CN113126109A - 一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及测量方法。所述车辆轴距测量系统由电机、激光雷达和工控机组成；激光雷达用于测量垂直切面，电机与激光雷达与工控机连接，工控机负责发送指令、采集数据和处理数据。基于电机、激光雷达和软件处理后的点云数据，筛选出点云数据；再分成两组计算出轮胎初始中心。本发明采用电机和激光雷达配合，由电机带动激光雷达的水平旋转，激光雷达扫描一个切面上的物体外廓检测，构造出车辆的三维整体外型，由工控机上的测量软件测量出数据，再使用本发明的轴距计算方法，快速的算出车辆的轴距；相比于其他方法，不需要借助其他工具即可拟合出轮胎的轮廓，精确地计算出两个轮胎中心点间的轴距。

Description

一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及车辆检测技术领域，具体是一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及测量方法，它是通过电机和激光雷达产生车辆的三维点云模型，再使用三维点云数据计算轴距的方法。

背景技术

随着我国交通事业的迅速发展，城市的汽车数量逐年增加，车辆检修问题显得越来越重要。

轴距测量，是车辆检修的一项具体内容。车辆轴距长短，对车辆的舒适性、操纵稳定性有很大的影响，车辆检修就是从车辆的安全性上做考虑。现阶段对于车辆轴距测量主要依靠人工，需要两人协同测量两轮胎中心之间的直线长度，并记录与比对。这种人工测量模式，耗时耗力，效率低下。

随着图像处理的技术发展，图像处理也被应用于车辆检测。近年来，国内外学术界、工业界提出了很多研究车辆轴距测量的方案。其中与本方案最接近的有：发明专利(发明人：周建；秦光华；周维江，申请号：202011058680.4，名称：一种汽车轴距的测量方法。)公开了一种汽车轴距的测量方法，采用两个激光雷达对运动汽车进行测量，并将所测得的数据相结合,得到汽车的三维坐标数据，最后通过图像处理和圆拟合获得汽车轮胎的位置和轮廓，以此计算获得汽车的轴距，但这种方法只能对运动汽车进行测量；在我使用的场景中，因为机器上的快速发展，已经有成熟的仪器可以用来测量物体的外廓，步进电机和激光雷达就是具体的一个例子。在本场景中激光雷达主要提供一个切面上的物体外廓检测，步进电机用来带动激光雷达的水平旋转，利用这两个装置，能够将车辆的三维整体外型构造出来，在此基础上，可以使用本文提出的轴距计算方法，快速的算出车辆的轴距。

相比于其他轴距计算方法，本计算方法不需要借助其他工具，且可以自动计算出货车的轴距。

发明内容

为了克服现有车辆轴距测量存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及测量方法。

所述的一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统，其特征在于包括电机、激光雷达和工控机，电机与激光雷达固定连接并竖向放置于待测车辆上方，工控机与电机、激光雷达分别通过串口服务器连接，所述激光雷达竖向放置于待测车辆上方，工控机内置测量软件；电机为步进电机或伺服电机，用于带动激光雷达的水平旋转工作，激光雷达对待测车辆进行扫描，提供切面上的物体外廓检测，构造出车辆的三维整体外型，工控机负责给电机与激光雷达发送指令、采集数据和处理数据，得到点云数据并筛选，再分成两组计算轮胎初始中心，通过算法调整轮胎中心位置，分别拟合出轮胎的圆形轮廓并精确定位轮胎中心，最后得到车辆轴距。

所述的一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及方法，其特征在于：以三维点云数据为依据，提供一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统及方法。本发明包括如下步骤：

步骤1：利用激光雷达和电机扫描车辆并采集到三维点云坐标集合PZ＝{A_i＝<x_i,y_i,z_i>|i＝1,2,…,n}，其中，A_i表示第i个点云，(x_i,y_i,z_i)表示第i个点云的三维坐标数据，即第i个点云在X轴、Y轴和Z轴的坐标值；

步骤2：将集合PZ中满足条件y_i<Y₀的所有点云取出来构成新的三维点云坐标集合PT＝{A_k＝<x_k,y_k,z_k>|k＝1,2,…,m},

其中，m表示集合PT中的元素数量；根据式(1)、(2)、(3)和(4)计算得到P_z1、P_z2、P_n1和P_n2：

其中，Y₀表示初始设定高度值，N1_k和N2_k为中间变量，k＝1,2,…,m；z_k表示集合PT中第k个点云的Z轴的坐标值；P_z1表示靠近第一个轮胎圆心的Z轴的坐标值；P_z2表示靠近第二个轮胎圆心的Z轴的坐标值；P_n1表示在第一个轮胎附近的点云数量；P_n2表示在第二个轮胎附近的点云数量；

