CN107015242B - 一种探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种探测方法及装置，其中，该方法包括将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔；控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描；基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物；基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级障碍物之外的障碍物。本发明实施例可以提高大型障碍物探测的速度以及效率，并且准确探测小型障碍物。

Description

一种探测方法及装置

技术领域

本发明涉及探测技术领域，尤其涉及一种探测方法及装置。

背景技术

交通运输在国民经济中的地位举足轻重，运输安全是关系国计民生的大事。目前铁路系统开始采用激光雷达对铁路行车安全限界内进行扫描和测量，以发现超过安全范围大小的障碍物，避免给高速行驶的列车带来危险。

目前铁路系统的线路障碍检测系统通过采集回波距离、云台方向角度信息和传感器与监测区域相对位置信息，通过计算确定障碍物的位置、运动速度和方向，并分析障碍物对行车安全的威胁程度。

目前铁路系统的线路障碍检测系统主要探测技术采用的是用激光雷达技术对探测区域进行均匀旋转扫描，利用激光回波测距结果结合自身安装位置和扫描角度，对周边环境进行成像的技术。由于在进行扫描时，在每个扫描角度上等待回波时间较长，因此一次扫描的速度较慢，减少了线路上行驶车辆的制动时间，增大了障碍物对行驶车辆的威胁。

发明内容

本发明实施例提供一种探测方法及装置，可以提高大型障碍物探测的速度以及效率，并且准确探测小型障碍物。

第一方面，本发明实施例提供了一种探测方法，包括：

将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔；

控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描；

基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物；

基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级之外的障碍物。

第二方面，本发明实施例还提供了一种探测装置，包括：

划分模块，用于将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔；

控制模块，用于控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描；

第一确定模块，用于基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物；

第二确定模块，用于基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级之外的障碍物。

本实施例提供的技术方案，通过将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，并基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在第一级障碍物，并基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在除第一级障碍物之外的障碍物，可以提高大型障碍物的探测效率及速度，并且准确探测小型障碍物。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a是本发明实施例提供的一种探测方法流程图；

图1b是第一周期扫描的扫描线分布图；

图1c是第一次第二周期扫描的扫描线分布图；

图1d是第二次第二周期扫描的扫描线分布图；

图1e是将第一次第二周期扫描和第二次第二周期扫描中的扫描线叠加的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种探测装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1a是本发明实施例提供的一种探测方法流程图，所述方法由一种探测装置执行，所述装置由软件和/或硬件来执行，所述装置配置在探测数据处理等装置中。

所述方法应用于二维激光雷达或者其他雷达探测障碍物的场景中，或者应用于多维度雷达(可利用多维度的旋转云台)探测障碍物的场景中，或者应用于以扫描角度和径向测距结合测量设备自身与探测区域的相对位置来进行监测障碍物的系统中。

如图1a所示，本实施例提供的技术方案包括：

S110：将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔。

激光雷达探测的原理如下：向目标物体发射探测信号(如扫描光束),然后将接收到的从目标物体反射回来的信号(如，被反射回来的光束)与开始发射的探测信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标物体的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标物体进行探测与识别。

在本实施例中，第一周期扫描的扫描间隔为第一扫描间隔，第二周期扫描的扫描间隔为第二扫描间隔。其中，扫描间隔为扫描线之间的角度间隔；第一扫描间隔与第二扫描间隔可以是倍数的关系，例如，第一扫描间隔是第二扫描间隔的2倍、3倍或者其他倍数。当第一扫描间隔是第二扫描间隔的2倍时，将第一周期扫描划分为2个第二周期扫描。

在本实施例中，设定数量可根据实际扫描速度的需要进行确定。可选的，所述将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，可以包括：将所述第一周期扫描中的扫描线按照顺序进行编号；将所述扫描线的编号除以所述设定数量M，获取余数；将余数相同的扫描线分别作为每一个所述第二周期扫描的扫描线；其中，所述余数包括：0到M-1之间的自然数。M为大于1的自然数。

举例说明，如图1b所示，激光雷达A在探测区域B进行第一周期扫描中，第一扫描间隔为0.1度(图1b中双箭头所示的扫描间隔)一次周期扫描的角度为170度，从0度开始扫描，直至扫描到170度结束。第一周期扫描中的扫描线C的编号为：1-N。若将第一周期扫描划分为2次扫描间隔为0.2度的第二周期扫描，将编号除以2余数为0的扫描线作为第一次第二周期扫描的扫描线。如图1c所示，在进行第一次第二周期扫描时，扫描间隔为0.2度(图1c中双箭头所示的扫描间隔)，并且从0度开始扫描，将编号除以2余数为1的扫描线作为第一次第二周期扫描的扫描线。如图1d所示，将编号除以2余数为0的扫描线作为第二次第二周期扫描的扫描线。在进行第二次第二周期扫描时，扫描间隔为0.2度(图1d中双箭头所示的扫描间隔)，从0.1度开始扫描。如图1e所示，将第一次第二周期扫描的扫描线与第二次第二周期扫描的扫描线叠加，与如图1b中所示的第一周期扫描的扫描线相同。因此，将第一周期扫描划分为2次第二周期扫描，获取到的数据相同。

