CN111427359A - 施工设备的行驶控制方法及行驶控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种施工设备的行驶控制方法及行驶控制设备。应用本发明的技术方案，先通过无人飞行设备获取施工场地的图像信息，然后再在图像信息上标记施工轨迹，之后通过无人飞行设备在图像信息中识别施工设备建立施工设备与施工轨迹的对应关系，就可以控制施工设备沿施工轨迹运行作业。采用该实施方式，相比于卫星定位导航，成本低而定位精度较好，满足行驶和作业要求；相较于即时定位与地图构建，无需改造地面车辆、无需过多的地面辅助设备，实施方便。

Description

施工设备的行驶控制方法及行驶控制设备

技术领域

本发明涉及工程施工技术领域，具体而言，涉及一种施工设备的行驶控制方法及行驶控制设备。

背景技术

随着车辆自动驾驶、机器人自主作业等自动化、智能化需求增长，地面车辆的定位和导航发挥越来越重要的作用。

目前地面定位和导航主要有以下几种实现方式：

①卫星定位导航。在地面车辆上安装GPS、北斗等卫星定位导航系统接收装置，获取经纬度、海拔高度等数据，目前民用卫星定位的精度只能达到米级。通过在地面设置固定基站进行辅助修正后，定位精度可以达到厘米级，但这种方法无论是固定基站还是专用的接收器目前成本还都较高。同时，由于接收卫星信号的限制，卫星定位导航仅限于室外开阔场地。

②循迹导航。在地面设置路径标志，车辆上安装相应的传感器，引导车辆沿预设路径行驶。这种方法只适用于固定路径的场景，而在施工现场是不存在这样条件的。

③即时定位与地图构建(SLAM)。地面移动设备安装有激光雷达或图像传感器，从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特征(比如墙角、柱子等)定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式的构建地图，从而达到同时定位和地图构建的目的。该方法缺点在于，需要先进行建图过程，不适应经常发生变化的环境，同时需要环境中可供识别的障碍物特征尽可能多，因此多用于室内，不适用于开阔场地。

因此通过分析可知，上述的自动驾驶方式，很难适用于施工现场。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种施工设备的行驶控制方法及行驶控制设备，以解决现有技术中行驶控制方法存在的不适用于施工现场的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种施工设备的行驶控制方法，包括：S10：通过无人飞行设备获取施工场地的图像信息；S30：在图像信息上标记施工轨迹；S40：在图像信息中识别施工设备，建立施工设备与施工轨迹的对应关系；S50：控制施工设备沿施工轨迹运行作业。

在一个实施方式中，施工设备的行驶控制方法还包括S20：在施工场地放置标定物，通过标定物的实际尺寸信息校正图像信息。

在一个实施方式中，S30还包括：在图像信息上建立施工范围坐标系，在施工范围坐标系上标记施工轨迹。

在一个实施方式中，S40还包括：建立施工设备在施工范围坐标系中的坐标和方向，根据施工设备在施工范围坐标系中的坐标和方向建立与施工轨迹的对应关系。

在一个实施方式中，在S50中，通过无人飞行设备实时监控施工设备与施工轨迹的对应关系。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种施工设备的行驶控制设备，包括：无人飞行设备，无人飞行设备上设置有图像传感器，图像传感器用于获取施工场地的图像信息；信息处理终端，在图像信息上标记施工轨迹，并在图像信息中识别施工设备，建立施工设备与施工轨迹的对应关系，控制施工设备沿施工轨迹运行作业。

在一个实施方式中，施工设备的行驶控制设备还包括：标定物，放置在施工场地，信息处理终端通过标定物的实际尺寸信息校正图像信息。

在一个实施方式中，无人飞行设备为四旋翼无人机、固定翼无人机、飞艇或者热气球。

在一个实施方式中，图像传感器为光学相机、激光扫描仪或者激光雷达。

在一个实施方式中，施工设备为工程机械设备、机动车辆或者施工机器人。

应用本发明的技术方案，先通过无人飞行设备获取施工场地的图像信息，然后再在图像信息上标记施工轨迹，之后通过无人飞行设备在图像信息中识别施工设备建立施工设备与施工轨迹的对应关系，就可以控制施工设备沿施工轨迹运行作业。采用该实施方式，相比于卫星定位导航，成本低而定位精度较好，满足行驶和作业要求；相较于即时定位与地图构建，无需改造地面车辆、无需过多的地面辅助设备，实施方便。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的施工设备的行驶控制方法的实施例的流程示意图；

