CN110968086A - 一种车辆进站控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆进站控制方法及系统。当自动驾驶车辆行驶在如高架桥之下时，卫星定位设备受到高架桥及周围高楼影响，无法完成定位。此时，为保证自动驾驶车辆如自动驾驶公交车在既定路线下的正常行驶和精准进站，通常采用以采集检测车道线的方法完成横向定位，采用基于视觉和激光雷达的方法完成纵向定位。本发明在现有纵向定位的基础上，提出了一种新的基于视觉、雷达和光电传感器的车辆进站停靠方法与系统。

Description

一种车辆进站控制方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆的控制方法与系统，具体涉及车辆的进站控制方法与系统。

背景技术

当自动驾驶车辆行驶在如高架桥之下时，卫星定位设备会受到高架桥及周围高楼影响，无法完成定位。在不使用导航定位系统的前提下，为保证自动驾驶车辆如自动驾驶公交车在既定路线下的正常行驶和精准进站，通常采用以采集检测车道线的方法完成横向定位，而纵向定位是利用视觉或激光雷达系统事先对驾驶场景进行采集，生成对其自身位置姿态的定位和场景地图，之后在行驶过程中，通过对视觉、激光雷达系统采集的数据与地图场景进行匹配，得到车辆当前的位置。

以上方法能够较为准确的获取车辆当前位置及姿态信息，但是由于驾驶场景复杂，建立场景地图的数据量巨大，与之匹配的时间往往较长，难以满足实时性要求，并且以上方法对于硬件系统的要求往往很高。

例如申请公布号为CN107991680A的中国发明专利申请文件提供了一种利用激光雷达进行地图构建和定位的方法，通过对动态物体进行剔除构建地图，并通过匹配激光雷达数据，得到激光雷达载体的位姿。该技术方案能够较为精确地得到雷达载体的位置信息，但是整个定位过程仅靠激光雷达实现，需要处理的信息匹配数据量巨大，实时性难以保证，无法满足车辆在停靠站时对于车辆实时位置的精确获取要求，导致无法实现精确的进站停靠。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆进站控制方法及系统，以解决现有技术在车辆停靠站时所需匹配的数据量巨大，无法满足车辆停靠过程中的实时性的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种车辆进站控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤1：车辆进站前，通过识别车道内的标志线和/或站台第一标志物确定车辆距离站台的实时距离，当确定的车辆距离站台的实时距离小于设定距离时，控制车辆减速；

步骤2：判断是否收到来自站台上的光电信号，若收到，则认为车辆此时已达站台，并获取此时车辆距离停靠位置的距离；

步骤3：车辆进站后，根据车辆达到站台时距离停靠位置的距离，以及车辆在进站过程中的速度、加速度、航向角确定车辆在站内停靠过程中距停靠位置的实时距离；

步骤4：根据车辆在站内停靠过程中距停靠位置的实时距离控制车辆停靠，使车辆到达停靠位置时的车速降为零。

本发明的有益效果是：

该通过车辆进站前检测识别车道内的标志线和/或站台上的第一标志物，来确定车辆距离站台的实时距离的方法具有更高的准确性与实时性；通过识别是否收到来自站台的光电信号，确定车辆是否到达站台，并通过车辆在站内停靠过程中的速度、加速度、航向角，同样能够准确地获取车辆距离停靠位置的实时距离。最终，实现对车辆由接近站台到进入站台，以及站内停靠过程的精确控制。整个定位过程，本发明借助识别标志线、标志物，以及在车辆到站瞬间距停靠位置距离的基础上结合车辆速度、加速度、航向角的方法，获取车辆位置，避免现有技术中进行车辆定位时需要处理的数据量巨大的问题，满足车辆停靠过程中对车辆实时位置的精确获取的要求，从而满足实时性。

进一步的，为了提高车辆进站过程中对车辆位置的定位精度，从而实现精确的停靠控制，在步骤3的确定车辆距停靠位置的实时距离时，还需要融合根据站台内的辅助线停车而确定的车辆距离停靠位置的实时距离和/或根据站台第二标志物而确定的车辆距离停靠位置的实时距离。

