CN113404101B - 一种推土机场景模型构建和更新方法和推土机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基础施工技术领域，尤其涉及一种推土机场景模型构建和更新方法和推土机，推土机场景模型构建和更新方法包括如下步骤：控制推土机沿待施工的场地行走一周，构建场景理论模型；利用所述场景理论模型对场景模型进行修正；在设定路径上设置定位点，并控制所述推土机按照设定路径进行作业；实时采集所述推土机行走作业定位数据和铲刀倾角数据；周期性计算所述推土机在所述定位点处的实时高程数据和实时铲刀倾角数据与该所述定位点的设定高程数据和设定铲刀倾角数据之间的差值；如果所述差值大于模型更新阈值，对所述场景模型进行更新。本发明能够快速构建和更新场景，在降低施工人员工作强度的同时，保证作业效率。

Description

一种推土机场景模型构建和更新方法和推土机

技术领域

本发明涉及基础施工技术领域，尤其涉及一种推土机场景模型构建和更新方法和推土机。

背景技术

目前，无人驾驶推土机得到了广泛应用，主要应用于矿山开采，市政路面、工业造型等各类工况施工中，通过云平台根据现场场景模型对施工路径进行规划并下发指令至无人驾驶推土机，无人驾驶推土机利用GPS/GNSS惯导信号等通讯媒介使推土机工作在环境恶劣的区域，同时根据设置在车上四周的超声波雷达和毫米波雷达来检测设备周围的障碍物，来实现主动避障，达到安全作业的目的。

无人驾驶推土机是一种物料挖掘与转移设备，由于施工过程中，一直在挖掘和移动物料，场景环境和高程信息实时都在发生变化，所以云平台上的场景模型需要快速的构建和更新，这样路径规划人员才能根据精准的场景模型下发准确的施工任务，否则，无人驾驶推土机的工作效率将大大折扣，现有技术都是通过无人机或者现场打点测量，通过周期性的扫描测绘来更新场景模型，但是这种方法实时性差，工作强度大，且容易导致更新不及时。造成作业效率低下。

因此，需要一种推土机场景模型构建和更新方法和推土机来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推土机场景模型构建和更新方法和推土机，能够快速构建和更新场景，在降低施工人员工作强度的同时，保证作业效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种推土机场景模型构建和更新方法，包括如下步骤：

S1、控制推土机沿待施工的场地行走一周，实时采集所述推土机在所述场地中的定位数据和对应位置的铲刀倾角数据，构建场景理论模型；

S2、利用所述场景理论模型对场景模型进行修正；

S3、在所述场景模型中进行路径规划，在设定路径上设置定位点，并控制所述推土机按照设定路径进行作业；

S4、实时采集所述推土机行走作业定位数据和铲刀倾角数据；

S5、周期性计算所述推土机在所述定位点处的实时高程数据和实时铲刀倾角数据与该所述定位点的设定高程数据和设定铲刀倾角数据之间的差值；

S6、如果所述差值大于模型更新阈值，则认定所述场景模型已经发生变化，对所述场景模型进行更新；

在所述设定路径上设置有多个所述定位点，当差值大于设定模型更新阈值的定位点的个数大于设定数值时，则认定所述场景模型已经发生变化，对所述场景模型进行更新。

进一步地，所述步骤S1中，通过安装在所述推土机上的GNSS惯性导航设备确定定位数据，由设置在推土机工作装置油缸内部的测量装置以及车身角度测量单元确定铲刀倾角数据。

进一步地，所述步骤S3中，根据所述场景模型中的地形的高程信息和设计面高程信息进行路径规划。

进一步地，对所述场景模型进行更新为针对所述设定路径处进行更新，更新后的作业路径处的所述场景模型与未更新的所述场景模型以不同的颜色进行显示。

进一步地，更新后的作业路径处的所述场景模型显示绿色，未更新的所述场景模型显示红色。

进一步地，所述步骤S6中，如果所述差值大于所述模型更新阈值，则以该定位点的此时刻的实时高程数据和实时铲刀倾角数据更新该定位点的高程数据和铲刀倾角数据。

一种推土机，应用如上所述的推土机场景模型构建和更新方法，包括：

推土机本体；

控制设备，设置在所述推土机本体上，包括控制器、惯性导航装置和倾角测量装置，所述控制器与用于构建和更新场景模型并进行路径规划的云端平台通讯连接，用于控制所述推土机本体，所述惯性导航装置和所述倾角测量装置均与所述云端平台通讯连接。

