CN114783248A - 一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辅助停车定位技术领域和激光测距领域，具体地涉及一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法。步骤1：在预定停车位置放置辅助定位架，在指定位置粘贴反光片；步骤2：在车辆尾部通过磁铁吸盘安装有激光雷达；步骤3：通过步骤2安装的激光雷达获取周围环境深度信息，并通过后端点云数据进行处理，建立车辆实时模型，对车辆及周围环境进行二维重建，进而在用户界面显示虚拟“车库”，用户停车至“车库”。

Description

一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法

技术领域

本发明涉及辅助停车定位技术领域和激光测距领域，具体地涉及一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法。

背景技术

武器装备对复杂环境条件的适应能力，是打赢新形势下信息化战争的重要条件，因此，与强敌作战，拥有能在复杂环境条件下使用的装备，是取得胜利的重要条件。随着部队训练深入展开，夜间训练也逐渐成为了重要的训练科目。对于工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位和军用装备在夜间精确停车定位，不论是在夜训还是夜战中，由于灯火管制，车辆需要在微光情况下将车辆停放到车库、掩体、或指定作战展开位置。由于无法提供照明，或其他辅助停车装置参考，该问题一定程度上制约部队夜间实战化训练，甚至无法适应实战环境要求。如何快速隐蔽高效解决精准停车问题，以提高部队夜训质效及战斗力。

对于大型车辆装备，在参加演习时，如果是短途机动，主要靠自身动力，如果远途机动，大型车辆就得通过火车运输，所以，军民用大型特种装备上下火车平板时的精确定位也是亟需解决的问题。车辆上下铁路平板车对驾驶员技术要求非常高，车轮与平板车两边的距离要控制在25厘米，误差不超过2厘米。引导员要与驾驶员密切协同，装甲车辆才能准确驶入指定位置。经过不断微调，一台台装甲车辆需要全部按照要求停放到位。

车辆的停车定位靠的是驾驶员的驾驶经验主观的对车辆位置姿态的判断。依靠自己的判断完成停车的操作流程。这对于一些新驾驶员来说，手脚与眼睛的配合十分困难，在微光的特殊环境下，对于有长期驾驶经验的老驾驶员来说，也会存在困难和隐患。

车辆的停车定位展开有多种通讯方式，通常在进入停车定位场地后，根据定位定向车已标定的停车方向和定位点确定停车位置，在车辆后划定一点为定位点，左右允许偏差。民用展开式工作车型，如：钻井机，塔吊等都需要对所使用待展开的装备进行定位。且停车定位方法较为繁琐，且耗时长，效率低，在夜间无光或微光条件下有很大操作限制。

现今辅助停车装置的敏感元件依靠各种各样的传感器，主要有视觉传感器，超声波传感器和激光雷达传感器。辅助停车装置借助传感器进行信息的采集，掌握车辆视野盲区的情况，让驾驶员可以清晰直观的观察到停车情况，方便操作。部分辅助装置还可以根据采集的信息和车辆的尺寸来判断分析环境因素是否具备停车条件，更加简单方便。

发明内容

针对目前复杂作业环境下停车精度不高的问题，本发明提供了一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，包括架设本发明专用的反光片，完成激光雷达对扫描得到的点云信息的处理和在用户界面显示。使用激光雷达结合辅助定位架辅助车辆在复杂环境停车，保证车体移动到指定位置，优化训练实际使用过程中停车的效率，提高隐秘性和安全性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，包括：

步骤1：在预定停车位置放置辅助定位架，在指定位置粘贴反光片；

步骤2：在车辆尾部通过安装座安装有激光雷达；

步骤3：通过步骤2安装的激光雷达识别反光片和获取周围环境深度信息，并通过后端点云数据进行处理，建立车辆实时模型，对车辆及周围环境进行二维重建，进而在用户界面显示虚拟″车库″，用户停车至″车库″。

优选的，所述步骤3中，后端点云数据进行处理的具体步骤包括：

步骤3.1.1：激光雷达获取扫描的周围环境中点的反射强度，扫描一帧的点数为563个，通过程序读取激光雷达获得的一帧点云数据；

步骤3.1.2：使用滤波算法对点云数据进行降噪，去除点云周围的离群点；

步骤3.1.3：激光雷达通过高阈值法识别反光片；

步骤3.1.4：用户端页面中显示中，使用VTK软件在激光雷达识别到的反光片处建立倒车框模型，同时显示虚拟车库、车辆展开后装备位置、周围人和障碍物，为司机停车进行辅助，获得不大于 50mm的停车定位精度；