图2示出了根据本发明的施工设备的行驶控制设备的实施例的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本发明的施工设备的行驶控制方法包括如下步骤：

S10：通过无人飞行设备1获取施工场地的图像信息；

S30：在图像信息上标记施工轨迹；

S40：在图像信息中识别施工设备5，建立施工设备5与施工轨迹的对应关系；

S50：控制施工设备5沿施工轨迹运行作业。

应用本发明的技术方案，先通过无人飞行设备1获取施工场地的图像信息，然后再在图像信息上标记施工轨迹，之后通过无人飞行设备1在图像信息中识别施工设备5建立施工设备5与施工轨迹的对应关系，就可以控制施工设备5沿施工轨迹运行作业。采用该实施方式，相比于卫星定位导航，成本低而定位精度较好，满足行驶和作业要求；相较于即时定位与地图构建，无需改造地面车辆、无需过多的地面辅助设备，实施方便。

优选的，可以在同一个场地上只需要一台无人飞行设备1即可实现一台或多台地面施工设备5的定位导航。

而且，本发明的施工设备的行驶控制方法在室内外均可应用。关于无人飞行设备1需要说明的是，传统上，无人飞行设备1在室外应用性能较好，但近年来，市场上已经出现多种可在室内使用的无人飞行设备1，只需要配备相应的传感器符合视野范围要求即可。应用目前主流的图像处理方法，从无人飞行设备1拍摄的图像中计算得到的施工设备5位置数据精度可达到厘米级，已经能够满足常见的施工设备5行驶和作业要求。

更为优选的，如图1所示，施工设备的行驶控制方法还包括S20：在施工场地放置标定物4，通过标定物4的实际尺寸信息校正图像信息。一般情况下，无人飞行设备1获取的施工场地的图像信息可能会存在尺寸上的失真，因此通过在施工场地放置标定物4，通过标定物4的实际尺寸信息校正图像信息，可以保证对施工设备5更为精确的控制。

作为一种可选的实施方式，S30还包括：在图像信息上建立施工范围坐标系，在施工范围坐标系上标记施工轨迹。通过建立施工范围坐标系的方式，可以对施工现场及施工现场的施工设备5提供数字化的位置基准。更为优选的，S40还包括：建立施工设备5在施工范围坐标系中的坐标和方向，根据施工设备5在施工范围坐标系中的坐标和方向建立与施工轨迹的对应关系，从而实现更为精确的控制，减少施工设备5控制的失误率。施工范围坐标系的边界可以是实体的标志物或地面标记，也可以是在场地图像上画出的或以数学方式表达的虚拟边界。该有限场地可以是长方形的，也可以是作业所要求的任意形状。无人飞行设备1是有视野范围的，因此图像信息也是具有边界的。需要说明的是，建立施工范围坐标系有以下几种方法：1、在信息处理终端3的屏幕图像上，使用鼠标、手写笔或触摸屏等输入设备，绘制出场地范围，绘制的边界转化为数字信息后反馈给信息处理终端3；2、输入边界关键点在图像上的像素位置数值；3、根据地面预设的标定物4生成。

需要说明的是，识别施工设备5的方法有以下几种：1、在施工设备5上固定位置设置明显的、具有特定形状的标记，从图像中识别出标记，计算得到标记的坐标，从而根据已知的标记与施工设备5关系得到车辆坐标和方向；2、从图像信息中识别出施工设备5轮廓或关键特征，计算得到施工设备5坐标和方向。

除此之外，不建立施工范围坐标系，而直接在图像信息上进行施工设备5的行驶控制也是可行的。

在本发明的技术方案中，在S50中，通过无人飞行设备1实时监控施工设备5与施工轨迹的对应关系，从而实现对施工设备5精确控制。

如图2所示，本发明还提供了一种施工设备的行驶控制设备，该行驶控制设备包括无人飞行设备1和信息处理终端3，无人飞行设备1上设置有图像传感器2，图像传感器2用于获取施工场地的图像信息，信息处理终端3在图像信息上标记施工轨迹，并在图像信息中识别施工设备5，建立施工设备5与施工轨迹的对应关系，控制施工设备5沿施工轨迹运行作业。采用该行驶控制设备，相比于卫星定位导航，成本低而定位精度较好，满足行驶和作业要求；相较于时定位与地图构建，无需改造地面车辆、无需过多的地面辅助设备，实施方便。

更为优选的，施工设备的行驶控制设备还包括标定物4，放置在施工场地，信息处理终端3通过标定物4的实际尺寸信息校正图像信息。一般情况下，图像传感器2获取的施工场地的图像信息可能会存在尺寸上的失真，因此通过在施工场地放置标定物4，通过标定物4的实际尺寸信息校正图像信息，可以保证对施工设备5更为精确的控制。