由此可知，当将第一周期扫描划分为设定数量的第二周期扫描时，通过调整扫描间隔(由第一扫描间隔变为第二扫描间隔)以及调整初始探测角度来实现。

可选的，所述将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，还可以包括：确定将所述第一周期扫描划分为第二周期扫描的设定数量N；在第一周期扫描中的扫描线中，将扫描间隔为第二扫描间隔的扫描线作为每次第二周期扫描的扫描线。

S120：控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描。

在本实施例中，探测区域为预先设置的区域，可为圆形、扇形、矩形或者其他形状，以激光雷达为中心按照一定的顺序进行扫描的区域。例如，探测区域为离激光雷达为15至45米距离的区域。

在本实施例中，各个第二周期扫描的初始扫描角度不同，当激光雷达每进行一次第二周期扫描时，获取扫描数据，基于第一次获取的第二周期扫描的数据，可以对较大的障碍物进行探测。

S130：基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物。

在本实施例中，可选的，所述基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物，包括：基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定第二周期扫描中的扫描光束在探测区域是否探测到障碍物；若是，确定所述探测区域内存在第一级障碍物。其中，第一级障碍物的尺寸大于其他级别的障碍物的尺寸。

由此，当探测区域存在较大的第一级障碍物时，通过一次第二周期扫描就可以进行探测。由于第二周期扫描的扫描间隔大于第一扫描周期的扫描间隔，对于扫描同一探测区域时，在进行第二周期扫描时花费的时间较少，并且第二周期扫描时能够探测出较大的障碍物，提高了探测大型障碍物的速度。

如图1b所示，当扫描间隔为第一扫描间隔，且为0.1度时，若每一个扫描角度的测量时间是T1，激光雷达转动0.1度的时间为T2，进行一次第一周期扫描所花费的时间约为170/0.1×(T1+T2)。如图1c所示，当扫描间隔为第二扫描间隔，且为0.2度时，则一次第二周期扫描所花费的时间约为170/0.2×(T1+T2×2)-T2×2，根据激光雷达的机电控制参数，T1远大于T2，进行一次第二周期扫描所花费的时间是进行一次第一周期扫描所花费时间的一半。若第一周期扫描检测出最小障碍物的投影尺寸是5公分，根据距离和扫描角度的关系，第二周期扫描可以探测出投影尺寸为10公分以上的障碍物。同理，第二次第二周期扫描也可以探测出投影尺寸为10公分以上的障碍物。将第一次第二周期扫描的数据和第二次周期扫描的数据进行叠加，和第一次周期扫描的数据相同。进行两次第二周期扫描比进行一次第一周期扫描多花费的时间为T2×1700。由于T2较小，探测投影尺寸5公分到10公分的障碍物的时间稍微增加，但是大幅提高了探测10公分以上障碍物的速度。

S140：基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级障碍物之外的障碍物。

在本实施例中，将各次获取的第二周期扫描的数据进行叠加，与第一周期扫描的数据相同。因此，基于各次获取的第二周期扫描的数据，探测到的障碍物与第一周期扫描探测到的障碍物的结果相同。

若探测区域内存在比第一级障碍物尺寸小的第二级障碍物，由于第二周期扫描中的扫描间隔较大，通过一次第二周期扫描的数据并不能准确将第二级障碍物进行探测。由于各次第二周期扫描的初始角度不同，第二周期扫描的扫描线也不同，因此，将各次第二周期扫描的数据进行叠加，可以探测到尺寸较小的第二级障碍物。

举例说明，若激光雷达在探测时需要将第一周期扫描中的扫描速度提高3倍，且第一周期扫描探测到的最小障碍物的投影尺寸为D。可以将第一周期扫描中的扫描线编号除以3，将编号被3整除的扫描线作为第一次第二周期扫描的扫描线，将编号除以3余1的扫描线作为第二次第二周期扫描的扫描线，将编号除以3余2的扫描线作为第三次第二周期扫描的扫描线。也就是说将第一周期扫描划分为3次第二周期扫描，且第一周期扫描对应的第一扫描间隔是第二周期扫描对应第二扫描间隔的3倍。其中，每次第二周期扫描均能扫描出投影尺寸在3D以上的障碍物，提高投影尺寸3D障碍物的扫描速度，将三次第二扫描周期的数据叠加与第一周期扫描的数据相同，可以探测到最小投影尺寸为D的障碍物。