步骤3.1.5：循环程序，实时获取激光雷达的点云信息，并在用户端显示界面实时更新。

优选的，所述辅助定位架包括升降组件、折叠组件和支撑组件，所述折叠组件设置于升降组件的上端部，所述支撑组件设置于升降组件的下端部：

所述支撑组件包括中心支撑杆，所述中心支撑杆上套设有升降套筒，所述中心支撑杆和升降套筒上均间隔开设有若干个相同的螺纹通孔，所述螺纹通孔内设置固定螺栓；

所述升降套筒的左、右两侧壁设置有安装板；

所述折叠组件包括长折叠臂和短折叠臂，所述长折叠臂的一端铰接于安装板的上端部，长折叠臂靠近安装板的端部开设有第一滑动槽，所述安装板的下端铰接有第一连接杆，所述第一连接杆的另一端铰接有滑动轴，第一滑动槽内转动设置有第一自锁扣；所述短折叠臂铰接于长折叠臂的另一端，所述短折叠臂上开设有第二滑动槽，所述长折叠臂铰接有第二连接杆，所述第二连接杆的另一端铰接有滑动轴，所述第二滑动槽内转动设置有第二自锁扣，所述第一连接杆和第二连接杆的结构相同，所述第一自锁扣和第二自锁扣的结构相同；

所述支撑组件包括三个斜撑杆和支撑片，所述三个斜撑杆的上端部均铰接于连接套筒上，所述连接套筒固定设置于中心支撑杆上，所述斜撑杆的中部设置有固定套筒，所述固定套筒上铰接有连接支撑片，所述连接支撑片的另一端铰接有调节套筒，所述调节套筒滑动设置于中心支撑杆上，所述调节套筒开设有螺纹孔，可以固定于中心支撑杆上；

所述激光雷达通过螺栓安装在安装座的上端面，所述安装座的侧面通过螺栓安装有安装台，所述安装台两端的中心孔内设置有固定杆，所述固定杆的端部连接有横向固定条和纵向固定条，所述横向固定条和纵向固定条的末端连接有安装盖，所述安装盖通过安装螺栓连接有磁铁吸盘，所述磁铁吸盘吸附于特种装备的金属部位。

优选地，所述特种装备的停车定位应用场景包括：工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位、军用装备车在阵地夜间精确停车定位、军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助。

优选地，所述停车定位辅助软件包括标定模块和显示模块，标定模块：根据预先架设的辅助定位架，实时对车辆及其与预定停车位置关系进行二维重建，通过激光雷达传感器模块获取车辆到辅助定位架的深度信息，计算车体与辅助定位架的位置关系，通过坐标系转换确定车体的位姿，计算车辆运行路线；

显示模块：

①工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位，在当前自身位置显示车辆模型，并在预定停车位置显示工程车辆模型图作为虚拟″车库″，通过车辆尾部的指引线和辅助提示文字框提示驾驶员进行停车定位操作；

②军民用装备在夜间精确停车定位，显示车辆展开后姿态模型图作为虚拟″车库″，通过二维重建使驾驶员直观得到自身车辆位置与停车定位点位置，指引车辆驾驶员驾驶车辆进行夜间停车定位操作，在停车定位过程中，在屏幕终端中显示车辆展开后和展开后装备的中心位置，驾驶员只需驾驶车辆与屏幕中的″车库″对齐完成停车定位，同时标出车辆倒车范围内的行人和障碍物，引导车辆驾驶员进行夜间无光条件下的停车定位；

③军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助，在火车平板位置显示虚拟″车库″，当车辆与平板相对位置偏移，本装置可以对驾驶员进行文字框提示，并提示偏移方向和距离，便于驾驶员进行修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对特种装备在复杂作业环境下的精确停车定位问题，提出一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，可在用户端实时显示倒车的位置线框和车尾与反光片的距离，并标出激光雷达检测范围内的行人和障碍物，引导车辆驾驶员进行夜间无光条件下的停车定位。

