CN111273674A - 一种测距方法、车辆作业控制方法及控制系统 - Google Patents

一种测距方法、车辆作业控制方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种测距方法、车辆作业控制方法及控制系统，该测距方法包括：通过卫星定位仪获取作业车辆的实时坐标，进而计算出固定在作业车辆前端的两个摄像头的实时坐标；两个摄像头同时捕捉作业线上的同一目标点P；用摄像头的视角和实时坐标、以及目标点P的坐标计算，得到作业车辆到作业线的距离。该控制方法包括采用两个摄像头自动识别作业线；采用上述方法实时获取作业车辆到作业线的距离；根据获取的距离实时调节作业车辆的行驶方向。该系统包括：两个摄像头、卫星定位仪和处理器。本发明结合卫星定位仪和双摄像头实时获取作业车辆到作业线的距离，从而能够更加精确地控制车辆沿作业线自动行驶。

Description

一种测距方法、车辆作业控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及作业车辆自动化控制领域，具体是一种用于实时获取作业车辆到作业线的距离的测距方法，并涉及采用该测距方法的车辆作业控制方法和车辆作业控制系统。
背景技术
传统的作业车辆，如割草机等，由人工操作，需要花费大量人力和时间。随着计算机技术和卫星定位技术的发展，出现了自动化的作业车辆。
现有的一些作业车辆配置有卫星定位仪，通过卫星定位仪可以自动记录行驶轨迹和引导作业车辆沿行驶轨迹自动行驶。但仍存在以下缺陷：1、需要人工先驾驶一次来生成行驶轨迹，2、每次驾驶都会记录轨迹，随着记录的轨迹增加，会使得系统缓存数据变大，到一定程度后，会造成系统卡顿。
还有一些作业车辆配置有基于双摄像头的车道识别系统，能够用双摄像头自动识别车道。但该方案仍存在以下缺陷：无法自动测量车辆到作业线的距离，因而控制精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种测距方法、车辆作业控制方法及控制系统，以至少在一定程度解决相关技术存在的上述缺陷。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种测距方法，用于实时获取作业车辆到作业线的距离，该测距方法包括以下步骤：通过卫星定位仪获取作业车辆的实时坐标，进而计算出固定在作业车辆前端的第一摄像头和第二摄像头的实时坐标；第一摄像头和第二摄像头同时捕捉作业线上的同一目标点P，生成目标点P的坐标；以及用第一摄像头或第二摄像头的视角和实时坐标、以及目标点P的坐标计算，得到作业车辆到作业线的距离。
优选地，通过公式
Figure BDA0002409691700000021
计算，得到作业车辆到作业线的距离L2，其中，m为目标点P的横坐标，n为目标点P的纵坐标，c为第二摄像头的横坐标，d为第二摄像头的纵坐标，β为第二摄像头的视角。
优选地，通过公式
Figure BDA0002409691700000022
计算，得到作业车辆到作业线的距离L2，其中，m为目标点P的横坐标，n为目标点P的纵坐标，a为第一摄像头的横坐标，b为第一摄像头的纵坐标，α为第一摄像头的视角，L为第一摄像头和第二摄像头的距离。
一种车辆作业自动控制方法，所述自动控制方法包括以下步骤：采用固定在作业车辆上的第一摄像头和第二摄像头自动识别作业线；采用如上述任意一项所述的测距方法，实时获取作业车辆到作业线的距离；以及根据获取的距离实时调节作业车辆的行驶方向。
优选地，所述自动控制方法还包括将目标点P的坐标按时间顺序排列，在电子地图形成作业线。
优选地，所述自动控制方法还包括将第一摄像头或第二摄像头的实时坐标按时间顺序排列，形成作业轨迹。
一种车辆作业控制系统，该控制系统包括：按一定间距安装在所述车辆的前端的第一摄像头和第二摄像头；安装在所述车辆的卫星定位仪；与所述第一摄像头和第二摄像头、所述卫星定位仪连接的处理器；以及存储有能够被所述处理器执行的计算机可读程序的存储器；所述计算机可读程序被所述处理器执行时，所述车辆作业控制系统执行如上述的车辆作业自动控制方法。
优选地，所述第一摄像头和第二摄像头分布在所述车辆的前端的左沿处和右沿处。
优选地，所述车辆包括播种机、收割机、除草机或洒水车。
