CN110045636A - 一种面向自主扫雪的感知系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种面向自主扫雪装置的感知系统及方法，系统包括：激光雷达、全球卫星导航系统、热成像仪、可见光摄像机、处理器及底座；所述激光雷达用于采集环境与障碍物信息，并将环境与障碍物信息发送至所述处理器；所述全球卫星导航系统用于采集当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至所述处理器；所述热成像仪用于采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器；所述处理器与扫雪装置连接，所述处理器用于根据所述环境与障碍物信息、所述当前位置信息以及所述环境热像图信息，向所述扫雪装置发出驱动信号，以驱动所述扫雪装置进行扫雪。本发明中的上述系统与方法能够用于扫雪装置的自主化，提高扫雪效率。

Description

一种面向自主扫雪的感知系统及方法
技术领域
本发明涉及扫雪领域，特别是涉及一种面向自主扫雪装置的感知系统及方法。
背景技术
冬日雪后，为了保证道路的安全和日常生活的正常进行，往往会投入大量的人力物力进行除雪作业，但由于现有的除雪作业的效率限制，全人工的除雪不仅费时费力，还存在着较大的安全隐患。针对投入大量人力与物力除雪的问题，现有技术中存在几种自主除雪设备。但是，这些除雪设备主要有以下几项缺点：第一、在众多的自主除雪设备中，较流行的一种方案是：在将需要自主除雪的区域内设置若干检测探头，通过检测探头的数据和除雪车上的传感器数据相融合，判断是否下雪、是否需要除雪以及除雪的效果如何。但这种方法的局限性在于过度依赖于环境，一套设备仅能在固定的区域使用，即仅能工作于安装了检测探头的区域。第二、目前还有一种无人除雪车，利用车载相机对积雪路面进行图像识别，进而对路面的积雪情况进行判断，但是这种方法无法准确地探测积雪厚度等，而且需要与前期无雪路面的图像进行对比。且基于图像识别的无人除雪车仅能对雪层表面(或雪堆表面等)进行图像识别，无法判断积雪表面之下是否有异物，若积雪表面之下含有某种异物，可能会导致除雪设备的毁坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向自主扫雪装置的感知系统及方法，以用于扫雪装置实现自主化，提高扫雪效率。
一种面向自主扫雪装置的感知系统，所述系统包括：
激光雷达、全球卫星导航系统、热成像仪、处理器以及底座；
所述激光雷达、所述全球卫星导航系统、所述热成像仪以及所述处理器均位于所述底座上；
所述激光雷达与所述处理器连接，所述激光雷达用于采集环境与障碍物信息，并将所述环境与障碍物信息发送至所述处理器；
所述全球卫星导航系统与所述处理器连接，所述全球卫星导航系统用于采集当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至所述处理器；
所述热成像仪与所述处理器连接，所述热成像仪用于采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器；
所述处理器与扫雪装置连接，所述处理器用于根据所述环境与障碍物信息、所述当前位置信息以及所述环境热像图信息，向所述扫雪装置发出控制信号，以控制所述扫雪装置进行扫雪。
可选的，所述系统还包括：云台，用于放置所述激光雷达，通过旋转所述云台实现激光雷达的多方向多角度扫描。
可选的，所述处理器还用于向所述激光雷达的云台发送转动信号，控制所述激光雷达转动。
可选的，所述系统还包括：可见光摄像机，所述可见光摄像机与所述处理器连接，所述可见光摄像机用于采集周围环境图像，并将所述环境图像发送至所述处理器；
所述处理器还用于根据所述环境图像对所述控制信号进行补偿。
可选的，所述全球卫星导航系统具体包括：全球卫星导航系统接收机、第一全球卫星导航系统天线和第二全球卫星导航系统天线，所述第一全球卫星导航系统天线和所述第二全球卫星导航系统天线均用于采集当前位置信息。
可选的，所述障碍物信息具体包括：障碍物的方位以及距离障碍物的距离。
可选的，所述当前位置信息具体包括：经纬度以及海拔高度。
本发明另外提供一种自主扫雪方法，，所述扫雪方法应用于上述的面向自主扫雪的装置感知系统，所述方法包括：
通过处理器控制激光雷达转动；
通过激光雷达采集环境与障碍物信息，并将所述环境与障碍物信息发送至处理器；
通过全球卫星导航系统天线采集扫雪装置当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至处理器；
通过热成像仪采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器；
通过处理器对所述环境与障碍物信息、当前位置信息、周围环境热像图以及周围环境图像进行处理，并根据处理结果向扫雪装置发送控制信号，控制所述扫雪装置进行扫雪。