进一步的，所述的车道内的标志线用来表示标志线所在位置距离站台的距离，该标志线设置在距站台设定距离之外的位置上。

进一步的，为了减小车辆进站停靠过程中相关计算量与信息匹配量，对第一标志物或第二标志物的识别采用激光雷达来实现，根据车辆进站过程中站台相对于车辆在横向距离上所处的范围，对由激光雷达在进行标志物识别过程中而生成的点云信息进行筛选。

进一步的，同样是为了减小车辆进站停靠过程中相关计算量与信息匹配量，对第一标志物或第二标志物的识别采用激光雷达来实现，激光雷达在识别过程中，根据前一帧中表示标志物位置的点云信息和车辆在前一帧到当前帧的行驶过程中的速度、加速度和航向角预测当前帧标志物的位置，根据预测的位置选取点云信息进行匹配。

为实现上述目的，本发明还提供了一种车辆进站控制系统，该系统包括：

控制器以及与控制器连接的光电传感器、组合惯导、相机和/或激光雷达，所述相机用于设置在车辆前部，以识别车道内的标志线，所述激光雷达用于识别站台的第一标志物，所述组合惯导用于获取车辆的速度、加速度和航向角，所述光电传感器设置在车辆停靠时靠近站台的车辆一侧，以在车辆进站时向站台上的光电反射板发射光电信号并接收经过反射后的信号，所述控制器用于根据相机和/或激光雷达检测的信息确定车辆距离站台的实时距离，当实时距离小于设定距离时，控制车辆减速，所述控制器还用于根据光电传感器接收到的信号判断车辆到达站台，并根据车辆到达站台时距离停靠位置的距离以及组合惯导获取的车辆的速度、加速度和航向角确定车辆距离停靠位置的实时距离。

本发明的有益效果是：

通过在车辆进站前检测识别车道内的标志线和/或站台上的第一标志物，确定车辆距离站台的实时距离，并通过与设定距离的比较，对车辆进站前过程中的车速进行精准控制；然后通过识别是否收到来自站台的光电信号，确定车辆是否到达站台，并通过车辆在站内停靠过程中的速度、加速度、航向角，对车辆停靠进行精确控制，最终实现对车辆由接近站台到进入站台，以及站内停靠过程的精确控制。本发明有效解决了车辆因高架桥与高楼的遮挡等情况下无法通过卫星导航系统实现进站停靠的问题。

进一步的，为了提高对车辆进站过程的控制精度，所述的相机还用于识别站台内的辅助线停车，所述的激光雷达还用于识别站台第二标志物，所述的控制器用于融合所述车辆距停靠位置的实时距离、根据站台内的辅助线停车确定的车辆距离停靠位置的实时距离和/或根据站台第二标志物确定的车辆距离停靠位置的实时距离。

进一步的，为了使得到的姿态数据更加精准，所述组合惯导为包含了陀螺仪与加速度传感器的组合惯导类型。

进一步的，为了减小车辆进站停靠过程中相关计算量与信息匹配量，所述激光雷达在进行站台第一标志物或第二标志物识别时，根据车辆进站过程中站台相对于车辆在横向距离上所处的范围，对由激光雷达在进行标志物识别过程中而生成的点云信息进行筛选。

进一步的，同样是为了减小车辆进站停靠过程中相关计算量与信息匹配量，所述激光雷达在进行站台第一标志物或第二标志物识别时，根据前一帧中表示标志物位置的点云信息和车辆在前一帧到当前帧的行驶过程中的速度、加速度和航向角预测当前帧标志物的位置，根据预测的位置选取点云信息进行匹配。

附图说明

图1为本发明传感器安装示意图；

图2为本发明车辆进站前行驶状态示意图；

图3为本发明车辆到达站台瞬间行驶状态示意图；

图4为本发明车辆在站内停靠过程中行驶状态示意图；

图5为本发明车辆进站控制流程图；

其中，1为组合惯导，2为激光雷达，3为相机，4为光电传感器，5为辅助停车线，6为标志线，7为光电反射板，8为站台安全门，9为车门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