步骤3：根据如下步骤迭代更新P_z1和P_z2，具体为：

步骤3.1：设置第一个轮胎和第二个轮胎半径的初始阈值，分别记为r₁和r₂，且r₁＝r₂；

步骤3.2：根据式(5)、(6)、(7)和(8)计算Ln₀、Rn₀、Ln₁和Rn₁；

其中，CI()表示示性函数，若其参数值为true，则返回1，否则返回0；Ln₀表示在第一个轮胎内部满足式(5)条件的点云数量，Rn₀表示在第二个轮胎内部满足式(6)条件的点云数量，Ln₁表示在第一个轮胎内部满足式(7)条件的点云数量，Rn₁表示在第二个轮胎内部满足式(8)条件的点云数量；

步骤3.3：若满足Ln₀≥Ln₁&&Rn₀≥Rn₁，则转步骤4；否则，根据式(9)迭代计算P_z1和P_z2；

步骤3.4：设置r₁＝r₁+10，r₂＝r₂+10，转步骤3.2；

步骤4：计算得到轴距L＝P_z1-P_z2。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明采用电机和激光雷达配合，由电机带动激光雷达的水平旋转，激光雷达扫描一个切面上的物体外廓检测，构造出车辆的三维整体外型，由工控机上的测量软件测量出数据，再使用本发明的轴距计算方法，快速的算出车辆的轴距；本发明相比于其他轴距计算方法，不需要借助其他工具即可拟合出轮胎的轮廓，精确地计算出两个轮胎中心点间的轴距。

附图说明

图1为本发的车辆轴距测量系统的运行示意图；

图中：1-电机，2-激光雷达，3-工控机，4-待测车辆。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明公开的基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统，由电机1、激光雷达2和工控机3组成，其中，电机1可以是步进电机或伺服电机，在本实施例中，使用的是步进电机，电机1和激光雷达2一起固定竖向安装在待测车辆4上方，水平旋转速度为4.5°/s；激光雷达2采用二维激光雷达，扫描频率为60hz，电机1带动激光雷达2的水平旋转工作，激光雷达2对待测车辆4进行扫描，提供切面上的物体外廓检测，构造出车辆的侧面三维整体外型；工控机3与电机1、激光雷达2分别通过串口服务器连接，工控机3负责发送指令、采集数据和处理数据，得到点云数据并筛选，再分成两组计算轮胎初始中心，通过算法调整轮胎中心位置，分别拟合出轮胎的圆形轮廓并精确定位轮胎中心，最后得到车辆轴距。

本发明公开的基于所述车辆轴距测量系统的车辆轴距测量方法，具体包括如下步骤：

步骤1：利用激光雷达2和电机1扫描待测车辆4并采集到三维点云坐标集合PZ＝{A_i＝<x_i,y_i,z_i>|i＝1,2,…,n}，其中，A_i表示第i个点云，(x_i，y_i，z_i)表示第i个点云的三维坐标数据，即第i个点云在X轴、Y轴和Z轴的坐标值；

步骤2：将集合PZ中满足条件y_i<Y₀的所有点云取出来构成新的三维点云坐标集合PT＝{A_k＝<x_k,y_k,z_k>|k＝1,2,…,m},

其中，m表示集合PT中的元素数量；根据式(1)、(2)、(3)和(4)计算得到P_z1、P_z2、P_n1和P_n2：在本实施例中，Y₀取值250；

其中，Y₀表示初始设定高度值，N1_k和N2_k为中间变量，k＝1,2,…,m；z_k表示集合PT中第k个点云的Z轴的坐标值；P_z1表示靠近第一个轮胎圆心的Z轴的坐标值；P_z2表示靠近第二个轮胎圆心的Z轴的坐标值；P_n1表示在第一个轮胎附近的点云数量；P_n2表示在第二个轮胎附近的点云数量；