使用于车辆的停车定位，特别是针对工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位、军用装备在夜间精确停车定位的停车定位、军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助。根据本发明的特种装备复杂作业环境下的精确停车定位算法，使用相应的辅助定位架和激光雷达无损安装台。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明停车定位方法的流程图；

图2a为实施例1工程车辆在夜间施工时的精确停车定位设备架设图；

图2b为实施例1工程车辆在夜间施工时的精确停车定位过程客户端显示图；

图3a为实施例2钻井车在夜间精确停车定位设备架设示意图；

图3b为实施例2钻井车在夜间精确停车定位过程客户端显示图；

图4a为实施例3军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助设备架设图；

图4b为实施例3军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助过程客户端显示；

图5为停车定位过程流程图；

图6a为钻井车展开时示意图；

图6b为钻井车折叠时示意图；

图7为激光雷达在军民用大型特种装备的安装位置示意图；

图8为激光雷达在展开式钻井车的安装位置示意图；

图9为军民用大型特种装备上下火车平板主视图示意图；

图10为激光雷达环境数据处理算法流程图；

图11为辅助定位架的短折叠臂转动时的结构示意图；

图12为辅助定位架打开时的结构示意图；

图13为图12中A部分的放大图；

图14为图12中B部分的放大图；

图15为连接套筒的结构示意图；

图16为平底座的机构示意图；

图17为短折叠臂的结构示意图；

图18为激光雷达及其安装座结构示意图；

图19为激光雷达及其安装座零件爆炸图。

其中：1.升降套筒，2.长折叠臂，3.短折叠臂，4.上部螺栓， 5.固定螺栓，6.中心支撑杆，7.连接套筒，8.斜撑杆，9.固定套筒， 10.连接支撑片，11.调节套筒，12.第一自锁扣，13.安装板，14.第一连接杆，15.上转轴，16.激光雷达，17.安装座，18.尖头底座， 19.磁铁吸盘，20.定位部，21.″车库″，22.辅助定位架，23.第一滑动槽，24.安装盖，25.安装螺栓，26.固定杆，27.纵向固定条， 28.横向固定条，29.安装台，30.上安装臂，31.第二连接杆，32.第二滑动槽，33.第二自锁扣，34.脚踏，35.平底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

参照附图1-19所示，一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，特别是应用于工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位、军民用装备在夜间精确停车定位、军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助方面，包括：

步骤1：在预定停车位置放置辅助定位架22，辅助定位架22 通过底部的支撑组件放置在地面上，辅助定位架22的高度、方向均可调节，通过固定螺栓5调节辅助定位架22的高度，最高为1.95 米，最低为1米，在指定位置粘贴反光片，每间隔1米设置一个反光片，以便雷达扫描。选择以海报的材质制作，以满足便携需求。反光片的高度与激光雷达出光口同高。所述反光片的原理为：应用点光源反射光学原理，即光从一点出发，射出无限的光线，能经由反光片反光后呈平行光反射出来，利用光学原理，能把光线逆反射回到光源处；

步骤2：在车辆尾部20通过安装座17安装激光雷达16，具有无损和快速拆卸的技术效果；当车辆后端无法磁吸安装时，也可通过胶粘的方式将安装台固定在车尾，激光雷达通过螺纹连接在安装台上，拆卸时，只需卸下螺丝即可收回激光雷达。

步骤3：通过步骤2安装的激光雷达获取周围环境深度信息， Windows平板或者电脑作为上位机，并通过停车定位辅助软件对后端点云数据进行处理，建立车辆实时模型，并对车辆及周围环境进行二维重建，进而在上位机用户界面显示虚拟″车库″21，用户停车至″车库″21。激光雷达和上位机之间通过RJ45接口有线连接，激光雷达数据通过UDP协议传输到上位机电脑，通过软件读取雷达信息并渲染到前端界面显示，增加相应的辅助提示功能，以此作为停车定位辅助软件的设计框架和设计思路，软件所用操作系统为 Windows，采用C++语言，编译环境为QT5.12.2。

所述步骤3中，进行后端点云数据处理的具体步骤包括：

步骤3.1.1：激光雷达扫描获取的周围环境中点的反射强度，扫描一帧的点数为563个，扫描的数据以UDP包形式发送，建立程序的用户端与激光雷达的接口，进而程序读取激光雷达获得的当前帧的点云数据；