进一步地，所述倾角测量装置包括车身角度测量装置和油缸伸缩测量装置，所述车身角度测量装置用于测量所述推土机本体的倾斜角度，所述油缸伸缩测量装置用于测量铲刀相对所述推土机本体的倾斜角度。

进一步地，还包括负载检测装置，所述负载检测装置设置在所述推土机本体上，用于检测所述推土机本体的负载量。

本发明的有益效果：

本发明所提供的一种推土机场景模型构建和更新方法，通过控制推土机沿待施工的场地行走一周，实时采集推土机在场地中的定位数据和对应位置的铲刀倾角数据，构建场景理论模型，利用场景理论模型对来自施工方的场景模型进行修正得到实际应用的场景模型，通过上述方式可以快速构建出场景模型，在推土机进行作业的过程中，实时采集推土机行走作业定位数据和铲刀倾角数据，并与设定路径上的定位点的设定高程数据和设定铲刀倾角数据进行比较得到差值，如果差值大于模型更新阈值，则认定场景模型已经发生变化，对场景模型进行更新。上述方式，均自动完成，通过利用推土机行走作业获得的定位数据和铲刀倾角数据即可进行场景模型更新。无需施工人员进行现场打点测量，能够降低施工人员工作强度，同时随着场景模型自动更新，保证推土机的作业效率。

本发明所提供的推土机，应用于如上所述的推土机场景模型构建和更新方法中，能够快速构建和更新场景，在降低施工人员工作强度的同时，保证作业效率。

附图说明

图1是本发明是实施一中一种推土机场景模型构建和更新方法的流程图；

图2是本发明实施例二中一种推土机的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

为了能够快速构建和更新场景，在降低施工人员工作强度的同时，保证推土机的作业效率。如图1所示，本发明提供一种推土机场景模型构建和更新方法。本方法包括如下步骤：

S1、控制推土机沿待施工的场地行走一周，实时采集推土机在场地中的定位数据和对应位置的铲刀倾角数据，构建场景理论模型；具体地，推土机沿待施工的场地行走，行走路径完全覆盖待施工的场地，保证采集的数据全面很准确。

S2、利用场景理论模型对场景模型进行修正；

S3、在场景模型中进行路径规划，在设定路径上设置定位点，并控制推土机按照设定路径进行作业；

S4、实时采集推土机行走作业定位数据和铲刀倾角数据；

S5、周期性计算推土机在定位点处的实时高程数据和实时铲刀倾角数据与该定位点的设定高程数据和设定铲刀倾角数据之间的差值；

S6、如果差值大于模型更新阈值，则认定场景模型已经发生变化，对场景模型进行更新。

通过实时采集推土机在场地中的定位数据和对应位置的铲刀倾角数据，构建场景理论模型，利用场景理论模型对场景模型进行修正得到实际应用的场景模型，可以快速构建处场景模型；通过利用推土机行走作业获得的定位数据和铲刀倾角数据即可进行场景模型更新，无需施工人员进行现场打点测量，能够降低施工人员工作强度，同时随着场景模型自动更新，保证推土机的作业效率。

进一步地，步骤S1中，通过安装在推土机上的GNSS（全球导航卫星系统）惯性导航设备确定定位数据，由设置在推土机工作装置油缸内部的测量装置以及车身角度测量单元确定铲刀倾角数据。通过上述方式，可以实时测量获得的定位数据和铲刀倾角数据，便于场景理想模型的构建和场景模型的更新。

进一步地，步骤S3中，根据场景模型中的地形的高程信息和设计面高程信息进行路径规划。通过计算场景模型中的高程信息和设计面高程信息的差值，即可规划得到推土机每次的作业路径及作业次数，还可以初步估计得到推土机工作过程产生的土方，便于现场的施工调度。