方法实施例一

在车辆进站前，通过确定车辆距离站台的实时距离，控制车辆靠近站台以及及时减速；然后通过识别站台上所发出的信号，判断出车辆是否已达站台，并确定此时车辆距离停靠位置的距离；在车辆进站后，也即在站内停靠过程中，确定车辆距离停靠位置的实时距离，根据所得车辆距离停靠位置的实时距离，对车辆进行停靠控制，使车辆到达停靠位置时的车速降为零。下面以具体的车辆进站停靠控制为例，对本发明进行详细说明，该方法的原理流程如图5所示，具体步骤如下：

步骤1：获取车辆距离站台的实时距离S。

本实施例中的实时距离S是通过识别车道内的标志线来确定的，也可以通过识别站台第一标志物来确定，或者为了提高车辆定位精度，可以将上述两种方式得到的实时距离进行融合，将融合结果作为最终的实时距离。

其中标志线的识别是通过如图1所示的，安装在车辆前部的相机3以水平和垂直投影的方法实现的，具体而言，如图2所示，标志线6距离站台的距离已知，且其设置在距离站台设定距离之外的位置上，其中的设定距离，为可以使车辆从位于车道上行驶时可达到的最大速度减速到进站时的限定车速的过程中而行驶的最短距离；而为了增加相机3识别标志线6的鲁棒性和抗干扰能力，可将车道内的标志线6设置多个，如分别设置在距离站台160米、180米和200米距离处，在其中一个或两个标志线6被积水或障碍物遮挡时，使相机3依然可成功识别；相机3具体以水平和垂直投影方法对车道内的标志线6进行识别，获取识别图像，然后对获取的图像进行滤波处理，如中值滤波与高斯滤波，以消除环境及相机本身产生的噪声干扰。通过该过程，确定车辆距离站台的实时距离s0。

而对位于站台入口侧的第一标志物的识别是通过如图1所示的，安装在车辆前部的激光雷达2通过连续多帧叠加的方法来实现的，具体识别过程为：随着车辆运动，激光雷达2的线束打在静态的第一标志物上，激光雷达2不断靠近该第一标志物，激光线束逐渐下移，当扫描到一定程度后，该第一标志物的全貌即可获取，获取的数据形式为包含了位置信息的点云，但由于车辆在运动过程中，每一帧所获得的关于第一标志物的点云信息的坐标原点不同，所以此时需要借助安装在车辆顶部的，包括有如陀螺仪与加速度传感器的组合惯导1对车辆行驶状态进行测试，获得车辆在激光雷达2进行扫描过程中的速度、加速度、航向角等信息，然后对车辆位置进行解析，统一该扫描过程中每一帧的坐标原点，也即统一坐标系。通过该过程确定另一个车辆距离站台的实时距离s1。

最终，以实时距离s0或实时距离s1其中一个，或者两者的融合，作为最终确定的车辆距离站台的实时距离S，所述融合可以采用如两者直接取平均值的方法完成，或者按照每种方法所获得的实时距离的精确度以加权求和的方法完成。

步骤2：判断车辆是否到达站台，得出车辆到站瞬间距离停靠位置的距离s2。

对车辆是否到达站台的判断，是通过车辆上的光电传感器与站台上的光电反射板配合完成的。

如图3所示，在车辆到达站台的瞬间，安装在车辆前门固定一侧的光电传感器4向站台发射出光电信号，然后安装在站台入口处，位置与车辆上的光电传感器相对应的光电反射板7将光电信号反射回去，使光电传感器接收部分收到该光电信号，最终成功判断出车辆到达了站台。

而由于光电传感器4在车辆上的位置是固定已知的，且光电反射板7在站台上的位置、距离车辆停靠位置的距离也是已知的，并且车辆到站瞬间光电反射板7与光电传感器4距停靠位置的纵向距离相同，所以可确定车辆到站瞬间其距离停靠位置的距离s2。