本发明采用的激光雷达为单线激光雷达，即可获取角度、距离信息，也可获取激光扫描位置的反光强度信息，反光片的强度信息比周围环境高，强度最大值为255，通常环境强度为20-40，反光贴的强度更高，所设定的阈值为50，即可排除环境干扰，只获取反光贴的信息。

步骤3.1.2：为解决扫描到的点云信息噪声大的缺点，使用滤波算法对点云数据进行降噪，该滤波算法为半径移除外点算法，进而去除点云周围的离群点；其中半径移除外点算法原理为：通过预定义点云数据中每个点的一定半径圆的范围内要有足够多近邻点，判断激光雷达点云中目标点在设定半径范围内的相邻点数目，对不满足预定义条件的点进行删除处理，以此达到对点云噪声的滤除效果。具体为使用点云处理库PCL中的RadiusOutlierRemoval函数，函数主要部分为设置点云、计算结果，设置最小搜索半径为0.07，半径为最小点数为2，就是说，在设置的0.07m范围内，对于临近点少于2个的点，进行去除。

步骤3.1.3：激光雷达通过高阈值法识别反光片，因为本发明使用的激光雷达除了可以获取点云的位置信息之外，还可以获取点云强度信息。所以反光片在激光雷达上可以通过高阈值明显地获取。

步骤3.1.4：用户端页面中显示中，使用VTK软件在激光雷达识别到的反光片处建立倒车框模型，同时显示虚拟车库、车辆展开后装备位置、周围人和障碍物，为司机停车进行辅助，获得不大于 50mm的停车定位精度，进而对驾驶司机进行有效的夜间无光条件下停车定位的辅助；

步骤3.1.5：循环程序，实时获取激光雷达的点云信息，并在用户端显示界面实时更新。

进一步的，所述辅助定位架22包括升降组件、折叠组件和支撑组件，所述折叠组件设置于升降组件的上端部，所述支撑组件设置于升降组件的下端部：

所述支撑组件包括中心支撑杆6，所述中心支撑杆6上套设有升降套筒1，所述中心支撑杆6和升降套筒1上均间隔开设有若干个相同的螺纹通孔，所述螺纹通孔内设置固定螺栓5，进而实现对辅助定位架22的高度的调节；

所述升降套筒1的左、右两侧壁通过螺栓安装有安装板13；

所述折叠组件包括长折叠臂2和短折叠臂3，所述长折叠臂2 的一端铰接于安装板13的上端部，长折叠臂2靠近安装板的端部开设有第一滑动槽23，所述安装板13的下端铰接有第一连接杆14，所述第一连接杆14的另一端铰接有滑动轴，第一滑动槽23内转动设置有第一自锁扣12；所述短折叠臂3转动连接有上安装臂30，所述上安装臂30通过上部螺栓4安装于长折叠臂2上，所述短折叠臂3上开设有第二滑动槽32，所述长折叠臂2上设置的上安装臂 30铰接有第二连接杆31，所述第二连接杆31的另一端铰接有滑动轴，所述第二滑动槽32内转动设置有第二自锁扣33，所述第一连接杆14和第二连接杆31的结构相同，所述第一自锁扣12和第二自锁扣33的结构相同；

当短折叠臂3展开至垂直时，此时第二连接杆31带动滑动轴滑动至第二滑动槽32的端部，按下第二自锁扣33，使得第二自锁扣33的端部处于滑动轴的下方，则实现对第二连接杆31的锁死。长折叠臂2的锁死同理。

所述支撑组件包括三个斜撑杆8和支撑片10，所述三个斜撑杆8的上端部均铰接于连接套筒7上，所述连接套筒7固定设置于中心支撑杆6上，所述斜撑杆8的中部设置有固定套筒9，所述固定套筒9上铰接有连接支撑片10，所述连接支撑片10的另一端铰接有调节套筒11，所述调节套筒11滑动设置于中心支撑杆6上，所述调节套筒11开设有螺纹孔，可以固定于中心支撑杆6上；

其中，三个斜撑杆8的末端一体成型有尖头底座18，可以方便的插设于户外的土壤中，同时设置有脚踏34，更加方便的插入土壤中。斜撑杆8的末端开设有螺纹，并螺纹连接有平底座34，可以更加方便的设置于平整的地面，提高了设置的稳定性。