又如，若激光雷达在探测需要将第一周期扫描中的扫描速度提高4倍，且第一周期扫描探测到的最小障碍物的投影尺寸为D，第一周期扫描的时间为T。可以将第一周期扫描划分为4次第二周期扫描，且第一周期扫描中的第一扫描间隔是第二周期扫描中的第二扫描间隔的4倍。具体是：可以将第一周期扫描中的扫描线编号除以4，将编号被4整除的扫描线作为第一次第二周期扫描的扫描线，将编号除以4余1的扫描线作为第二次第二周期扫描的扫描线，将编号除以4余2的扫描线作为第三次第二周期扫描的扫描线，将编号除以4余3的扫描线作为第四次第二周期扫描的扫描线。其中，每次第二周期扫描均能扫描出投影尺寸在4D以上的障碍物，且探测4D以上的障碍物的时间为T/4。将第一次第二周期扫描的数据和第二次第二周期扫描的数据叠加，可以探测到投影尺寸在2D到4D之间的障碍物；将第三次周期扫描的数据和第四次第二周期扫描的数据叠加，也可以探测到投影尺寸在2D和4D之间的障碍物，由此，探测到投影尺寸在2D-4D之间障碍物的时间为T/2。将4次第二周期扫描的数据叠加，可以探测到投影尺寸在D-2D之间的障碍物。

本发明的方法可以应用于多维度扫描中，例如，在三维扫描中，需要进行水平扫描和俯仰扫描。可以将水平扫描中的扫描线的编号分为奇数、偶数两组，将俯仰扫描中的扫描线的编号分别奇数、偶数两组。对空间进行4次扫描，分别是：水平扫描中编号为奇数的扫描线和俯仰扫描中编号为奇数的扫描线作为第一次扫描的扫描线；水平扫描中编号为奇数的扫描线和俯仰扫描中编号为偶数的扫描线作为第二次扫描的扫描线，水平扫描中编号为偶数的扫描线和俯仰扫描中编号为奇数的扫描线作为第三次扫描的扫描线，水平扫描中编号为偶数的扫描线和俯仰扫描中编号为偶数的扫描线作为第四次扫描的扫描线。其中，每次扫描的速度可以提高到原来的4倍，可以探测到投影尺寸是原来2倍的障碍物。

需要说明的是，本实施例中的投影尺寸为扫描光束在障碍物投影的尺寸。

本实施例提供的一种探测方法，通过将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，并基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在第一级障碍物，并基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在除第一级之外的障碍物，可以提高大型障碍物的探测效率，并且准确探测小型障碍物。

在上述实施例的基础上，所述的方法还包括：设置障碍物的等级以及设置与障碍物等级对应的扫描间隔。由此，通过对障碍的等级设置通过对障碍物的等级设置以及对与障碍物等级对应的扫描间隔设置，能够提高探测大型障碍物的速度。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：基于各次获取的第二周期扫描的数据，检测所述第一级障碍物的确定是否正确。

当基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在第一级障碍物时，会存在如下的情形：当一个投影尺寸小于第一级障碍物的障碍物位于第二周期扫描的扫描线上，导致扫描光束扫描到障碍物；或者至少两个以上的投影尺寸小于第一级障碍物的障碍物分别位于扫描线的位置，导致相邻的扫描光束均能扫描到障碍物。上述两种情形使激光雷达错误的确定探测区域存在较大的第一级障碍物，进而发送报警信息，以使报警器进行报警以警示工作人员。

由于激光雷达设备的报警系统的局限性，报警系统的反应也会需要一段时间，而在该段时间内，激光雷达会进行再次的第二周期扫描，从而再次获取第二周期扫描的数据，与首次第二周期扫描的数据结合进行检测第一级障碍物的确定是否是正确的。具体是：检测探测区域存在的障碍物是投影尺寸较小的障碍物，还是投影尺寸较大的第一级障碍物。当检测到第一级障碍物的确定是正确的，报警系统继续操作，使报警器进行报警，由于在第一次第二周期扫描结束时，报警系统已经启动，缩短了反应时间，提高了报警速度。当检测到第一级障碍物的确定不正确，即检测到存在投影尺寸较小的障碍物，停止报警系统的操作，以使报警器不进行报警。

