CN107300706A - 一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统及方法，系统包括通过有线或无线连接的数据采集平台、数据分析平台；方法包括：数据采集平台实施采集并传输单线激光雷达的原始数据到数据分析平台；数据分析平台将单线激光雷达原始数据转化为点云、提取捕线器轮廓、计算捕线器到单线激光雷达的距离和角度、分析得出无轨电车需要调整的角度和距离；储存所述信息并发送给外界，外界利用这些信息辅助引导有轨电车导线连接到捕线器；重复上述步骤，进行数据的实时更新，从而实现无轨电车捕线器自动定位整个过程。本发明通过单线激光雷达获取环境信息，适应性更强，可使用的天气情况更多，其成本价格也更低。

Description

一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统及方法

技术领域

本发明涉及无轨电车定位技术领域，具体地，涉及一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统及方法。

背景技术

无轨电车是一种重要的公共交通工具，但限于其蓄电池续航能力，无轨电车可能在行驶途中需要充电。目前常见的无轨电车充电多采用人工方式，即在指定线路上，司机听到相应的标识位后按下开关，双源导线自动升起、进入捕捉器，可自行连接。但是，当无轨电车需要躲避行人或障碍而无法准确停到规定的位置时，需要对双源导线进行人工干预调整才能连接捕捉器进行充电，十分麻烦和费时。因此，研制一种无轨电车捕线器自动定位系统及方法是十分必要的。

目前使用的捕线器自动定位系统及方法大多采用视觉检测的方式，但是视觉检测技术易受到光线等条件的影像。

经过专利检索，在2016年1月26日公布的公开号为US9242562的发明专利”Systemfor automat ically connecting and a disconnecting catenary vehicle to andfrom the overhead line during travel”采用双目视觉对无轨电车上方的架空电线进行检测，但是这种方法容易受到阳光直射的干扰，且双目视觉的精度随着距离的增加下降严重。

激光雷达传感器对光照变化具有鲁棒性，将其应用于无轨电车的捕线器的自动定位有广阔应用前景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统及方法，解决当前无轨电车捕线器自动定位依赖人工干预和受环境影响较大等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，所述系统包括数据采集平台和数据分析平台，所述数据采集平台与数据分析平台之间采用有线或无线的连接方式；其中：

所述的数据采集平台包括点云数据采集模块，所述点云数据采集模块实时采集单线激光雷达的原始数据，并实时传输给所述数据分析平台；

所述的数据分析平台包括数据处理模块、数据存储模块和数据传输模块，其中：

所述数据处理模块实时接收点云数据采集模块传输的单线激光雷达原始数据并实时对所述点云数据采集模块输出的单线激光雷达原始数据进行处理，得到点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

所述数据存储模块实时保存所述数据处理模块得到的点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

所述数据传输模块将所述数据处理模块得到的点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车需要调整的距离和角度传输给外界客户端，从而实现捕线器的自动定位。

优选地，所述系统进一步包括数据显示平台，所述数据传输模块通过有线或无线的方式，将所述数据处理模块得到的点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车需要调整的距离和角度传输到数据显示平台，以辅助司机进行安全作业。

优选地，所述点云数据采集模块由一台以倾斜角度安装在无轨电车顶部的单线激光雷达组成，其中：所述单线激光雷达用于实时采集激光点的距离信息。

优选地，所述数据处理模块实时对所述点云数据采集模块输出的单线激光雷达原始数据进行处理，具体的：

将单线激光雷达的原始数据转化为点云数据，在点云数据中提取出捕线器轮廓，并计算出捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度。

更优选地，所述的数据处理模块对计算出的捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度进行分析，从而推导出无轨电车双源导线需要调整的距离和角度。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于上述系统的激光雷达的无轨电车捕线器自动定位方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：点云数据采集模块实时采集单线激光雷达的原始数据；

步骤2：点云数据采集模块将步骤1采集到的单线激光雷达原始数据发送到数据处理模块；

步骤3：数据处理模块实时地将步骤2传输的单线激光雷达原始数据转化为点云数据，通过点云数据提取捕线器轮廓，同时计算出捕线器到单线激光雷达的距离和角度，并分析得出无轨电车需要调整的角度和距离；

步骤4：数据存储模块实时保存步骤3的点云数据、捕线器轮廓、捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

步骤5：数据传输模块实时将点云数据、捕线器轮廓、捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度，发送给外界，外界利用该信息辅助引导有轨电车导线连接到捕线器；

步骤6：重复步骤1到步骤5，进行数据的实时更新，从而实现无轨电车捕线器自动定位整个过程。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过单线激光雷达获取环境信息，适应性更强，可使用的天气情况更多，其成本价格也更低。

2、通过本发明可以获取捕线器轮廓、捕线器到激光雷达的距离和角度信息，以及无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；能够存储上述信息，并将信息通过有线或者无线的方式传输给外界用户；可以将信息传输给外界客户端辅助实现捕线器自动定位；也可以输出到显示终端辅助司机安全作业。

附图说明

通过阅读参照以下附图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1为本发明一实施例的硬件布置示意图；

图2为本发明一实施例的系统原理框图；

图3为本发明一实施例的方法实现流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图2所示，一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，包括数据采集平台1、数据处理平台2，数据采集平台1与数据处理平台2之间采用有线或无线的连接方式。

作为一优选实施方式，如图2所示，所述的数据采集平台1包括数据采集模块，所述数据采集模块实时采集单线激光雷达的原始数据，并通过有线或无线的方式实时传输给所述数据处理平台2。