所述激光雷达16通过螺栓安装在安装座17的上端面，所述安装座17的侧面通过螺栓安装有安装台29，所述安装台29两端的中心孔内设置有固定杆26，所述固定杆26的端部连接有横向固定条28和纵向固定条27，所述横向固定条28和纵向固定条27的末端连接有安装盖24，所述安装盖24通过安装螺栓25连接有磁铁吸盘19，所述磁铁吸盘19吸附于特种装备的金属部位。

本发明中，基于激光雷达的工作流程主要分为两个部分：数据收集处理和分析成像。其中，数据收集阶段包括从激光雷达接口获取扫描信息，数据预处理包括对激光雷达的点位信号进行分析筛选，判断每个信号所对应的方位和距离，进而获得整体环境感知的信息。

信号筛选是通过对采集到信号的强度进行分析，利用不同物体反光能力的不同，通过信号的光强对其处理，滤除强度较低的杂波，进而实现数据信号的筛选。本发明中信号筛选对激光雷达采集的信息进行滤波处理，这里滤波分为两个方面：一是对弱光点进行滤波，通过对采集到的信号进行筛选，舍弃强度低的信号。由于反光片反射光的能力明显强于其他物体，其接收到的光强度信息也会对应提高。选择合适的强度值，舍弃信号强度小于该值的信号。其具体原理如下：

选择经验确定的信号最大偏差值A，设在每次扫描信号时，得到新信号的数值为X′，将其与原值X进行比较，若：

X′-X≤A

则证明本次信号偏差满足要求的波动区间，为有效值。

若：

X′-X＞A

则证明信号值信号偏差过大，为杂波信号。本次信号值无效，放弃本次值，用上次扫描的值代替本次值。采用该滤波方法，能够克服因偶然因素产生的信号值干扰，达到有效的滤波效果。

本发明定位的原理以车辆的标定方法原理进行设计。激光雷达的辅助定位架所在位置为车辆定中心点后置位置，这样可以保证辅助架的放置不干涉车辆的展开。在进行停车作业时，激光雷达对辅助架上的反光点进行识别，后可得到反光片所在的直线。根据此原理，可以快速清晰的得到停车区域，完成本装置的辅助功能。

本发明定义三个坐标系：环境坐标系O_wX_wY_w、激光雷达坐标系O_lX_lY_l、车辆坐标系O_rX_rY_r，其中，激光雷达坐标系与车辆坐标系重合，不单独标出。由于车辆辆为八轮车辆底盘，全车为刚性连接，不同于拖挂式车辆，运动特点大致等同于一般车辆。车辆坐标系的坐标原点O位于车辆主驱部分的回转中心，X轴指向车辆向前运动方向，Y轴与车辆轴线垂直，指向左侧。环境坐标系O_wX_wY_w为车辆周围环境的坐标系，在雷达开启时建立，并将雷达开机时的位置定位环境坐标系的原点O_w，在雷达扫描后可将被扫描的物体距离信息通过画面的形式在环境坐标系O_wX_wY_w中显示。环境坐标系建立后将固定，不再随车辆和雷达的运动而运动。车辆、雷达与被测物体的信息均由环境坐标系中的点进行表述。

车辆的位置信息可在环境坐标系中表示为：

P_r＝(x_r，y_r，θ_r)，

运动中的某一点

都可通过坐标变换转化为环境坐标系中的点。将其表示为：

变换方法为：

通过车辆运动模型，可以清晰地确定车辆的位置和运动情况，包括运动方向，某个位置的运动速度等，都可以在车辆运动模型中进行描述。根据车辆运动模型进行车辆自身的定位、成像，标定环境中地标点、障碍物点的相对位置。使得雷达通过成像显示界面，对环境有总体感知能力，此为车辆运动模型建立的目的。

本发明使用的激光雷达扫描范围为270°，最大扫描帧率为 30Hz，最小角分辨率为0.08°，每帧采集563组数据，每秒将采集超过十万数据。

根据其每帧所对应的角度信息与采集的距离信息，即可得到激光雷达坐标系的极坐标表达形式：

其中，ρ_k为雷达的距离信息，

为该距离信息所对应的扫描角度。激光雷达的扫描范围为270°，从X_r轴负方向45°位置开始，逆时针扫描至X_r轴正方向45°位置为一次扫描周期。

将激光雷达极坐标转换为直角坐标：

利用坐标变换将其转换为环境坐标系：

化简得：

反推得雷达测量参数方程为：

激光雷达模型依托于车辆运动模型，是车辆运动模型的拓展。将激光雷达与车辆进行了关联运算，使得激光雷达测量的数据可以通过激光雷达模型准确无误的反映到车辆运动模型上，即可将激光雷达的数据进行处理后，应用于运动学的计算中。使得激光雷达起到既定的设计效果。