可选的，所述方法还包括：通过可见光摄像机采集周围环境图像，并将周围环境图像发送至处理器，通过所述处理器对所述控制信号进行补偿。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中通过设置激光雷达对多个方向的障碍物进行精确扫描，避免了扫雪装置由于撞击带来的损失，通过设置热成像仪，基于热成像原理，可区分温度不同的物体，进而判断路面上覆盖的是积雪还是冰，提高了扫雪效率。
另外，通过设置可见光摄像机，采集周围环境图像，作为热成像仪以及激光雷达的补偿，进一步的提高了扫雪的准确度，降低了误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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的附图。
图1为本发明实施例面向自主扫雪装置的感知系统结构示意图；
图2为本发明实施例自主扫雪方法流程图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种面向自主扫雪装置的感知系统及方法，以用于扫雪装置实现自主化，提高扫雪效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例面向自主扫雪装置的感知系统结构框图，所述系统包括：
激光雷达1、全球卫星导航系统、热成像仪3、可见光摄像机4、处理器5、底座6以及云台7。
所述激光雷达1、所述全球卫星导航系统、所述热成像仪3、所述可见光摄像机4、所述云台7以及所述处理器5均位于所述底座6上。
所述激光雷达1与所述处理器5连接，所述激光雷达1用于环境与采集障碍物信息，并将所述环境与障碍物信息发送至所述处理器5。
所述激光雷达1放置在所述云台7上，通过旋转所述云台7实现激光雷达1的多方向多角度扫描。
具体的，上电初始化后，激光雷达1与竖直方向成5度(但不限于5度)夹角，处理器5向所述激光雷达1发送转动信号，控制激光雷达1转动，使得激光雷达1与竖直方向夹角增大。当夹角增大到与竖直方向呈35度时(不限于35度)，云台7停止前倾转动，开始控制激光雷达1向后转动至初始位置，然后以此往复。在激光雷达1进行转动时，同时采集数据，这些数据包括障碍物的方位、障碍物的距离，并将数据通过网络交换机发送至处理器5。处理器5中安装有ROS(Robot Operating System，ROS)机器人开发系统，ROS机器人开发系统读取激光雷达所采集的数据，并结合ROS机器人开发系统中的开源算法对数据进行处理。由于激光雷达1在不断的上下俯仰，因此可以采集不同平面中的障碍物的信息(距离和方位等)，并构成三维的障碍物分布图，即地图。
以激光雷达1构建待检测路面的三维地图作为对照，当路面有积雪时，利用激光雷达构建待检测路面的雪后三维地图，将两次的地图三维数据进行对比即可测算出雪层的厚度。
所述全球卫星导航系统与所述处理器连接，所述全球卫星导航系统用于采集当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至所述处理器。
具体的，所述全球卫星导航系统具体包括：全球卫星导航系统接收机、第一全球卫星导航系统天线201和第二全球卫星导航系统天线202，所述第一全球卫星导航系统天线201和所述第二全球卫星导航系统天线202均用于采集当前位置信息。其中，选择双天线的全球卫星导航系统，利用双天线，不仅可以通过两个天线测得的数据进行求平均以减小误差，还可以求得装置当前的朝向。
当前装置的位置、海拔、速度信息可通过ROS机器人开发系统中的全球卫星导航系统信息的读取命令和坐标解算命令来进行求解。假设第一全球卫星导航系统天线和第二全球卫星导航系统天线所得到的经纬度分别为(a,b)和(d,e)，则该装置与维度方向成的夹角为
即，通过扫雪装置6中第二全球卫星导航系统天线的位置做一条指向第一全球卫星导航系统天线的射线，此射线的方向则为扫雪装置6的方向。
所述热成像仪3与所述处理器5连接，所述热成像仪用于采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器。
由于路面、积雪及冰面所辐射的红外能量大小不同，所以在热成像仪3所采集的热力图中可将三种表面进行区分，进而最终用于检测监测范围内是否有雪、路面是否覆盖有积雪或冰、区分路面上的覆盖的是雪还是冰。且鉴于冰面、积雪及路面的颜色不同，通过设置可见光摄像机4，可见光摄像机4所采集的图像数据也可用于补偿热成像仪的测量结果。并且，通过热成像原理可区分温度不同的物体，作为可见光摄像机的补充，可较明显地区分人、车辆或动物，可用于避障。由于热成像仪的成像特点，可用于检测，防止除雪设备因异物导致的损坏。
所述处理器5与扫雪装置连接，所述处理器5用于根据所述环境与障碍物信息、所述当前位置信息以及所述环境热像图信息，向所述扫雪装置发出控制信号，以控制所述扫雪装置进行扫雪。
此外，本发明中的上述系统还设置有独立电源，免去了每次更换设备时接线的麻烦。
图2为本发明实施例自主扫雪方法流程图，如图2所示，所述方法包括：