进一步地，在设定路径上设置有多个定位点，当差值大于设定模型更新阈值的定位点的个数大于设定数值时，则认定场景模型已经发生变化，对场景模型进行更新。通过设置多个定位点，并且在定位点的数目达到更新的设定数值时，才进行场景模型更新，可以大幅度降低场景模型更新处理的数据量，保证能够顺利更新场景模型。

进一步地，对场景模型进行更新为针对设定路径处进行更新，更新后的作业路径处的场景模型与未更新的场景模型以不同的颜色进行显示。由于推土机的作业路径是一定的，在场地中，发生变化的位置就是推土机的作业路径，通过上述方式，可以针对性地调整局部场景模型，避免处理其他无需更行的场景模型，可以降低更新场景模型的数据的处理量。通过采用不同颜色进行显示，施工人员可以直观地知道施工进度，便于施工人员根据施工的需要对推土机进行调度。具体地，更新后的作业路径处的场景模型显示绿色，未更新的场景模型显示红色。

进一步地，步骤S6中，如果差值大于模型更新阈值，则以该定位点的此时刻的实时高程数据和实时铲刀倾角数据更新该定位点的高程数据和铲刀倾角数据。通过上述方式，无需施工人员进行现场打点测量即可通过推土机的实时数据获得更新场景的所需数据，可以实现场景模型的快速更新，降低施工人员的强度，保证施工效率。

进一步地，若场景模型内有2台及以上推土机设备时，则将所有的推土机的行驶作业路径数据作为场景模型需要更新修正的判断点，且当推土机中任一台的定位点的数据发生变化，差值大于模型更新阈值时，即对该台推土机的作业路径进行更新，能够及时对场景模型进行更新，从而保证多台推土机的协同作业，提升作业效率。

实施例二

如图2所示，本实施例提供了一种推土机，应用于如上的推土机场景模型构建和更新方法中，包括：推土机本体、云端平台和控制设备。

其中，云端平台用于构建和更新场景模型，并进行路径规划；控制设备设置在推土机本体上，包括控制器、惯性导航装置和倾角测量装置，控制器与云端平台通讯连接，用于控制推土机本体，惯性导航装置和倾角测量装置均与云端平台通讯连接。

云端平台通过惯性导航装置和倾角测量装置获得推土机在场地中的定位数据和对应位置的铲刀倾角数据，构建场景理论模型，并对场景模型进行修正，控制器通过云端平台获得推土机的设定路径，并控制推土机按照设定路径进行作业，实现推土作业的自动化。

具体地，云端平台是一种计算机服务器，硬件部分包括存储器、处理器和显示器、网络通信模块、用户接口模块等。软件部分中可以包括操作系统、以及存储在存储器上并可在处理器上运行的无人驾驶场景模型构建程序和更新程序和路径规划指令下发系统。利用云端平台可以实现数据的快速处理，从而保证场景模型的更新速度。

进一步地，惯性导航装置具备GNSS接收器和IMU （惯性传感器）惯导测量单元。GNSS接收器配置于驾驶室之上。GNSS接收器例如是GPS用的天线。GNSS接收器接收表示无人驾驶推土机的位置的车体位置信息。控制器从GNSS接收器取得推土机本体的位置信息。

进一步地，倾角测量装置包括车身角度测量装置和油缸伸缩测量装置，车身角度测量装置用于测量推土机本体的倾斜角度，油缸伸缩测量装置用于测量铲刀相对推土机本体的倾斜角度。具体地，车身角度测量装置采用IMU，IMU是惯性测量装置，能够取得车体倾斜角信息。车体倾斜角信息表示车辆前后方向相对于水平的角度(俯仰角)、及车辆横向相对于水平的角度(倾侧角)。IMU 将车体倾斜角信息通过控制器发送到云端平台。控制器从取得车体倾斜角信息。