本发明的滤波算法包括以下步骤：

(1)第一步过滤背景噪声，设置强度阈值K，将获取到的数据强度信息值Pintensity与K比较，滤除背景噪声并存储大于强度阈值K的数据点；

(2)第二步确立反光片的位置，反光片在辅助定位架上共设置3个。假定扫描到的点云中每个激光点在指定的半径邻域中至少包含一定数量的近邻点，则雷达滤波后扫描图中呈现出三个稠密点云。通过实现K-means聚类算法，将其应用到点云数据处理中，设置3个聚类中心，得到三个反光片的初始位置；

(3)求出每个稠密点云的左右端点，对其求中点，设三个稠密点云中点为反光片实际位置；

(4)通过点云数据在雷达坐标轴上数值的大小，判断三个反光片左、右和中间位置，方便后续VTK程序画出车尾部到同侧反光片的辅助倒车线。

实施例1：

面向工程车辆在夜间施工时的精确停车定位方法，因为夜间训练有灯火管制，黑暗条件无法通过视觉手段进行车辆周围环境检测，所以使用激光雷达配合辅助定位架，来进行车辆自身位姿的确定，具体的步骤包括：

步骤1：在预定停车位置放置辅助定位架22，辅助定位架22 通过底部的支撑组件放置在地面上，辅助定位架22的高度、方向均可调节，通过固定螺栓5调节辅助定位架22的高度，根据实际的需要，调节至合适的高度。

在辅助定位架22的短折叠臂3上粘贴反光片，反光片总长 2.10米，每间隔1米设置一个反光片，以便雷达扫描。选择以海报的材质制作，以满足便携需求。反光片的高度与激光雷达出光口同高。

步骤2：如图2a所示为工程车辆在夜间施工时的精确停车定位设备架设图；在工程车辆尾部20通过安装座17安装激光雷达16，具有无损和快速拆卸的技术效果；当车辆后端无法磁吸安装时，也可通过胶粘的方式将安装台固定在车尾，激光雷达通过螺纹连接在安装台上，拆卸时，只需卸下螺丝即可收回激光雷达。

步骤3：工程车辆驾驶室安装有用户显示端，图2b为工程车辆在夜间施工时的精确停车定位过程客户端显示图，通过步骤2安装的激光雷达获取周围环境深度信息，并通过后端点云数据进行处理，建立车辆实时模型，并对车辆及周围环境进行二维重建，进而在用户界面显示虚拟″车库″21，为预定停车定位地点，″车库″ 21位置基于辅助定位架22建立，用户停车至″车库″21，对驾驶员对周围环境的确认和掌握提供了关键信息，方便驾驶人员将车辆直接停放到指定位置。当停车定位路径上出现人时，屏幕终端会高亮并增加文字提示。

停车完成后，将辅助定位架22折叠收纳。

实施例2：

军民用展开式车辆在夜间精确停车定位方法，军民用展开式车辆为一种钻井车，步骤包括：

步骤1：在预定停车位置放置辅助定位架22，辅助定位架22 通过底部的支撑组件放置在地面上，辅助定位架22的高度、方向均可调节，通过固定螺栓5调节辅助定位架22的高度，根据实际的需要，调节至合适的高度。

在辅助定位架22的短折叠臂3上粘贴反光片，反光片总长 2.10米，每间隔1米设置一个反光片，以便雷达扫描。

步骤2：图3a为军用车辆(钻井车)在夜间精确停车定位设备架设示意图，在车辆尾部20通过安装座17安装激光雷达16，具有无损和快速拆卸的技术效果；当车辆后端无法磁吸安装时，也可通过胶粘的方式将安装台固定在车尾，激光雷达通过螺纹连接在安装台上，所述安装台的中线应与发射车的纵向中线平行。安装台的高度，参考激光雷达激光出口的高度，激光出口与反光片位置同高。拆卸时，只需卸下螺丝即可收回激光雷达。