优选地，所述作业线包括车道线、边界线或田埂。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明结合卫星定位仪和双摄像头，能够实时获取作业车辆到作业线的距离，从而能够更加精确地控制车辆沿作业线自动行驶。进一步还可以自动记录作业轨迹，以及在电子地图形成作业线。
附图说明
图1为测距方法的流程图；
图2为两个摄像头、目标点、作业线(车道)、视角的几何关系图；
图3为车辆作业自动控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本测距方法用于实时地获取作业车辆到作业线的距离。
请参照图1，本测距方法包括以下步骤：
S1、通过卫星定位仪获取作业车辆的实时坐标，进而计算出固定在作业车辆前端的第一摄像头和第二摄像头的实时坐标；
S2、第一摄像头和第二摄像头同时捕捉作业线上的同一目标点P，生成目标点P的坐标；
S3、用第一摄像头或第二摄像头的视角和实时坐标、以及目标点P的坐标计算，得到作业车辆到作业线的距离。
在步骤S1中，通过安装在作业车辆上的高精度卫星定位仪，获取作业车辆的实时坐标。由于第一摄像头和第二摄像头是固定在作业车辆上的，它们和作业车辆之间的相对位置是固定的，所以在获得作业车辆的实时坐标后，即可得到第一摄像头和第二摄像头的实时坐标。
在步骤S2中，第一摄像头和第二摄像头同时捕捉作业线上的同一目标点P，生成目标点P的坐标。在步骤S3中，用第一摄像头或第二摄像头的视角和实时坐标、以及目标点P的坐标计算，得到作业车辆到作业线的距离。
图2中示出了两个摄像头捕捉目标点的原理，其中，A(a，b)为第一摄像头的实时坐标，B(c，d)为第二摄像头的实时坐标，P(m，n)为作业线上的目标点P，S1为第一摄像头到目标点P之间的距离，S2为第二摄像头到目标点P之间的距离，L为两摄像头连线方向距离，α为目标点P与第一摄像头的连线和两个摄像头的连线之间的夹角(即第一摄像头的视角)，β为目标点P与第二摄像头的连线和两个摄像头的连线之间的夹角(即第二摄像头的视角)。
以车道线2为例，由几何关系可知：
第一摄像头到目标点P之间的距离S1为：
Figure BDA0002409691700000041
第二摄像头到目标点P之间的距离S2为：
Figure BDA0002409691700000042
由公式①或②可得，第二摄像头到车道线2之间的距离L2为：
Figure BDA0002409691700000043
这里以车道线2作为作业线，第二摄像头到车道线2的距离为作业车辆到作业线的距离。可以理解地，也可以以车道线1作为作业线，也可以以第一摄像头到车道线的距离为作业车辆到作业线的距离。
由于第一摄像头和第二摄像头是固定在作业车辆的，所以第一摄像头的视角α和第一摄像头的视角β均是固定且已知的。因此，通过
Figure BDA0002409691700000051
Figure BDA0002409691700000052
均可以计算获得作业车辆到作业线的距离L2。
参照图3，一种车辆作业自动控制方法包括以下步骤：
步骤一、采用固定在作业车辆上的第一摄像头和第二摄像头自动识别作业线；
步骤二、采用上述的测距方法实时获取作业车辆到作业线的距离；
步骤三、根据获取的距离实时调节作业车辆的行驶方向。
诚如背景技术所述，上述步骤一中的方法为现有技术。具体可以通过采集两个摄像头拍摄的图像信息，根据拍摄到的图像信息，运用图像识别技术对图像进行处理，根据颜色差异，自动识别出作业线。
上述车辆作业自动控制方法通过实时获取作业车辆到作业线的距离，进而实时地调节作业车辆的行驶方向，从而能够更加精确地控制车辆沿作业线自动行驶。
上述车辆自动控制方法进一步还可包括将目标点P的坐标按时间顺序排列，如公式⑥所示，
作业线＝∑Pn(mn,nn) 公式⑥在电子地图形成作业线。
上述自动控制方法进一步还可包括将第一摄像头或第二摄像头的实时坐标按时间顺序排列，如公式⑦所示，
Figure BDA0002409691700000053
形成作业轨迹。这样，可以通过阅读作业轨迹，了解作业情况。