具体的，在使用时，先让无人飞行设备1升空，悬停或盘旋于有限场地上方，使其图像传感器2视野能包含整个场地，并建立与信息处理终端3的连接，将实时连续图像数据传输至信息处理终端3。在无人飞行设备1传感器视野内放置尺寸已知的标定物4，通过对包含标定物4的图像数据进行计算，建立无人飞行设备1传感器所获取图像与真实尺寸的对应关系。操作人员在信息处理终端3或与其相连的远程终端上指定本次作业的场地范围。需要说明的是，标记施工轨迹有以下几种方法：1、操作人员使用输入设备在信息处理终端3的图像信息上绘制路径；2、操作人员指定路径关键点，或限制条件例如需要覆盖场地全部面积等，信息处理终端3自行计算出行驶路径。施工设备5在行驶和作业过程中，信息处理终端3按照所需时间间隔对实时图像进行计算，得到施工设备5当前的坐标和方向，进而实现对施工设备5的导航，直到施工设备5到达目标点或完成行驶路径。

可选的，信息处理终端3与无人飞行设备1和施工设备5之间的数据连接根据不同的安装位置相应选择适合的有线或无线方式：1、安装在无人飞行设备1上；2、安装在施工设备5上；3、安装在场地外围固定位置。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，无人飞行设备1为四旋翼无人机。作为其他的可选的实施方式，无人飞行设备1还可以为固定翼无人机、飞艇或者热气球等任何能够在场地上方悬停或盘旋的无人飞行设备1。

优选的，在本实施例的技术方案中，图像传感器2为光学相机或摄像机，作为其他的可选的实施方式，图像传感器2还可以为激光扫描仪或者激光雷达等能生成地面图像的传感设备。

在本实施例的技术方案中，施工设备5为建筑施工场地作业的工程机械设备。作为其他的可选的实施方式，施工设备5还可以为机动车辆或者施工机器人等有定位和导航需求的地面移动设备。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种施工设备的行驶控制方法，其特征在于，包括：

S10：通过无人飞行设备(1)获取施工场地的图像信息；

S30：在图像信息上标记施工轨迹；

S40：在图像信息中识别施工设备(5)，建立施工设备(5)与施工轨迹的对应关系；

S50：控制施工设备(5)沿施工轨迹运行作业。

2.根据权利要求1所述的施工设备的行驶控制方法，其特征在于，所述施工设备的行驶控制方法还包括S20：在施工场地放置标定物(4)，通过标定物(4)的实际尺寸信息校正图像信息。

3.根据权利要求2所述的施工设备的行驶控制方法，其特征在于，S30还包括：在图像信息上建立施工范围坐标系，在所述施工范围坐标系上标记施工轨迹。

4.根据权利要求3所述的施工设备的行驶控制方法，其特征在于，S40还包括：建立施工设备(5)在所述施工范围坐标系中的坐标和方向，根据所述施工设备(5)在所述施工范围坐标系中的坐标和方向建立与施工轨迹的对应关系。

5.根据权利要求1所述的施工设备的行驶控制方法，其特征在于，在S50中，通过无人飞行设备(1)实时监控所述施工设备(5)与所述施工轨迹的对应关系。

6.一种施工设备的行驶控制设备，其特征在于，包括：

无人飞行设备(1)，所述无人飞行设备(1)上设置有图像传感器(2)，所述图像传感器(2)用于获取施工场地的图像信息；

信息处理终端(3)，在所述图像信息上标记施工轨迹，并在所述图像信息中识别施工设备(5)，建立施工设备(5)与施工轨迹的对应关系，控制施工设备(5)沿施工轨迹运行作业。

7.根据权利要求6所述的施工设备的行驶控制设备，其特征在于，所述施工设备的行驶控制设备还包括：

标定物(4)，放置在施工场地，所述信息处理终端(3)通过所述标定物(4)的实际尺寸信息校正所述图像信息。

8.根据权利要求6所述的施工设备的行驶控制设备，其特征在于，所述无人飞行设备(1)为四旋翼无人机、固定翼无人机、飞艇或者热气球。

9.根据权利要求6所述的施工设备的行驶控制设备，其特征在于，所述图像传感器(2)为光学相机、激光扫描仪或者激光雷达。

10.根据权利要求6所述的施工设备的行驶控制设备，其特征在于，所述施工设备(5)为工程机械设备、机动车辆或者施工机器人。

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