步骤3：工程车辆驾驶室安装有用户显示端，图3b为军用车辆(钻井车)在夜间精确停车定位过程客户端显示图，通过步骤2 安装的激光雷达获取周围环境深度信息，并通过后端点云数据进行处理，建立车辆实时模型，并对车辆及周围环境进行二维重建，进而在用户界面显示虚拟″车库″21，为预定停车定位地点，″车库″ 21位置基于辅助定位架22建立，用户停车至″车库″21，对驾驶员对周围环境的确认和掌握提供了关键信息，方便驾驶人员将车辆直接停放到指定位置，使车辆展开后与虚拟模型重合。当停车定位路径上出现人时，屏幕终端会高亮并增加文字提示。

停车完成后，将辅助定位架22折叠收纳。

实施例3：

军民用大型特种装备上下火车平板时精确定位方法，包括：

步骤1：在在火车平板上预定停车位置放置辅助定位架22，辅助定位架22通过底部的支撑组件放置在地面上，辅助定位架22的高度、方向均可调节，通过固定螺栓5调节辅助定位架22的高度，根据实际的需要，调节至合适的高度。

在辅助定位架22的短折叠臂3上粘贴反光片，反光片与火车平板边缘距离进而已知。

反光片总长2.10米，每间隔1米设置一个反光片，以便雷达扫描。

步骤2：图4a为军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助设备架设图，在车辆前端部20通过安装座17安装激光雷达16，具有无损和快速拆卸的技术效果；当车辆后端无法磁吸安装时，也可通过胶粘的方式将安装台固定在车尾，激光雷达通过螺纹连接在安装台上，所述安装台的中线应与发射车的纵向中线平行。安装台的高度，参考激光雷达激光出口的高度，激光出口与反光片位置同高。拆卸时，只需卸下螺丝即可收回激光雷达。

步骤3：工程车辆驾驶室安装有用户显示端，图4b为军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助过程客户端显示，通过步骤2安装的激光雷达获取周围环境深度信息，并通过后端点云数据进行处理，建立车辆实时模型，并对车辆及周围环境进行二维重建，进而在用户界面显示虚拟″车库″21，为预定停车定位地点，″车库″21位置基于辅助定位架22建立，用户停车至″车库″21，对驾驶员对周围环境的确认和掌握提供了关键信息，方便驾驶人员将车辆直接停放到指定位置，使车辆与火车两侧平板间距在规定范围之内，防止军民用大型特种装备上下火车平板时的侧翻。当停车定位中途车辆与虚拟停车位置21中线未对其时，屏幕终端会高亮并增加文字提示。

停车完成后，将辅助定位架22折叠收纳。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，其特征在于：包括：

步骤1：根据特种装备的停车定位应用场景，在预定停车位置放置辅助定位架(22)，在辅助定位架(22)上粘贴反光片；

步骤2：在特种装备车辆的定位部(20)通过安装座(17)安装有激光雷达(16)；

步骤3：通过步骤2安装的激光雷达识别反光片和获取周围环境深度信息，并通过停车定位辅助软件进行后端点云数据处理，对车辆及周围环境进行二维重建，建立车辆实时模型，在用户界面显示虚拟“车库”(21)，用户停车至“车库”(21)。

2.根据权利要求1所述的一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，其特征在于：所述步骤3中，后端点云数据进行处理的具体步骤包括：

步骤3.1.1：激光雷达获取扫描的周围环境中点的反射强度，扫描一帧的点数为563个，通过停车定位辅助软件读取激光雷达获得的一帧点云数据；

步骤3.1.2：使用滤波算法对点云数据进行降噪，去除点云周围的离群点；

步骤3.1.3：激光雷达通过高阈值法识别反光片；

步骤3.1.4：用户端页面中显示中，使用VTK软件在激光雷达识别到的反光片处建立倒车框模型，同时显示虚拟车库、车辆展开后装备位置、周围人和障碍物，为司机停车进行辅助，获得不大于50mm的停车定位精度；

步骤3.1.5：循环程序，实时获取激光雷达的点云信息，并在用户端显示界面实时更新。

3.根据权利要求2所述的一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，其特征在于：所述辅助定位架(22)包括升降组件、折叠组件和支撑组件，所述折叠组件设置于升降组件的上端部，所述支撑组件设置于升降组件的下端部：

