CN115973196B - 矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法、装置及系统，涉及露天矿山无人驾驶技术领域。其中方法包括：获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。通过本申请的技术方案，能够在转向会车时，在确保车辆防碰撞操作及时性的同时，避免非必要降速停车造成的路面拥堵问题。

Description

矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及自动驾驶技术领域，尤其是涉及到矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法、装置及系统。

背景技术

矿区的应用场景较为空旷，矿区作业矿卡体型较大，存在较大盲区，当矿区环境存在有人车辆驾驶时，无人矿卡与有人车辆在混合行驶环境存在较大的安全行驶风险，同时，由于无人矿卡在行驶过程中也会存在一定程度的行驶偏差，当偏差较大时易与其他无人矿卡发生安全行驶风险。

现有技术中，针对车辆防碰撞的方法主要有两种解决方案：一种是应用激光雷达对车辆周围的环境信息进行扫描获取海量的点云数据，通过对点云数据的分析和处理判断出障碍物（车辆、行人或者建筑物等）与车辆之间的距离，从而实现车辆与障碍物的防碰撞，这种应用激光雷达数据实现防碰撞的机制需要计算处理的数据量较大，无法满足车辆防碰撞的及时性要求；另一种是基于固定安全圈的防碰撞方案，这种方案主要是结合车辆的基本信息（例如，车长、车宽和车速）生成固定的安全圈，根据车辆之间的固定安全圈相交状态进行防碰撞预判，但当行驶速度较快，本车安全圈与前车安全圈相交预警时，本车紧急制动的范围已超出本车与前车之间的安全距离，依旧会导致与前车发生碰撞，或者为保证行驶安全设置较大范围的固定安全圈，仍存在本车安全圈与前车安全圈相交预警时，本车紧急制动，但仍在安全范围，尤其是车辆转向时，存在误判导致非必要停车，更易出现路面拥堵问题。由此可见，现有技术中的车辆防碰撞方案并不能有效保证车辆的安全行驶。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法、装置及系统，主要目的在于解决现有技术中利用激光雷达数据实现防碰撞的机制存在计算处理量较大，及时性较差的技术问题，以及利用固定安全圈相交状态进行防碰撞预判仍然存在车辆碰撞风险以及车辆转向时误判导致非必要停车造成路面拥堵等技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法，该方法包括：

获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；

根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；

根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；

通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。

根据本申请的又一方面，提供了一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置，包括：

获取模块，用于获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；

第一构建模块，用于根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；

第二构建模块，用于根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；

控制模块，用于通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。

根据本申请的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，以实现上述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。

根据本申请的又一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时，以实现上述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。

根据本申请的又一方面，提供了一种芯片，所述芯片包括至少一个处理器和通信接口，所述通信接口和所述至少一个处理器耦合，所述至少一个处理器用于运行计算机程序或指令，以实现上述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。

根据本申请的又一方面，提供了一种车载终端，所述终端包括上述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置。

根据本申请的又一方面，提供了一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞系统，包括若干个车载终端，所述车载终端设置在矿区内每一车辆上，具体包括：

所述车载终端，用于获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。

借由上述技术方案，本申请提供的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法、装置及系统，与目前现有技术相比，本申请通过获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。可见，通过构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈，当车辆在转向会车时，能够根据固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈，在提升车辆的异形圈的准确度的同时，提升本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态判断的准确度，从而保证在发生转向会车时，本车与周边车辆之间的行驶安全，并在确保车辆防碰撞操作及时性的同时，避免误判导致非必要降速停车造成的路面拥堵问题。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法的流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的固定矩形安全圈示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种异形圈示意图；

图5示出了本申请实施例提供的另一种异形圈示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置的装置示意图；

图7示出了本申请实施例提供的另一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置的装置示意图；

图8示出了本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图；

图9示出了本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；

图10示出了本申请实施例提供的一种芯片的结构示意图；

图11示出了本申请实施例提供的一种车载终端的结构示意图；

图12示出了本申请实施例提供的一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞系统的拓扑示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

针对目前现有技术中存在的问题，为了能够及时发现并处理车辆的碰撞风险，本实施例提供了一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法，通过构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈，当车辆在转向会车时，能够根据固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈，以弥补现有防碰撞安全圈在车辆弯道（非直线）行驶时表现不佳的缺点，在提升车辆的异形圈的准确度的同时，提升本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态判断的准确度，从而保证在发生转向会车时，本车与周边车辆之间的行驶安全，并在确保车辆防碰撞操作及时性的同时，避免误判导致非必要降速停车造成的路面拥堵问题，如图1所示，该方法包括：

步骤101、获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度。

在本实施例中，默认运行在无人矿区中的驾驶车辆设备所涉及的车载设备均能够通过通信模组，例如V2V/V2X等通信技术实现信息交互，用于交互的信息除包括本车的车辆信息外，还包括利用通信模组实时获取来自周围一定范围内的周边车辆的车辆信息，车辆信息至少包括车辆的长度、宽度，根据矿区实际应用场景的需求，车辆信息还可以包括车辆类型、初始位姿、车速（当前车速）、轴距和转向角等。需要说明的是，对于非四轮车辆或有人驾驶设备对应的车辆类型，例如推土机、电铲等不考虑转向角信息。

步骤102、根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈。

在本实施例中，获取本车以及周边车辆的车辆信息，根据车辆信息中包括的车辆类型（型号），利用车辆类型（型号）与车辆的长度、宽度，以及针对不同的固定矩形安全圈的膨胀预设距离的对应关系，确定车辆的长度、宽度，以及针对不同的固定矩形安全圈的膨胀预设距离，从而构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈，固定矩形安全圈包括告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈。需要说明的是，在确定车辆的长度、宽度的同时，利用车辆类型（型号）与车辆轴距的对应关系，确定车辆轴距，以便后续基于初始位姿、轴距、转向角和车速，确定固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界。