步骤101：通过处理器控制激光雷达转动。
步骤102：通过激光雷达采集环境与障碍物信息，并将所述环境与障碍物信息发送至处理器。
步骤103：通过全球卫星导航系统采集扫雪装置当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至处理器。
步骤104：通过热成像仪采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器。
步骤105：通过处理器对所述障碍物信息、当前位置信息、周围环境热像图以及周围环境图像进行处理，并根据处理结果向扫雪装置发送控制信号，控制所述扫雪装置进行扫雪。
步骤106：通过工业相机采集周围环境图像，并将周围环境图像发送至处理器，通过所述处理器对所述控制信号进行补偿。
本发明中的上述系统和方法具有以下有益效果：
1.本发明将激光雷达安置在可转动的云台上，则可在不改变云台姿态的情况下，改变雷达的检测角度和方向。
2.较以往的无人扫雪车感知装置，本系统采用了热成像仪，可更加准确的检测积雪及障碍物。可检测监测范围内是否有雪、路面是否覆盖有积雪或冰、区分路面上的覆盖的是雪还是冰、以及积雪的厚度。
3.该系统可外接电源或采用内置的电池独立供电，可迁移性强，免去了每次更换设备时接线的麻烦，可广泛应用于各自动或半自动设备。
4.该系统采用网络通讯，所以可通过无线网路与外界其他终端进行信息交互。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述系统包括：
激光雷达、全球卫星导航系统、热成像仪、处理器以及底座；
所述激光雷达、所述全球卫星导航系统、所述热成像仪以及所述处理器均位于所述底座上；
所述激光雷达与所述处理器连接，所述激光雷达用于采集环境与障碍物信息，并将所述环境与障碍物信息发送至所述处理器；
所述全球卫星导航系统与所述处理器连接，所述全球卫星导航系统用于采集当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至所述处理器；
所述热成像仪与所述处理器连接，所述热成像仪用于采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器；
所述处理器与扫雪装置连接，所述处理器用于根据所述环境与障碍物信息、所述当前位置信息以及所述环境热像图信息，向所述扫雪装置发出控制信号，以控制所述扫雪装置进行扫雪。
2.根据权利要求1所述的面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述系统还包括：云台，用于放置所述激光雷达，通过旋转所述云台实现激光雷达的多方向多角度扫描。
3.根据权利要求1所述的面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述处理器还用于向所述激光雷达的云台发送转动信号，控制所述激光雷达转动。
4.根据权利要求1所述的面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述系统还包括：可见光摄像机，所述可见光摄像机与所述处理器连接，所述可见光摄像机用于采集周围环境图像，并将所述环境图像发送至所述处理器；
所述处理器还用于根据所述环境图像对所述控制信号进行补偿。
5.根据权利要求1所述的面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述全球卫星导航系统具体包括：全球卫星导航系统接收机、第一全球卫星导航系统天线和第二全球卫星导航系统天线，所述第一全球卫星导航系统天线和所述第二全球卫星导航系统天线均用于采集当前位置信息。
6.根据权利要求1所述的面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述障碍物信息具体包括：障碍物的方位以及距离障碍物的距离。
7.根据权利要求1所述的面向自主扫雪装置的感知系统，其特征在于，所述当前位置信息具体包括：经纬度以及海拔高度。
8.一种自主扫雪方法，其特征在于，所述扫雪方法应用于如权利要求1-7任意一项所述的面向自主扫雪的装置感知系统，所述方法包括：
通过处理器控制激光雷达转动；
通过激光雷达采集环境与障碍物信息，并将所述环境与障碍物信息发送至处理器；
通过全球卫星导航系统天线采集扫雪装置当前位置信息，并将所述当前位置信息发送至处理器；
通过热成像仪采集周围环境热像图，并将所述环境热像图发送至所述处理器；
通过处理器对所述环境与障碍物信息、当前位置信息、周围环境热像图以及周围环境图像进行处理，并根据处理结果向扫雪装置发送控制信号，控制所述扫雪装置进行扫雪。
9.根据权利要求8所述的自主扫雪方法，其特征在于，所述方法还包括：通过可见光摄像机采集周围环境图像，并将周围环境图像发送至处理器，通过所述处理器对所述控制信号进行补偿。
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