所述支撑组件包括中心支撑杆(6)，所述中心支撑杆(6)上套设有升降套筒(1)，所述中心支撑杆(6)和升降套筒(1)上均间隔开设有若干个相同的螺纹通孔，所述螺纹通孔内设置固定螺栓(5)；

所述升降套筒(1)的左、右两侧壁设置有安装板(13)；

所述折叠组件包括长折叠臂(2)和短折叠臂(3)，所述长折叠臂(2)的一端铰接于安装板(13)的上端部，长折叠臂(2)靠近安装板的端部开设有第一滑动槽(23)，所述安装板(13)的下端铰接有第一连接杆(14)，所述第一连接杆(14)的另一端铰接有滑动轴，第一滑动槽(23)内转动设置有第一自锁扣(12)；所述短折叠臂(3)铰接于长折叠臂(2)的另一端，所述短折叠臂(3)上开设有第二滑动槽(32)，所述长折叠臂(2)铰接有第二连接杆(31)，所述第二连接杆(31)的另一端铰接有滑动轴，所述第二滑动槽(32)内转动设置有第二自锁扣(33)，所述第一连接杆(14)和第二连接杆(31)的结构相同，所述第一自锁扣(12)和第二自锁扣(33)的结构相同；

所述支撑组件包括三个斜撑杆(8)和支撑片(10)，所述三个斜撑杆(8)的上端部均铰接于连接套筒(7)上，所述连接套筒(7)固定设置于中心支撑杆(6)上，所述斜撑杆(8)的中部设置有固定套筒(9)，所述固定套筒(9)上铰接有连接支撑片(10)，所述连接支撑片(10)的另一端铰接有调节套筒(11)，所述调节套筒(11)滑动设置于中心支撑杆(6)上，所述调节套筒(11)开设有螺纹孔，可以固定于中心支撑杆(6)上；

所述激光雷达(16)通过螺栓安装在安装座(17)的上端面，所述安装座(17)的侧面通过螺栓安装有安装台(29)，所述安装台(29)两端的中心孔内设置有固定杆(26)，所述固定杆(26)的端部连接有横向固定条(28)和纵向固定条(27)，所述横向固定条(28)和纵向固定条(27)的末端连接有安装盖(24)，所述安装盖(24)通过安装螺栓(25)连接有磁铁吸盘(19)，所述磁铁吸盘(19)吸附于特种装备的金属部位。

4.根据权利要求3所述的一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，其特征在于：所述特种装备的停车定位应用场景包括：工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位、军用装备车在阵地夜间精确停车定位、军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助。

5.根据权利要求4所述的一种特种装备复杂作业环境下的精确停车定位方法，其特征在于：所述停车定位辅助软件包括标定模块和显示模块，标定模块：根据预先架设的辅助定位架(22)，实时对车辆及其与预定停车位置关系进行二维重建，通过激光雷达传感器模块获取车辆到辅助定位架的深度信息，计算车体与辅助定位架的位置关系，通过坐标系转换确定车体的位姿，计算车辆运行路线；

显示模块：

①工程车辆在复杂作业场所夜间施工时的精确停车定位，在当前自身位置显示车辆模型，并在预定停车位置显示工程车辆模型图作为虚拟“车库”，通过车辆尾部的指引线和辅助提示文字框提示驾驶员进行停车定位操作；

②军民用装备在夜间精确停车定位，显示车辆展开后姿态模型图作为虚拟“车库”，通过二维重建使驾驶员直观得到自身车辆位置与停车定位点位置，指引车辆驾驶员驾驶车辆进行夜间停车定位操作，在停车定位过程中，在屏幕终端中显示车辆展开后和展开后装备的中心位置，驾驶员只需驾驶车辆与屏幕中的“车库”对齐完成停车定位，同时标出车辆倒车范围内的行人和障碍物，引导车辆驾驶员进行夜间无光条件下的停车定位；

③军民用大型特种装备上下火车平板时的防侧翻辅助，在火车平板位置显示虚拟“车库”，当车辆与平板相对位置偏移，本装置可以对驾驶员进行文字框提示，并提示偏移方向和距离，便于驾驶员进行修正。

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