CN109164412A - 一种基于信标识别的辅助定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于信标识别的辅助定位方法，首先根据行驶车辆上激光传感器的安装位置以及车辆行驶的巷道环境特征，将若干信标安装在车辆行驶的巷道壁上；在车辆行驶过程中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据；然后对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，获取信标所代表的坐标或环境信息，完成行驶车辆的辅助定位。上述方法能准确快速的识别到信标，并根据信标所代表的信息实现车辆的快速准确定位。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于信标识别的辅助定位方法。
背景技术
近年，无人驾驶车辆从地面车辆向地下车辆发展迅速，无人驾驶车辆在行驶过程中，最关键的两个步骤是定位与导航，定位是无人驾驶的基础，为车辆控制提供最重要的判断依据。而定位的目的是获取车辆的位姿，即位置和姿态，定位的准确性在无人驾驶过程中尤其重要。
因地下矿山环境的强拒止性，现有技术中地下车辆多采用相对式定位方法，相对式定位是车辆的定位坐标不以全局通用的坐标来计算，其位置信息是相对于自己的起始位置或者某个参照物，同时通过感知来感应周围环境比如横向位置信息和航向角等来实现定位。但是这种方法有个不可避免的缺点就是累积误差随时间增加而增加，长时间使用会严重影响定位精度，甚至丧失定位能力；而且该方法的定位数据不具有“预见性”，只能知道当前位置行驶环境，不能知道未来位置行驶环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信标识别的辅助定位方法，该方法能准确快速的识别到信标，并根据信标所代表的信息实现车辆的快速准确定位。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于信标识别的辅助定位方法，所述方法包括：
步骤1、根据行驶车辆上激光传感器的安装位置以及车辆行驶的巷道环境特征，将若干信标安装在车辆行驶的巷道壁上；
步骤2、在车辆行驶过程中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据；
步骤3、对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，获取信标所代表的坐标或环境信息，完成行驶车辆的辅助定位。
在步骤1中，所安装的信标采用高反射率的高亮材质；
以信标长度的不同作为信标的区分，且信标长度在200～600mm之间，宽度在400～500mm之间。
在步骤2中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据，具体包括：
向行驶车辆上的激光传感器发送连续采集指令和采集模式指令，扫描所安装的信标以采集相应的数据；
其中，所采集的数据包括信标距离数据以及对应激光反射强度数据RSSI(Received Signal Strength Indicator)。
在步骤3中，对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，具体包括：
对所采集的激光反射强度数据RSSI依次进行二值化处理、形态学处理；
遍历处理后的数据并作差，得到信标的起点和终点，识别出扫描的信标；
将识别出的信标与预设信标进行匹配，若匹配到对应的预设信标，则获取预设信标所代表的坐标或环境信息。
所述对所采集的激光反射强度数据RSSI依次进行二值化处理、形态学处理，具体包括：
对所采集的激光反射强度数据RSSI进行二值化处理，与提前设定的阈值进行数值对比，将大于阈值的激光反射强度数据RSSI置1，小于阈值的激光反射强度数据RSSI置0；
再对二值化处理后的激光反射强度数据RSSI进行膨胀处理，使数据连贯一致；
对膨胀处理后的激光反射强度数据RSSI进行腐蚀处理，消除数据中多余噪点，使数据更精确。
在步骤1中，以条形码来作为信标的区分，将信标材质设计成宽度若干的窄条形，依据一定的编码方式将窄条形信标排列固定，做成编码信标。
在步骤1中，所述信标的安装位置包括岔路口、转弯路口、起始点和终止点。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能准确快速的识别到信标，并根据信标所代表的信息实现车辆的快速准确定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的基于信标识别的辅助定位方法流程示意图；
图2为本发明实施例所述信标的安装分布示意图；
图3为本发明实施例所述信标识别过程的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的基于信标识别的辅助定位方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、根据行驶车辆上激光传感器的安装位置以及车辆行驶的巷道环境特征，将若干信标安装在车辆行驶的巷道壁上；
在步骤1中，所安装的信标采用高反射率的高亮材质；
以信标长度的不同作为信标的区分，且信标长度在200～600mm之间，宽度在400～500mm之间。
另外，除上述长度区分方式外，还可以条形码来作为信标的区分，将信标材质设计成宽度若干的窄条形，依据一定的编码方式将窄条形信标排列固定，做成编码信标。
具体实现中，信标的安装位置可以包括岔路口、转弯路口、起始点和终止点等，如图2所示为本发明实施例所述信标的安装分布示意图，图中根据铲运机上所安装的LMS激光扫描器的位置将信标依次安装在巷道壁的岔路口、转弯路口、起始点和终止点。
步骤2、在车辆行驶过程中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据；
该步骤中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据，具体包括：
向行驶车辆上的激光传感器发送连续采集指令和采集模式指令，扫描所安装的信标以采集相应的数据；
其中，激光传感器的扫描结果返回数据包括传感器状态、数据返回类型、距离测量范围、起始角度、角度分辨率、测量数据数量、测量频率、RSSI测量范围、RSSI起始值、RSSI终止值、测量距离DIST值和测量RSSI值等，而需要提取出的采集数据包括信标距离数据以及对应激光反射强度数据RSSI(Received Signal Strength Indicator)。
