(x

在一些实施例中，若障碍物识别为有效障碍物，则将该有效障碍物距离机车车辆位置发送给车载无人驾驶控制系统的机车控制单元，供车载无人驾驶控制系统根据障碍物距离机车车辆位置做出鸣笛、减速、停车的响应。若障碍物的范围与障碍区识别范围无重叠，则机车车辆继续运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。