CN113253324B - 一种高速公路目标场景定位方法、导航方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速公路目标场景定位方法、导航方法及系统，目标场景定位方法通过深度学习算法进行高速公路目标场景的识别和记录，同时基于GNSS定位设备记录每一目标场景所属图像采集时间并计算对应的经纬度打点信息，即目标场景经纬度打点信息；将每一目标场景经纬度打点信息的WGS坐标转换为与电子地图匹配的坐标，并将其标记在该电子地图上，实现目标场景定位和导航。本发明利用基于深度学习的目标场景识别算法和GNSS定位设备，并结合目标场景经纬度打点信息修正算法，实现目标场景的精准定位和导航，操作简单、方便，无需人工处理；实现道路病害、障碍物等其他危害交通安全的目标场景的自动识别、及时调度和处理。
Description
技术领域
本发明涉及道路养护技术领域，尤其涉及一种高速公路目标场景定位方法、导航方法及系统。
背景技术
目前的高速公路日常养护中，对于道路病害、障碍物等目标场景的定位主要以人工巡检为主，至少需要驾驶员和巡查员两人配合完成，驾驶员驾驶工程车辆，速度不宜超过60km/h，巡查员对路面病害和障碍物进行观察和记录。基于道路病害、障碍物等其他危害交通安全的目标场景的有效位置信息，道路养护部门可以快速及时地进行处置，继而消除道路行车隐患，确保道路行驶安全。
然而，传统人工巡检方式对于工程车辆的行驶速度、巡检人员数量、巡检人员操作的敏捷度、熟练度等均提出了较高要求，存在效率低、安全性差的弊端，已经严重影响了日常道路养护过程中对道路病害、障碍物等异常情况有效及时地处置。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种高速公路目标场景定位方法、导航方法及系统，实现道路病害、障碍物等其他危害交通安全的目标场景的精准定位和导航。
本发明保护一种高速公路目标场景定位方法，通过深度学习算法进行高速公路目标场景的识别和记录，同时基于GNSS定位设备记录每一目标场景所属图像采集时间对应的经纬度打点信息，即目标场景经纬度打点信息；将每一目标场景经纬度打点信息的WGS坐标转换为与电子地图匹配的坐标，并将其标记在该电子地图上，实现目标场景定位。
进一步的，若目标场景所属图像的采集时间在GNSS定位设备相邻2次定位采样时间之间，则按时间偏差比例取2次定位采样时间对应的经纬度之间的经纬度打点信息。
进一步的，获取目标场景所在路段电子地图适配的坐标系下的经纬度打点信息，并在电子地图经纬度打点信息之间进行位置信息插值，将插值后的经纬度打点信息与目标场景经纬度打点信息进行匹配，取欧式距离最小的作为匹配后的目标场景经纬度打点信息。
本发明还保护一种高速公路目标场景导航方法，使用上述定位方法对高速公路上的目标场景进行定位，在精准定位的基础上实现目标场景导航。
进一步的，采集高速公路桩号信息，构建桩号与经纬度信息匹配的电子桩号信息库，实现基于电子桩号的目标场景精准导航，具体过程为：在获知目标场景经纬度打点信息后，从电子桩号信息库获取与其距离最近的桩号信息，基于该桩号的经纬度信息进行目标场景导航。
进一步的，电子桩号信息库构建方法为：
步骤1，利用相机阵列采集高速公路桩号图像并记录图像采集时间，利用GNS S定位设备记录高速公路桩号图像采集时间对应的经纬度信息；
步骤2，对高速公路桩号图像进行预处理、图片切割、特征提取、文本分类，完成桩号信息提取；
步骤3，根据图像采集时间对桩号信息及其经纬度信息进行匹配；
步骤4，将桩号信息可视化于电子地图上。
更进一步的，若高速公路桩号图像采集时间在GNSS定位设备相邻2次定位采样时间之间，则按时间偏差比例取2次定位采样时间对应的经纬度之间的经纬度信息匹配该桩号。
本发明还保护一种高速公路目标场景导航系统，主要包括巡检工程车辆、排障工程车辆和用于调度的后台服务器，所述巡检工程车辆上装载有用于获取路面信息的传感模块和用于处理路面信息的处理模块，所述排障工程车辆上装载有导航app；
所述巡检工程车辆在高速公路巡检过程中，实时获取路面信息并进行目标场景识别，并基于上述目标场景定位方法对其进行定位；
所述后台服务器实时获取所述巡检工程车辆获取到的目标场景及其位置信息，根据目标场景类型及时调度排障工程车辆进行排障处理，并同时发送目标场景及其位置信息；
所述排障工程车辆基于目标场景及其位置信息，基于上述目标场景导航方法迅速到达该目标场景，进行排障处理。
本发明的有益效果：1、利用基于深度学习的目标场景识别算法和GNSS定位设备，并结合目标场景经纬度打点信息修正算法，实现目标场景的精准定位，操作简单、方便，无需人工处理；2、基于电子桩号信息库的目标场景导航，可适度忽略坐标转换存在偏差的问题；3、高速公路目标场景导航系统，实现道路病害、障碍物等其他危害交通安全的目标场景的自动识别、及时调度和处理；4、基于电子地图和基于电子桩号信息库的目标场景导航并行，提升了系统的实用性、精准度和使用感。
附图说明