所述数据采集模块为一个单线激光雷达，所述单线激光雷达用于实时采集激光点的距离信息。

进一步的，如图1所示，所述的单线激光雷达以倾斜角度安装在无轨电车的顶部。

作为一优选实施方式，如图2所示，所述的数据处理平台2包括数据处理模块、数据存储模块和数据传输模块，其中：

所述数据处理模块实时接收所述数据采集模块传输的单线激光雷达原始数据，将单线激光雷达原始数据转化为点云数据，通过将当前时刻前N(N为整数)帧点云数据累加后提取捕线器轮廓，同时计算捕线器到单线激光雷达的距离和角度，并分析得出无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

所述数据存储模块实时保存点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

所述数据传输模块通过有线或无线的方式，将点云数据、捕线器轮廓、捕线器到激光雷达的距离和角度、无轨电车需要调整的距离和角度传输给外界客户端，从而实现捕线器的自动定位；或者，传输到显示终端，辅助司机进行安全作业。

所述的数据处理模块实时对点云数据采集模块输出的激光雷达原始数据进行处理，具体的：

将单线激光雷达原始数据转化为点云数据，在点云数据中提取出捕线器轮廓，并计算出捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度。

所述的数据处理模块对计算出的捕线器与激光雷达之间的距离和角度进行分析，从而推导出无轨电车双源导线需要调整的距离和角度。

如图3所示，一种基于上述系统的无轨电车捕线器自动定位方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：数据采集模块实时采集单线激光雷达的原始数据；

步骤2：数据采集模块通过有线或无线的传输方式，将步骤1采集到的单线激光雷达原始数据发送到数据处理模块，同时传输到数据存储模块；

步骤3：数据处理模块实时地将步骤2传输的单线激光雷达原始数据转化为点云，通过点云数据提取捕线器轮廓，同时计算捕线器到单线激光雷达的距离和角度，并分析得出无轨电车需要调整的角度和距离；

步骤4：数据存储模块实时保存步骤3的点云数据、捕线器轮廓、捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

步骤5：数据传输模块实时将点云数据、捕线器轮廓、捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度通过有线或无线的方式发送给外界客户端或显示终端，外界利用这些信息辅助引导有轨电车导线连接到捕线器；

步骤6：重复步骤1到步骤5，进行数据的实时更新，从而实现无轨电车捕线器自动定位整个过程。

本发明通过单线激光雷达获取环境信息，发明的适应性更强，可使用的天气情况更多，其成本价格也更低；通过本发明可以获取捕线器轮廓、捕线器到激光雷达的距离和角度信息，以及无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；能够存储上述信息，并将信息通过有线或者无线的方式传输给外界用户；可以将信息传输给外界客户端辅助实现捕线器自动定位；也可以输出到显示终端辅助司机安全作业。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，其特征在于，所述系统包括数据采集平台和数据分析平台，所述数据采集平台与数据分析平台之间采用有线或无线的连接方式；其中：

所述的数据采集平台包括点云数据采集模块，所述点云数据采集模块实时采集单线激光雷达的原始数据，并实时传输给所述数据分析平台；

所述的数据分析平台包括数据处理模块、数据存储模块和数据传输模块，其中：

所述数据处理模块实时接收点云数据采集模块传输的单线激光雷达原始数据并实时对所述点云数据采集模块输出的单线激光雷达原始数据进行处理，得到点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

所述数据存储模块实时保存所述数据处理模块得到的点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

所述数据传输模块将所述数据处理模块得到的点云数据、捕线器轮廓、捕线器到单线激光雷达的距离和角度、无轨电车需要调整的距离和角度传输给外界客户端，从而实现捕线器的自动定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，其特征在于，所述系统进一步包括数据显示平台，所述数据传输模块通过有线或无线的方式，将所述数据处理模块得到的点云数据、捕线器轮廓、捕线器到所述单线激光雷达的距离和角度、无轨电车需要调整的距离和角度传输到数据显示平台，以辅助司机进行安全作业。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，其特征在于，所述点云数据采集模块包括以倾斜角度安装在无轨电车顶部的单线激光雷达，所述单线激光雷达用于实时采集激光点的距离信息。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，其特征在于，所述数据处理模块实时对所述点云数据采集模块输出的单线激光雷达原始数据进行处理，具体的：

将所述单线激光雷达的原始数据转化为点云数据，在点云数据中提取出捕线器轮廓，并计算出捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度。

5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位系统，其特征在于，所述数据处理模块对计算出的捕线器与所述单线激光雷达之间的距离和角度进行分析，从而推导出无轨电车双源导线需要调整的距离和角度。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述系统的基于激光雷达的无轨电车捕线器自动定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：点云数据采集模块实时采集单线激光雷达的原始数据；

步骤2：点云数据采集模块将步骤1采集到的单线激光雷达原始数据发送到数据处理模块；

步骤3：数据处理模块实时地将步骤2传输的单线激光雷达原始数据转化为点云数据，通过点云数据提取捕线器轮廓，同时计算出捕线器到单线激光雷达的距离和角度，并分析得出无轨电车需要调整的角度和距离；

步骤4：数据存储模块实时保存步骤3的点云数据、捕线器轮廓、捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度；

步骤5：数据传输模块实时将点云数据、捕线器轮廓、捕线器与单线激光雷达之间的距离和角度、无轨电车双源导线需要调整的距离和角度，发送给外界，外界利用该信息辅助引导有轨电车导线连接到捕线器；

步骤6：重复步骤1到步骤5，进行数据的实时更新，从而实现无轨电车捕线器自动定位整个过程。