一种车辆作业控制系统，该控制系统包括：按一定间距安装在所述车辆的前端的第一摄像头和第二摄像头；安装在所述车辆的卫星定位仪；与所述第一摄像头和第二摄像头、所述卫星定位仪连接的处理器；以及存储有能够被所述处理器执行的计算机可读程序的存储器；所述计算机可读程序被所述处理器执行时，所述车辆作业控制系统执行如上述的车辆作业自动控制方法。
第一摄像头和第二摄像头横向安装，分布在所述车辆的前端的左沿处和右沿处。第一摄像头和第二摄像头之间的距离尽可能大，不要有障碍物遮挡摄像头。
获取实时坐标的时间间隔优选小于1秒，更优选0.05秒至0.2秒之间。作业车辆的行驶速度通常小于15km/h，更大的时间间隔将无法实时调整作业车辆行驶方向，而更小的时间间隔则对后面的处理器的运算能力要求更高，会增加成本。
本发明可应用于农业生产、割草等领域，可适用的车辆包括但不限于播种机、收割机、除草机、洒水车。
上述作业线可以是车道线、边界线、田埂等。
上述车辆作业控制方法和系统通过自动识别作业线，自动生成作业轨迹，能够减轻作业员的劳动强度。其自动作业时不依赖行驶轨迹，因此不需要人工先驾驶一次来生成行驶轨迹，而且可以不保存行驶轨迹，从而可避免过多的行驶轨迹占用缓存而引起的系统卡顿。其实时地检测车辆到作业线的距离并根据该距离实时调整车辆的行驶方向，从而能更精确地控制车辆沿作业线自动行驶。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种测距方法，用于实时获取作业车辆到作业线的距离，其特征在于，包括以下步骤：
通过卫星定位仪获取作业车辆的实时坐标，进而计算出固定在作业车辆前端的第一摄像头和第二摄像头的实时坐标；
第一摄像头和第二摄像头同时捕捉作业线上的同一目标点P，生成目标点P的坐标；
用第一摄像头或第二摄像头的视角和实时坐标、以及目标点P的坐标计算，得到作业车辆到作业线的距离。
2.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，通过公式
Figure FDA0002409691690000011
计算，得到作业车辆到作业线的距离L2，其中，m为目标点P的横坐标，n为目标点P的纵坐标，c为第二摄像头的横坐标，d为第二摄像头的纵坐标，β为第二摄像头的视角。
3.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，通过公式
Figure FDA0002409691690000012
计算，得到作业车辆到作业线的距离L2，其中，m为目标点P的横坐标，n为目标点P的纵坐标，a为第一摄像头的横坐标，b为第一摄像头的纵坐标，α为第一摄像头的视角，L为第一摄像头和第二摄像头的距离。
4.一种车辆作业自动控制方法，其特征在于，所述自动控制方法包括：
采用固定在作业车辆上的第一摄像头和第二摄像头自动识别作业线；
采用如权利要求1至3中任意一项所述的测距方法，实时获取作业车辆到作业线的距离；以及
根据获取的距离实时调节作业车辆的行驶方向。
5.根据权利要求4所述的车辆作业自动控制方法，其特征在于，所述自动控制方法还包括将目标点P的坐标按时间顺序排列，在电子地图形成作业线。
6.根据权利要求4所述的车辆作业自动控制方法，其特征在于，所述自动控制方法还包括将第一摄像头或第二摄像头的实时坐标按时间顺序排列，形成作业轨迹。
7.一种车辆作业控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
按一定间距安装在所述车辆的前端的第一摄像头和第二摄像头；
安装在所述车辆的卫星定位仪；
与所述第一摄像头和第二摄像头、所述卫星定位仪连接的处理器；以及
存储有能够被所述处理器执行的计算机可读程序的存储器；
所述计算机可读程序被所述处理器执行时，所述车辆作业控制系统执行如权利要求4至6中任意一项所述的车辆作业自动控制方法。
8.根据权利要求7所述的车辆作业控制系统，其特征在于，所述第一摄像头和第二摄像头分布在所述车辆的前端的左沿处和右沿处。
9.根据权利要求7所述的车辆作业控制系统，其特征在于，所述车辆包括播种机、收割机、除草机或洒水车。
10.根据权利要求9所述的车辆作业控制系统，其特征在于，所述作业线包括车道线、边界线或田埂。
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