步骤3、对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，获取信标所代表的坐标或环境信息，完成行驶车辆的辅助定位。
在该步骤中，对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，具体包括：
对所采集的激光反射强度数据RSSI依次进行二值化处理、形态学处理；
再遍历处理后的数据并作差，得到信标的起点和终点，识别出扫描的信标；
然后将识别出的信标与预设信标进行匹配，若匹配到对应的预设信标，则获取预设信标所代表的坐标或环境信息，实现行驶车辆的辅助定位。
具体实现中，对所采集的激光反射强度数据RSSI依次进行二值化处理、形态学处理，具体包括：
对所采集的激光反射强度数据RSSI进行二值化处理，与提前设定的阈值进行数值对比，将大于阈值的激光反射强度数据RSSI置1，小于阈值的激光反射强度数据RSSI置0；
再对二值化处理后的激光反射强度数据RSSI进行膨胀处理，使数据连贯一致；这里，膨胀处理的目的是添补目标中的空洞，使目标增大，举例来说：用结构元素B扫描RSSI二值化处理后数组A的每一个元素，用结构元素与其覆盖的二值元素做“与”操作；如果都为0，则结果数组的该元素为0，否则为1，从而得到膨胀数组P；
对膨胀处理后的激光反射强度数据RSSI进行腐蚀处理，消除数据中多余噪点，使数据更精确。这里，腐蚀处理的目的是消除小于结构元素的噪声点，使目标缩小，举例来说：用结构元素B扫描膨胀数组P的每一个元素，用结构元素与其覆盖的二值元素做“与”操作；如果都为1，则结果图像的该像素为1，否则为0，从而得到腐蚀数组C，如下表1所示为原始数据A经过膨胀和腐蚀处理后的数据结构：
表1
| 原始数组A | 100011110001 |
| 膨胀数组P | 110111111011 |
| 腐蚀数组C | 000011110000 |
另外，上述识别出扫描的信标的主要目标是找到“01”和“10”的突变位置，然后每一对“01”和“10”对应一个信标。由于二值化的数组有个典型的特性是其元素相互作差只有三种结果：“0、1、-1”。其中“10”与“-1”一一对应，“01”与“1”一一对应，则只需要遍历数组作差即可得到信标的起点和终点，如下表2所示：
表2
首先，识别“01”上升沿，和“10”下降沿，上升沿是信标的起始点，下降沿是信标的终止点；
然后，“01”上升沿和“10”下降沿是交替出现的，每一对代表一个可能存在的信标；
再根据“01”上升沿和“10”下降沿在RSSI数据中的索引号，找到对应的传感器距离值a与b和夹角θ，如图3所示为本发明实施例所述信标识别过程的示意图，其中夹角θ根据上升沿和下降沿的索引号做差后乘以激光传感器的分辨率即可得到，然后计算出信标的长度l，具体计算公式如下：
进而识别出扫描的信标。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
综上所述，本发明实施例所述方法具有如下优点：
1)定位精准，只要信标进去扫描范围内，就能准确快速的识别到，根据信标代表的信息，车辆可准确快速的做出响应；
2)抗干扰能力强，针对巷道多灰多雾环境造成信标污渍而影响信标识别的噪点进行了专门的处理，提高信标的连续一致性，增强信标的识别准确性；
3)实用性强，实施例中信标材质是柔性材质，安装不需要额外的设备，简单易行，易清理，不占用巷道空间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、根据行驶车辆上激光传感器的安装位置以及车辆行驶的巷道环境特征，将若干信标安装在车辆行驶的巷道壁上；
步骤2、在车辆行驶过程中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据；
步骤3、对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，获取信标所代表的坐标或环境信息，完成行驶车辆的辅助定位。
2.根据权利要求1所述基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，在步骤1中，所安装的信标采用高反射率的高亮材质；
以信标长度的不同作为信标的区分，且信标长度在200～600mm之间，宽度在400～500mm之间。
3.根据权利要求1所述基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，在步骤2中，利用行驶车辆上的激光传感器扫描所安装的信标以采集相应的数据，具体包括：
向行驶车辆上的激光传感器发送连续采集指令和采集模式指令，扫描所安装的信标以采集相应的数据；
其中，所采集的数据包括信标距离数据以及对应激光反射强度数据RSSI。
4.根据权利要求1所述基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，在步骤3中，对所采集的数据进行处理和特征识别匹配，具体包括：
对所采集的激光反射强度数据RSSI依次进行二值化处理、形态学处理；
遍历处理后的数据并作差，得到信标的起点和终点，识别出扫描的信标；
将识别出的信标与预设信标进行匹配，若匹配到对应的预设信标，则获取预设信标所代表的坐标或环境信息。
5.根据权利要求4所述基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，所述对所采集的激光反射强度数据RSSI依次进行二值化处理、形态学处理，具体包括：
对所采集的激光反射强度数据RSSI进行二值化处理，与提前设定的阈值进行数值对比，将大于阈值的激光反射强度数据RSSI置1，小于阈值的激光反射强度数据RSSI置0；
再对二值化处理后的激光反射强度数据RSSI进行膨胀处理，使数据连贯一致；
对膨胀处理后的激光反射强度数据RSSI进行腐蚀处理，消除数据中多余噪点，使数据更精确。
6.根据权利要求1所述基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，在步骤1中，
以条形码来作为信标的区分，将信标材质设计成宽度若干的窄条形，依据一定的编码方式将窄条形信标排列固定，做成编码信标。
7.根据权利要求1所述基于信标识别的辅助定位方法，其特征在于，在步骤1中，
所述信标的安装位置包括岔路口、转弯路口、起始点和终止点。
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