当采用多维度旋转云台对障碍物进行探测时，在预定的范围内，可以采用上述的方法探测障碍物。例如，在探测区域中，距离激光雷达较近的位置形成的目标区域，由于激光雷达探测的距离较短，每一条扫描线在该目标区域分布较密，可以在不影响扫描精度的情况下增加扫描间隔以达到提高扫描速度的目的。但由于扫描光束的不连续性，也会存在将投影尺寸较小的障碍物识别为投影尺寸较大的第一级障碍物情形，因此，当扫描该目标区域时，采用不同的起始角度，以及较大的扫描间隔对目标区域进行多次扫描，基于各次扫描的数据，确定障碍物，进行准确测量。

图2是本实施例提供的一种探测装置结构框图，所述装置用于执行一种探测方法，如图2所示，所述装置包括划分模块210、控制模块220、第一确定模块230和第二确定模块240。

其中，划分模块210，用于将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔；

控制模块220，用于控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描；

第一确定模块230，用于基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物；

第二确定模块240，用于基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级障碍物之外的障碍物。

进一步的，所述划分模块210，用于将所述第一周期扫描中的扫描线按照顺序进行编号；

将所述扫描线的编号除以所述设定数量M，获取余数；

将余数相同的扫描线分别作为每一个所述第二周期扫描的扫描线；

其中，所述余数包括：0到M-1之间的自然数。

进一步的，所述第一确定模块230，用于基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定第二周期扫描中的扫描光束在所述探测区域是否探测到障碍物；

若是，确定所述探测区域内存在第一级障碍物。

进一步的，所述装置还包括：

检测模块250，用于基于各次获取的第二周期扫描的数据，检测所述第一级障碍物的确定是否正确。

进一步的，所述装置还包括：

设置模块260，用于设置障碍物的等级以及设置与障碍物等级对应的扫描间隔。

本实施例提供的一种探测装置，通过将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，并基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在第一级障碍物，并基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定探测区域是否存在除第一级之外的障碍物，可以提高大型障碍物的探测效率，并且准确探测小型障碍物。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种探测方法，其特征在于，包括：

将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔；

控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描；

基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物；

基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级障碍物之外的障碍物；

其中，所述将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，包括：将所述第一周期扫描中的扫描线按照顺序进行编号；将所述扫描线的编号除以所述设定数量M，获取余数；将余数相同的扫描线分别作为每一个所述第二周期扫描的扫描线；其中，所述余数包括：0到M-1之间的自然数，M为大于1的自然数；当将第一周期扫描划分为设定数量的第二周期扫描时，通过调整扫描间隔以及调整初始探测角度来实现。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描，包括：

将所述第一周期扫描中的扫描线按照顺序进行编号；

将所述扫描线的编号除以所述设定数量M，获取余数；

将余数相同的扫描线分别作为每一个所述第二周期扫描的扫描线；

其中，所述余数包括：0到M-1之间的自然数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物，包括：

基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定第二周期扫描中的扫描光束在所述探测区域是否探测到障碍物；

若是，确定所述探测区域内存在第一级障碍物。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

基于各次获取的第二周期扫描的数据，检测所述第一级障碍物的确定是否正确。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

设置障碍物的等级以及设置与障碍物的等级对应的扫描间隔。

6.一种探测装置，其特征在于，包括：

划分模块，用于将第一扫描间隔对应的第一周期扫描划分为设定数量的第二扫描间隔对应的第二周期扫描；其中，所述第一扫描间隔小于所述第二扫描间隔；

控制模块，用于控制激光雷达采用所述第二扫描间隔对探测区域依次进行所述设定数量的第二周期扫描；

第一确定模块，用于基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域是否存在第一级障碍物；

第二确定模块，用于基于各次获取的第二周期扫描的数据，确定所述探测区域内是否存在除所述第一级障碍物之外的障碍物；

其中，所述划分模块，具体用于：将所述第一周期扫描中的扫描线按照顺序进行编号；将所述扫描线的编号除以所述设定数量M，获取余数；将余数相同的扫描线分别作为每一个所述第二周期扫描的扫描线；其中，所述余数包括：0到M-1之间的自然数，M为大于1的自然数；当将第一周期扫描划分为设定数量的第二周期扫描时，通过调整扫描间隔以及调整初始探测角度来实现。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述划分模块，用于将所述第一周期扫描中的扫描线按照顺序进行编号；

将所述扫描线的编号除以所述设定数量M，获取余数；

将余数相同的扫描线分别作为每一个所述第二周期扫描的扫描线；

其中，所述余数包括：0到M-1之间的自然数。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一确定模块，用于基于首次获取的第二周期扫描的数据，确定第二周期扫描中的扫描光束在所述探测区域是否探测到障碍物；

若是，确定所述探测区域内存在第一级障碍物。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

检测模块，基于各次获取的第二周期扫描的数据，检测所述第一级障碍物的确定是否正确。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

设置模块，用于设置障碍物的等级以及设置与障碍物的等级对应的扫描间隔。