步骤3：根据如下步骤迭代更新P_z1和P_z2，具体为：

步骤3.1：设置第一个轮胎和第二个轮胎半径的初始阈值，分别记为r₁和r₂，且r₁＝r₂；在本实施例中，r₁,r₂取值250；

步骤3.2：根据式(5)、(6)、(7)和(8)计算Ln₀、Rn₀、Ln₁和Rn₁；

其中，CI()表示示性函数，若其参数值为true(CI后面()内的等式成立为true)，则返回1，否则返回0；Ln₀表示在第一个轮胎内部满足式(5)条件的点云数量，Rn₀表示在第二个轮胎内部满足式(6)条件的点云数量，Ln₁表示在第一个轮胎内部满足式(7)条件的点云数量，Rn₁表示在第二个轮胎内部满足式(8)条件的点云数量；

步骤3.3：若满足Ln₀≥Ln₁&&Rn₀≥Rn₁，则转步骤4；否则，根据式(9)迭代计算P_z1和P_z2；

步骤3.4：设置r₁＝r₁+10，r₂＝r₂+10，转步骤3.2；

步骤4：计算得到轴距L＝P_z1-P_z2。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统，其特征在于包括电机(1)、激光雷达(2)和工控机(3)，电机(1)与激光雷达(2)固定连接并竖向放置于待测车辆(4)上方，工控机(3)与电机(1)、激光雷达(2)分别通过串口服务器连接，所述激光雷达(1)竖向放置于待测车辆(4)上方，工控机(3)内置测量软件；电机(1)带动激光雷达(2)的水平旋转工作，激光雷达(2)对待测车辆(4)进行扫描，提供切面上的物体外廓检测，构造出车辆的三维整体外型，工控机(3)负责给电机(1)与激光雷达(2)发送指令、采集数据和处理数据，得到点云数据并筛选，再分成两组计算轮胎初始中心，通过算法调整轮胎中心位置，分别拟合出轮胎的圆形轮廓并精确定位轮胎中心，最后得到车辆轴距。

2.根据权利要求1所述的一种基于电机和激光雷达的车辆轴距测量系统，其特征在于电机(1)为步进电机或伺服电机。

3.一种基于权利要求1或2所述车辆轴距测量系统的车辆轴距测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：利用激光雷达(2)和电机(1)扫描车辆并采集到三维点云坐标集合PZ＝{A_i＝<x_i,y_i,z_i>|i＝1,2,…,n}，其中，A_i表示第i个点云，(x_i,y_i,z_i)表示第i个点云的三维坐标数据，n表示集合PT中的元素数量，即第i个点云在X轴、Y轴和Z轴的坐标值；

步骤2：将集合PZ中满足条件y_i<Y₀的所有点云取出来构成新的三维点云坐标集合PT＝{A_k＝<x_k,y_k,z_k>|k＝1,2,…,m},

其中，m表示集合PT中的元素数量，Y₀为人为设置的上限值；根据式(1)、(2)、(3)和(4)计算得到P_z1、P_z2、P_n1和P_n2：

其中，Y0表示初始设定高度值，N1_k和N2_k为中间变量，k＝1,2,…,m；z_k表示集合PT中第k个点云的Z轴的坐标值；P_z1表示靠近第一个轮胎圆心的Z轴的坐标值；P_z2表示靠近第二个轮胎圆心的Z轴的坐标值；P_n1表示在第一个轮胎附近的点云数量；P_n2表示在第二个轮胎附近的点云数量；

步骤3：根据如下步骤迭代更新P_z1和P_z2，具体为：

步骤3.1：设置第一个轮胎和第二个轮胎半径的初始阈值，分别记为r₁和r₂，且r₁＝r₂；

步骤3.2：根据式(5)、(6)、(7)和(8)计算Ln₀、Rn₀、Ln₁和Rn₁；

其中，CI()表示示性函数，若其参数值为true，则返回1，否则返回0；Ln₀表示在第一个轮胎内部满足式(5)条件的点云数量，Rn₀表示在第二个轮胎内部满足式(6)条件的点云数量，Ln₁表示在第一个轮胎内部满足式(7)条件的点云数量，Rn₁表示在第二个轮胎内部满足式(8)条件的点云数量；

步骤3.3：若满足Ln₀≥Ln₁&&Rn₀≥Rn₁，则转步骤4；否则，根据式(9)迭代计算P_z1和P_z2；

步骤3.4：设置r₁＝r₁+10，r₂＝r₂+10，转步骤3.2；

步骤4：计算得到轴距L＝P_z1-P_z2。

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