CN112965042B - 一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，其中激光雷达安装在车辆上，在车辆行驶过程中，激光雷达识别输电线支柱的位置，在车辆顶部还加装有向上探测的激光雷达，使得车辆感知模块在获得车辆周围点云数据的同时获得车辆上方的输电线点云数据，根据点云数据计算得到输电线支柱和输电线在车身坐标系中的坐标信息。本发明由于输电线支柱是固定的，因此输电线支柱的坐标信息是可以精确获得，不考虑输电线左右摆动的情况，在二维坐标系中，输电线在两个支柱之间是一条直线，根据输电线与支柱距离静态数据，可获得输电线坐标信息，根据两套坐标系中多个公共点信息，计算两套坐标系转换关系，定位车辆坐标。

Description

一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法

技术领域：

本发明涉及一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，其属于无人矿卡智能驾驶领域。

背景技术：

无人矿卡在矿区运行过程中，通过受电弓与高压输电线接触取流，从而获得车辆牵引所需电力的场景。该场景对无人驾驶定位存在以下困难：1)由于受电弓与高压线接触会产生强电磁场，对传统的GPS定位导航精度造成一定影响，导致在行驶定位过程中无法使用GPS信息。2)车辆作业的主要线路在矿区，没有明显特征物可供参考，SLAM效果不是很明显。针对该种场景，传统的解决方案是在路径上铺设磁钉，通过磁钉标记车辆位置，该种方案缺点是铺设费用较高。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，其基于激光雷达获取输电线支柱与输电线的坐标信息，以输电线支柱与输电线作为参照物，计算车辆的坐标信息。

本发明所采用的技术方案有：一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，步骤如下：

步骤一：假设P1是输电线支柱，P是输电线上的任意一点，在车身坐标系下P和P1的坐标值由激光雷达数据计算获得；

步骤二：假设车身坐标系下P的坐标值(x，y)，P1的坐标值(x1，y1)，此时：

车身坐标系

PP1＝√(x₁-x)²+(y₁-y)²；

步骤三：在大地坐标系下，P1是已知的，假设P1的坐标是(px1，py1)，计算P的大地坐标(px，py)，满足如下关系：

大地坐标系

步骤四：根据已知两个坐标系下两个点计算旋转参数、平移参数，方法如下：

假设两套坐标系下已知两个公共点坐标(X1，Y1)，(X2，Y2)，(x1，y1)，(x2，y2)：

A＝arctg(ΔY/ΔX)

α＝arctg(Δy/Δx)

S＝√ΔX²+ΔY²

s＝√Δx²+Δy²

则有平移参数：

尺度因子：

旋转参数：θ＝A-α

通过已知两套坐标系的两个公共点计算出车辆在大地坐标系中的坐标点(xi,yi)，车辆的航向角θ。

进一步地，激光雷达安装在车辆上，在车辆行驶过程中，激光雷达识别输电线支柱的位置，在车辆顶部还加装有向上探测的激光雷达，使得车辆感知模块在获得车辆周围点云数据的同时获得车辆上方的输电线点云数据，根据点云数据计算得到输电线支柱和输电线在车身坐标系中的坐标信息。

进一步地，车辆顶部雷达与正上方输电线之间的距离为架空距离，车辆在行驶过程中将架空距离与坐标信息进行绑定，形成地面起伏曲线，车辆将该信息上报到云端，云端实时广播到其他车辆，以供智驾系统在车辆行驶过程中规划控制使用。

本发明具有如下有益效果：本发明基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法中，由于输电线支柱是固定的，因此输电线支柱的坐标信息是可以精确获得，不考虑输电线左右摆动的情况，在二维坐标系中，输电线在两个支柱之间是一条直线，根据输电线与支柱距离静态数据，可获得输电线坐标信息，根据两套坐标系中多个公共点信息，计算两套坐标系转换关系，定位车辆坐标。

附图说明：

图1为架空接触网示意图。

图2为架空接触网输电线俯视示意图。

图3为车辆坐标系中输电线和支柱的位置示意图。

图4为车辆与输电线位置关系示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法是基于激光雷达获取输电线支柱与输电线的坐标信息，以输电线支柱与输电线作为参照物，计算车辆的坐标信息。同时通过计算车辆与输电线的高程差反向获得地面的坑洼情况。

由于输电线支柱是固定的，因此输电线支柱的大地坐标信息是可以精确获得。不考虑输电线左右摆动的情况，在二维坐标系中，输电线在两个支柱之间是一条直线。根据输电线与支柱距离静态数据，可获得输电线两端连接点坐标信息。