控制器根据油缸伸缩测量装置获得提升油缸长度L、车体位置信息和车体倾斜角信息，运算铲尖位置。控制器基于车体位置信息，算出GNSS接收器的全局坐标。控制器基于提升油缸长度L，算出提升角。控制器基于提升角和车体尺寸信息，算出铲尖位置P0相对于GNSS接收器的局部坐标。车体尺寸信息储存于存储装置，表示工作装置相对于GNSS接收器的位置。控制器基于GNSS接收器的全局坐标、铲尖位置P0的局部坐标和车体倾斜角信息，算出铲尖位置P0的全局坐标。控制器取得铲尖位置P0的全局坐标作为推土机的定位数据。

进一步地，本推土机还包括负载检测装置，负载检测装置设置在推土机本体上，用于检测推土机本体的负载量。为了使无人驾驶推土机的场景模型与实际保持一致、不至于产生偏差，精度更高，当推土机的负载检测装置检测的负载没有变化时，此时被确定为空行程，则不对场景模型更新。即在推土机铲刀向上方越过实际地形的方式进行路径行走时，由于负载检测装置测试推土机无负载变化，特别是在推土机进行转场或者后退的作业循环时，一般都会将铲刀抬高到指定的行程后，进行后退操作，但是实际的铲刀倾角数据有可能超出云端设定的更新阈值，所以，后退过程中和无负载变化的过程中，不对场景模型进行更新处理。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种推土机场景模型构建和更新方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、控制推土机沿待施工的场地行走一周，实时采集所述推土机在所述场地中的定位数据和对应位置的铲刀倾角数据，构建场景理论模型；

S2、利用所述场景理论模型对场景模型进行修正；

S3、在所述场景模型中进行路径规划，在设定路径上设置定位点，并控制所述推土机按照设定路径进行作业；

S4、实时采集所述推土机行走作业定位数据和铲刀倾角数据；

S5、周期性计算所述推土机在所述定位点处的实时高程数据和实时铲刀倾角数据与该所述定位点的设定高程数据和设定铲刀倾角数据之间的差值；

S6、如果所述差值大于模型更新阈值，则认定所述场景模型已经发生变化，对所述场景模型进行更新；

在所述设定路径上设置有多个所述定位点，当差值大于设定模型更新阈值的定位点的个数大于设定数值时，则认定所述场景模型已经发生变化，对所述场景模型进行更新。

2.根据权利要求1所述的一种推土机场景模型构建和更新方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过安装在所述推土机上的GNSS惯性导航设备确定定位数据，由设置在推土机工作装置油缸内部的测量装置以及车身角度测量单元确定铲刀倾角数据。

3.根据权利要求1所述的一种推土机场景模型构建和更新方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据所述场景模型中的地形的高程信息和设计面高程信息进行路径规划。

4.根据权利要求1所述的一种推土机场景模型构建和更新方法，其特征在于，对所述场景模型进行更新为针对所述设定路径处进行更新，更新后的作业路径处的所述场景模型与未更新的所述场景模型以不同的颜色进行显示。

5.根据权利要求4所述的一种推土机场景模型构建和更新方法，其特征在于，更新后的作业路径处的所述场景模型显示绿色，未更新的所述场景模型显示红色。

6.根据权利要求1所述的一种推土机场景模型构建和更新方法，其特征在于，所述步骤S6中，如果所述差值大于所述模型更新阈值，则以该定位点的此时刻的实时高程数据和实时铲刀倾角数据更新该定位点的高程数据和铲刀倾角数据。

7.一种推土机，其特征在于，应用如权利要求1-6任一项所述的推土机场景模型构建和更新方法，包括：

推土机本体；

控制设备，设置在所述推土机本体上，包括控制器、惯性导航装置和倾角测量装置，所述控制器与用于构建和更新场景模型，并进行路径规划的云端平台通讯连接，用于控制所述推土机本体，所述惯性导航装置和所述倾角测量装置均与所述云端平台通讯连接。

8.根据权利要求7所述的一种推土机，其特征在于，所述倾角测量装置包括车身角度测量装置和油缸伸缩测量装置，所述车身角度测量装置用于测量所述推土机本体的倾斜角度，所述油缸伸缩测量装置用于测量铲刀相对所述推土机本体的倾斜角度。

9.根据权利要求7所述的一种推土机，其特征在于，还包括负载检测装置，所述负载检测装置设置在所述推土机本体上，用于检测所述推土机本体的负载量。

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