图1为高速公路目标场景定位方法流程图；
图2为初始获取的目标场景位置地图打点图；
图3为高德地图适配的火星坐标系下经纬度打点信息示意图；
图4为插值后的高德地图经纬度打点信息示意图；
图5为修正前后的目标场景经纬度打点信息对比图；
图6为高速公路桩号图像；
图7为桩号信息在电子地图上可视化效果图；
图8为导航方案可选示意图；
图9为基于电子地图导航到目标场景效果图；
图10为基于电子桩号导航到目标场景效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种高速公路目标场景定位方法，如图1所示，通过深度学习算法进行高速公路目标场景的识别和记录，同时基于GNSS定位设备记录每一目标场景所属图像采集时间并计算对应的经纬度打点信息，即目标场景经纬度打点信息。
将每一目标场景经纬度打点信息的WGS坐标转换为与电子地图匹配的坐标，并将其标记在该电子地图上，实现目标场景定位。本申请中的目标场景包括但不限于危害交通安全的道路病害、障碍物。此处，基于深度学习算法的目标场景识别基于现有技术实现，不是本申请论述的重点。
在道路巡检的同时，通过GNSS定位设备实时获取目标场景经纬度打点信息，实现目标场景定位，操作简单、方便，无需人工处理。
由于GNSS定位设备的采集时间与路面图像采集时间存在不同步的情况。例如，GNSS定位设备采集周期为1s，在a时b分c秒获取经纬度信息(Lng1，Lat1)，在a时b分c+1秒获取经纬度信息(Lng2，Lat2)，而路面图像Pic的采集时间为a时b分c秒d毫秒，则基于差值算法，则目标场景所述路面图像Pic的位置信息Pos对应的经纬度信息LngPic和LatPic表示为LngPic＝Lng1+(d/1000)*(Lng2-Lng1)，LatPic＝Lat1+(d/1000)*(Lat2-Lat1)。
本实施例以高德地图为例，即将每一目标场景经纬度打点信息的WGS坐标转换为与高德地图匹配的火星坐标。因WGS坐标与火星坐标之间存在转换误差，且高德地图上的标记的目标场景经纬度打点信息与实际火星坐标经纬度之间也存在一定误差，可能导致部分目标场景被定位到高速公路车道外，造成定位误差，如图2所示，图2中的圆点为合肥绕城高速上某路段的病害位置标记点。
针对这一问题，本实施例的解决方案为：利用高德地图自带的API接口，获取该路段高德地图适配的火星坐标系下经纬度打点信息，如图3所示，图3中的圆点为该路段高德地图适配的火星坐标系下经纬度打点信息。
在高德地图经纬度打点信息之间进行位置信息插值，如图4所示，图4中的圆点为插值后的高德地图经纬度打点信息。将插值后的电子地图经纬度打点信息与目标场景经纬度打点信息进行匹配，取欧式距离最小的作为匹配后的目标场景经纬度打点信息，修正前后的目标场景经纬度打点信息对比如图5所示。
基于上述目标场景经纬度打点信息修正算法，能够得到目标场景的准确定位信息。
实施例2
一种高速公路目标场景定位方法，使用实施例1所述的定位方法对高速公路上的目标场景进行定位，在精准定位的基础上实现目标场景导航。
高速公路上通常设有桩号，高速公路的桩号通常和里程碑系统相结合，通常以K千米数±米数表示，即沿道路方向，起点处的桩号是k0+000，每隔一定距离(如100米)做1桩号标记，并在相应有需要的地方进行标记。简而言之，高速桩号就是高速的“身份证号”，具有唯一性。图6所示G3京台高速上的桩号图像表示G3京台高速1042Km+900m处。
基于高速桩号具有唯一性的特点，本实施例通过采集高速公路桩号信息，构建桩号与经纬度信息匹配的电子桩号信息库，实现基于电子桩号的目标场景精准导航。在此基础上，可以一定程度上忽略坐标转换存在偏差的问题，因为高速桩号的位置是精确且固定不变的。在获知目标场景经纬度打点信息后，从电子桩号信息库获取与其距离最近的桩号信息，基于该桩号的经纬度信息进行目标场景导航即可。表1所示为G3京台高速位于合肥某路段的高速电子桩号信息表。
| 序号 | 地理位置 | 经纬度 |
| G3 1042Km+900m | 安徽省合肥市 | 117.2768924191522，31.7940293553491 |
| G3 1042Km+800m | 安徽省合肥市 | 117.27568884304117，31.79458184379605 |
| G3 1042Km+700m | 安徽省合肥市 | 117.27429862476806，31.79490979914037 |
| G3 1042Km+600m | 安徽省合肥市 | 117.27279381235482，31.79495707295338 |
| G3 1042Km+500m | 安徽省合肥市 | 117.27136150713524，31.79471299423665 |
| G3 1042Km+400m | 安徽省合肥市 | 117.26998581412872，31.794176977009588 |