如图1所示，A，B是两根输电线支柱，输电线支柱A的大地坐标为P0：(x0,y0)，输电线支柱B的大地坐标为P1：(x1,y1)，输电线两端坐标为P0’、P1’，输电线两端连接点到输电线支柱A、输电线支柱B的距离为d0、d1，输电线支柱A和输电线支柱B之间的距离为d(m)。

在接触网中，为了避免受电弓持续在一个点摩擦，输电线采用是“之”字型架设方案，即d0、d1交替相等。图(2)为俯视图，P0、P1、P2为支柱输电线支柱A、输电线支柱B、输电线支柱C中心点坐标，该坐标值可以静态测量，输电线到输电线支柱A、输电线支柱B、输电线支柱C的距离为d0、d1、d2，该数值可以从产品说明中获得。在已知P0、P1、P2、d0、d1、d2的前提下，可以计算P0’、P1’、P2’坐标信息，进一步可得到输电线轨迹函数。

目前车辆安装的激光雷达已经能够对车身周围30M，前方100M范围精确感知，在车辆行驶过程中，激光雷达至少能识别到一根输电线支柱的位置。本方案在车辆顶部再加装一个向上探测的激光雷达，使得车辆感知模块在获得车辆周围点云数据的同时获得车辆上方的输电线点云数据。根据点云数据可以计算得到输电线支柱和输电线在车身坐标系中的坐标信息。

请参照图3所示，本发明基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，具体实现方式如下：

在车身坐标系下P和P1的坐标值由激光雷达数据计算获得，P是输电线上的任意一点。假设车身坐标系下P的坐标值(x，y),P1的坐标值(x1，y1)(注：这里坐标系只考虑二维坐标系)。

车身坐标系

PP1＝√(x₁-x)²+(y₁-y)²

在大地坐标系下，P1是已知的，假设P1的坐标是(px1，py1)，可以计算P的大地坐标(px，py)，满足如下关系：

大地坐标系

根据已知两个坐标系下两个点计算旋转参数、平移参数，方法如下：

假设两套坐标系下已知两个公共点坐标(X1，Y1)，(X2，Y2)，(x1，y1)，(x2，y2)。

A＝arctg(ΔY/ΔX)

α＝arctg(Δy/Δx)

S＝√ΔX²+ΔY²

s＝√Δx²+Δy²

则有平移参数：

尺度因子：

旋转参数：θ＝A-α

因此通过已知两套坐标系的两个公共点可以计算出车辆在大地坐标系中的坐标点(xi,yi)，车辆的航向角θ。

本发明基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法不仅能解决该场景下的定位问题，还能根据计算车辆与输电线的架空距离解决路径上的地面起伏数据难以测量的问题。

如图(4)所示，车辆顶部雷达探测到正上方输电线的距离(称作：架空距离)会随着路面的起伏而发生变化。车辆在行驶过程中将架空距离与坐标信息进行绑定，形成地面起伏曲线。车辆可以将该信息上报到云端，云端实时广播到其他车辆，以供智驾系统在车辆行驶过程中规划控制使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：假设P1是输电线支柱，P是输电线上的任意一点，在车身坐标系下P和P1的坐标值由激光雷达数据计算获得；

步骤二：假设车身坐标系下P的坐标值(x，y)，P1的坐标值(x1，y1)，此时：

车身坐标系

步骤三：在大地坐标系下，P1是已知的，假设P1的坐标是(px1，py1)，计算P的大地坐标(px，py)，满足如下关系：

大地坐标系

步骤四：根据已知两个坐标系下两个点计算旋转参数、平移参数，方法如下：

假设两套坐标系下已知两个公共点坐标(X1，Y1)，(X2，Y2)，(x1，y1)，(x2，y2)：

A＝arctg(ΔY/ΔX)

α＝arctg(Δy/Δx)

S＝√ΔX²+Y²

s＝√Δx²+y²

则有平移参数：

尺度因子：

旋转参数：θ＝A-α

通过已知两套坐标系的两个公共点计算出车辆在大地坐标系中的坐标点(xi,yi)，车辆的航向角θ。

2.如权利要求1所述的基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，其特征在于：激光雷达安装在车辆上，在车辆行驶过程中，激光雷达识别输电线支柱的位置，在车辆顶部还加装有向上探测的激光雷达，使得车辆感知模块在获得车辆周围点云数据的同时获得车辆上方的输电线点云数据，根据点云数据计算得到输电线支柱和输电线在车身坐标系中的坐标信息。

3.如权利要求2所述的基于架空接触网无人矿卡驾驶定位方法，其特征在于：车辆顶部雷达与正上方输电线之间的距离为架空距离，车辆在行驶过程中将架空距离与坐标信息进行绑定，形成地面起伏曲线，车辆将该信息上报到云端，云端实时广播到其他车辆，以供智驾系统在车辆行驶过程中规划控制使用。

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