步骤3：获取车辆距离停靠位置的实时距离S’。

该实时距离S’可以通过识别辅助停车线、站台的第二标志物或者利用组合惯导在距离s2的基础上通过计算得出的结果，三者中的任意一种方法确定；或者，为了提高车辆定位精度，还可以将上述获得的实时距离结果进行融合，将其中的两种或者全部三种方式所得距离融合作为最终的实时距离。

如图4所示，车辆在进站后，可以通过安装在车辆前部的相机3识别站台内出口位置上的辅助停车线5获得一个车辆距离停靠位置的实时距离s0’，也可通过安装在车辆前部的激光雷达2识别位于站台内出口侧的第二标志物获得一个车辆距离停靠位置的实时距离s1’，两种具体识别过程在步骤1中已详细描述，故此处不再赘述；同时，还可以在步骤2中所得的距离s2的基础上，再利用如图1所示的，安装在车辆顶部的包括陀螺仪与加速度传感器的组合惯导1所测得的车辆速度、加速度以及航向角，计算出车辆在站内停靠过程中距停靠位置的实时距离s3。

最终，以实时距离s0’、实时距离s1’或者实时距离s3其中一个，或者两个以上的融合，作为最终确定的车辆距离站台的实时距离S’，所述融合可以采用如两个以上实时距离直接取平均值的方法完成，或者按照每种方法所获得的实时距离的精确度以加权求和的方法完成。

步骤4：控制车辆在停靠位置停靠。

根据所述实时距离S’控制车辆精确停靠，并使车辆在到达停靠位置时的车速刚好降为零。

方法实施例二

相对于方法实施例一，本实施例为了使通过激光雷达2识别标志物时运算量减少，提高车辆控制实时性，达到精确控制而提出了改进。

由于车辆在进站过程中基本按照直线行驶，站台相对于车辆的位置是大体已知的，也即站台相对于车辆在横向距离上是基本不变化的，所以车辆上的激光雷达2在对站台的标志物进行识别时，可以根据站台相对于车辆在横向距离上所处的范围，对激光雷达2在识别过程中生成的点云信息进行筛选，最终有效减小识别时数据运算量，提高车辆进站控制的实时性。

方法实施例三

相对于方法实施例一，本实施例同样为了使通过激光雷达2识别标志物时运算量减少，提高车辆控制实时性，达到精确控制而提出了另一种改进。

由于安装在车辆顶部的组合惯导1的存在，所以在激光雷达2对标志物进行识别的过程中，可以根据前一帧中表示标志物位置的点云信息结合车辆在前一帧到当前帧的行驶过程中由组合惯导1所测得的车辆的速度、加速度和航向角信息来预测当前帧中标志物的位置，以该预测的位置为基础，设置选取阈值，对点云信息进行筛选然后完成标志物的识别，最终有效减小识别过程中的数据运算量，提高车辆进站控制的实时性。

系统实施例

如图1所示，该系统包括有控制器以及与控制器连接的光电传感器4、组合惯导1、相机3以及激光雷达2，相机3与激光雷达2设置在车辆前部，组合惯导1设置在车辆顶部，该组合惯导1优选为包括陀螺仪与加速度传感器的类型，光电传感器4设置在车辆前门的一侧固定位置上，控制器设置在车辆内部。

其中，如图2与图3所示，相机3用于识别车道内的标志线6或者站台内出口位置上的辅助停车线5，激光雷达2用于识别站台入口侧的第一标志物或站台内出口侧位置上的第二标志物，组合惯导1用于获取车辆的速度、加速度和航向角，光电传感器4用于持续发出光电信号，并在车辆到达站台时，使安装在站台入口侧位置上的光电反射板7将光电信号反射回来，并由光电传感器4的接收部分将该光电信号重新接收，控制器用于根据相机3或激光雷达2检测的信息确定辆距离站台或者停靠位置的实时距离，或者根据车辆到达站台时距离停靠位置的确定距离结合组合惯导1获取的车辆的速度、加速度和航向角信息来确定车辆距离停靠位置的实时距离，并当实时距离小于设定距离时，对车辆进行减速控制，另外的，还用于根据光电传感器4接收到的信号判断车辆到达站台。