| G3 1042Km+300m | 安徽省合肥市 | 117.26862008019697，31.7934907345501 |
| G3 1042Km+200m | 安徽省合肥市 | 117.26732421979692，31.793067775903594 |
| G3 1042Km+100m | 安徽省合肥市 | 117.2660427273986，31.79273294733922 |
表1
下面阐述电子桩号信息库的具体构建方法，：
步骤1，利用相机阵列采集高速公路桩号图像并记录图像采集时间，利用GNSS定位设备记录高速公路桩号图像采集时间并计算对应的经纬度信息；
步骤2，对高速公路桩号图像进行预处理、图片切割、特征提取、文本分类，完成桩号信息提取；
步骤3，根据图像采集时间对桩号信息及其经纬度信息进行匹配；
步骤4，将桩号信息可视化于电子地图上，如图7所示。
当然，由于GNSS定位设备的采集时间与高速公路桩号采集时间也同样存在不同步的情况，处理方式同上。
实施例3
一种高速公路目标场景导航系统，主要包括巡检工程车辆、排障工程车辆和用于调度的后台服务器，所述巡检工程车辆上装载有用于获取路面信息的传感模块和用于处理路面信息的处理模块，所述排障工程车辆上装载有导航app。
所述巡检工程车辆在高速公路巡检过程中，实时获取路面信息并进行目标场景识别，并基于上述目标场景定位方法对其进行定位；
所述后台服务器实时获取所述巡检工程车辆获取到的目标场景及其位置信息，根据目标场景类型及时调度排障工程车辆进行排障处理，并同时发送目标场景及其位置信息；
所述排障工程车辆基于目标场景及其位置信息，基于上述目标场景导航方法迅速到达该目标场景，进行排障处理。
在导航app方面，本实施例利用高德API接口研制基于电子地图和电子桩号信息库的可选导航方案，如图8所示。基于高德地图导航到目标场景的效果如图9所示，基于电子桩号导航到目标场景效果如图10所示。两种导航方案备选，提升了系统的实用性、精准度和使用感。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种高速公路目标场景定位方法，其特征在于，通过深度学习算法进行高速公路目标场景的识别和记录，同时基于GNSS定位设备记录每一目标场景所属图像采集时间，基于图像采集时间计算对应的经纬度打点信息，即目标场景经纬度打点信息；
将每一目标场景经纬度打点信息的WGS坐标转换为与电子地图匹配的坐标，并将其标记在该电子地图上，实现目标场景定位；
若目标场景所属图像的采集时间在GNSS定位设备相邻2次定位采样时间之间，则按时间偏差比例取2次定位采样时间对应的经纬度之间的经纬度打点信息；
获取目标场景所在路段电子地图适配的坐标系下的经纬度打点信息，并在电子地图经纬度打点信息之间进行位置信息插值，将插值后的经纬度打点信息与目标场景经纬度打点信息进行匹配，取欧式距离最小的作为匹配后的目标场景经纬度打点信息。
2.一种高速公路目标场景导航方法，其特征在于，使用权利要求1所述的定位方法对高速公路上的目标场景进行定位，在精准定位的基础上实现目标场景导航。
3.根据权利要求2所述的高速公路目标场景导航方法，其特征在于，采集高速公路桩号信息，构建桩号与经纬度信息匹配的电子桩号信息库，实现基于电子桩号的目标场景精准导航，具体过程为：在获知目标场景经纬度打点信息后，从电子桩号信息库获取与其距离最近的桩号信息，基于该桩号的经纬度信息进行目标场景导航。
4.根据权利要求3所述的高速公路目标场景导航方法，其特征在于，电子桩号信息库构建方法为：
步骤1，利用相机阵列采集高速公路桩号图像并记录图像采集时间，利用GNS S定位设备记录高速公路桩号图像采集时间并计算对应的经纬度信息；
步骤2，对高速公路桩号图像进行预处理、图片切割、特征提取、文本分类，完成桩号信息提取；
步骤3，根据图像采集时间对桩号信息及其经纬度信息进行匹配；
步骤4，将桩号信息可视化于电子地图上。
5.根据权利要求4所述的高速公路目标场景导航方法，其特征在于，若高速公路桩号图像采集时间在GNSS定位设备相邻2次定位采样时间之间，则按时间偏差比例取2次定位采样时间对应的经纬度之间的经纬度信息匹配该桩号。
6.一种高速公路目标场景导航系统，其特征在于，主要包括巡检工程车辆、排障工程车辆和用于调度的后台服务器，所述巡检工程车辆上装载有用于获取路面信息的传感模块和用于处理路面信息的处理模块，所述排障工程车辆上装载有导航app；
所述巡检工程车辆在高速公路巡检过程中，实时获取路面信息并进行目标场景识别，并基于权利要求1所述的目标场景定位方法对其进行定位；
所述后台服务器实时获取所述巡检工程车辆获取到的目标场景及其位置信息，根据目标场景类型及时调度排障工程车辆进行排障处理，并同时发送目标场景及其位置信息；
所述排障工程车辆基于目标场景及其位置信息，基于权利要求3-5任意一项所述的目标场景导航方法迅速到达该目标场景，进行排障处理。
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