该系统所采用的控制方法已在方法实施例一、二、三中进行了详细陈述，故此处不再赘述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆进站控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：车辆进站前，通过识别车道内的标志线和/或站台第一标志物确定车辆距离站台的实时距离，当确定的车辆距离站台的实时距离小于设定距离时，控制车辆减速；

步骤2：判断是否收到来自站台上的光电信号，若收到，则认为车辆此时已达站台，并获取此时车辆距离停靠位置的距离；

步骤3：车辆进站后，根据车辆达到站台时距离停靠位置的距离，以及车辆在进站过程中的速度、加速度、航向角确定车辆在站内停靠过程中距停靠位置的实时距离；

步骤4：根据车辆在站内停靠过程中距停靠位置的实时距离控制车辆停靠，使车辆到达停靠位置时的车速降为零。

2.根据权利要求1所述的车辆进站控制方法，其特征在于，所述步骤3在确定车辆距停靠位置的实时距离时，还需要融合根据站台内的辅助停车线而确定的车辆距离停靠位置的实时距离和/或根据站台第二标志物而确定的车辆距离停靠位置的实时距离。

3.根据权利要求1所述的车辆进站控制方法，其特征在于，所述的车道内的标志线用来表示标志线所在位置距离站台的距离，该标志线设置在距站台设定距离之外的位置上。

4.根据权利要求2所述的车辆进站控制方法，其特征在于，对第一标志物或第二标志物的识别采用激光雷达来实现，根据车辆进站过程中站台相对于车辆在横向距离上所处的范围，对由激光雷达在进行标志物识别过程中而生成的点云信息进行筛选。

5.根据权利要求2所述的车辆进站控制方法，其特征在于，对第一标志物或第二标志物的识别采用激光雷达来实现，激光雷达在识别过程中，根据前一帧中表示标志物位置的点云信息和车辆在前一帧到当前帧的行驶过程中的速度、加速度和航向角预测当前帧标志物的位置，根据预测的位置选取点云信息进行匹配。

6.一种车辆进站控制系统，其特征在于，包括控制器以及与控制器连接的光电传感器、组合惯导、相机和/或激光雷达，所述相机用于设置在车辆前部，以识别车道内的标志线，所述激光雷达用于识别站台的第一标志物，所述组合惯导用于获取车辆的速度、加速度和航向角，所述光电传感器设置在车辆停靠时靠近站台的车辆一侧，以在车辆进站时向站台上的光电反射板发射光电信号并接收经过反射后的信号，所述控制器用于根据相机和/或激光雷达检测的信息确定车辆距离站台的实时距离，当实时距离小于设定距离时，控制车辆减速，所述控制器还用于根据光电传感器接收到的信号判断车辆到达站台，并根据车辆到达站台时距离停靠位置的距离以及组合惯导获取的车辆的速度、加速度和航向角确定车辆距离停靠位置的实时距离。

7.根据权利要求6所述的车辆进站控制系统，其特征在于，所述的相机还用于识别站台内的辅助线停车，所述的激光雷达还用于识别站台第二标志物，所述的控制器用于融合所述车辆距停靠位置的实时距离、根据站台内的辅助线停车确定的车辆距离停靠位置的实时距离和/或根据站台第二标志物确定的车辆距离停靠位置的实时距离。

8.根据权利要求6或7所述的车辆进站控制系统，其特征在于，所述组合惯导为包含了陀螺仪与加速度传感器的组合惯导类型。

9.根据权利要求7所述的车辆进站控制系统，其特征在于，所述激光雷达在进行站台第一标志物或第二标志物识别时，根据车辆进站过程中站台相对于车辆在横向距离上所处的范围，对由激光雷达在进行标志物识别过程中而生成的点云信息进行筛选。

10.根据权利要求7所述的车辆进站控制系统，其特征在于，所述激光雷达在进行站台第一标志物或第二标志物识别时，根据前一帧中表示标志物位置的点云信息和车辆在前一帧到当前帧的行驶过程中的速度、加速度和航向角预测当前帧标志物的位置，根据预测的位置选取点云信息进行匹配。

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