步骤103、根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈。

在本实施例中，通过实时获取车辆的车辆信息，根据车辆信息中包含的初始位姿、轴距、转向角和车速，预测本车以及周边车辆在预设时间段后的预测位姿信息，确定固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界，进而将固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界、初始位姿对应的固定矩形安全圈以及预测位姿对应的固定矩形安全圈进行叠加处理，以构建得到本车以及周边车辆的异形圈。其中，四轮车辆或无人驾驶车辆的转向角信息可以设置标识为1或者直接设置具体的转向角数值。

步骤104、通过判断本车的异形圈与所述周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。

在本实施例中，默认本车为四轮车辆或无人驾驶车辆，因此本车能够利用初始位姿、轴距、转向角和车速，计算本车以及周边车辆的异形圈，进而判断本车异形圈的本车异形告警安全圈、本车异形降速安全圈和本车异形急停安全圈与周边车辆异形圈的异形告警安全圈、异形降速安全圈和异形急停安全圈的相交状态，控制本车执行警告、降速或者急停操作，以使在本车进行弯道（非直线）行驶时，能够与周边车辆保持合理的行驶间距，保证车辆行驶安全。

本实施例提供的一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法，与目前现有技术相比，本实施例通过获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。可见，通过构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈，当车辆在转向会车时，能够根据固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈。可见，通过构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈，当车辆在转向会车时，能够根据固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈，在提升车辆的异形圈圈的准确度的同时，提升本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态判断的准确度，从而保证在发生转向会车时，本车与周边车辆之间的行驶安全，并在确保车辆防碰撞操作及时性的同时，避免误判导致非必要降速或者停车造成的路面拥堵问题。

进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的过程，提供了另一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法，应用在无人驾驶车辆的车载设备上，如图2所示，该方法包括：

步骤201、获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度。

具体实施中，步骤201与步骤101的实施方式一致。

步骤202、根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第一预设距离和第四预设距离，构建本车以及周边车辆的告警安全圈。

步骤203、根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第二预设距离和第五预设距离，构建本车以及周边车辆的降速安全圈。

步骤204、根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第三预设距离和第六预设距离，构建本车以及周边车辆的急停安全圈。

具体实施中，固定矩形安全圈包括告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈，且第一预设距离大于第二预设距离大于第三预设距离，第四预设距离大于第五预设距离大于第六预设距离。根据实际应用场景的需求，可以根据不同的车辆类型，设置车辆尺寸（长度和宽度）与膨胀预设距离的对应关系，此处不对对应关系进行具体设定。

具体地，以本车为例，为形成将车辆包围在内的固定矩形安全圈，基于车辆间的相对位置状态包括安全、告警、降速、急停状态，定义固定矩形安全圈包括告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈。具体地，如图3所示，通过对车辆的长度

和宽度/>

进行相应的膨胀处理，分别得到对应上述相对位置状态的急停安全圈、降速安全圈和告警安全圈，且车辆的膨胀预设长度和膨胀预设宽度满足/>

、/>

。例如，车辆长度和宽度分别为14m和10m，其急停安全圈、降速安全圈和告警安全圈各自的膨胀预设长度和膨胀预设宽度分别设置为/>

、/>

、/>

、/>

与/>

、/>

，从而确定急停安全圈、降速安全圈和告警安全圈。

以周边车辆为例，本车的车载设备接收到来自周边车辆的车载设备的车辆信息，通过查询该周边车辆的长度和宽度，以及分别对应急停安全圈、降速安全圈和告警安全圈的膨胀预设长度和膨胀预设宽度为

、/>

，/>

、/>

与/>

、/>

，进而计算出周边车辆的固定矩形安全圈。

步骤205、根据所述轴距和所述转向角确定转弯半径，根据所述转弯半径和所述车速确定车辆转弯角度。

步骤206、根据所述车辆的初始位姿、所述转弯半径和所述转弯角度，预测本车以及周边车辆在预设时间段后的预测位姿。

步骤207、根据车辆从初始位姿运动到所述预测位姿扫过的区域，确定在所述预设时间段内所述固定矩形安全圈在转弯时扫过区域的边界。

步骤208、根据所述转弯时扫过区域的边界、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈以及所述预测位姿对应的固定矩形安全圈叠加后的区域边界，构建本车以及周边车辆的异形圈。

进一步地，异形圈为由线段和圆弧依次连接围成的边界，为了说明步骤209具体的实施过程，作为一种可选方式，步骤208具体包括：根据所述预测位姿相对于初始位姿的相对变化，获取所述边界中圆弧的边界点坐标；根据初始位姿确定所述初始位姿对应的固定矩形安全圈的坐标；根据预测位姿确定所述预测位姿对应的固定矩形安全圈的坐标；根据所述边界中圆弧的边界点坐标、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈坐标和所述预测位姿对应的固定矩形安全圈坐标，构建本车以及周边车辆的异形圈。

具体实施中，车辆信息还包括轴距、转向角、车速和初始位姿。以计算异形急停安全圈为例，假设本车为无人矿卡，其当前的位姿信息为

，当前车速为/>

，假设其转向角为/>

，车辆轴距为/>

，则其转弯半径为：

预测经过

时间后，本车的转弯角度为/>

，车辆移动后的预测位姿为：

如图4所示，预测

时间后，移动后的急停安全圈的预测位姿为/>

处，

为急停安全圈在车辆转弯时扫过的区域边界，根据预测位姿相对于初始位姿的变化，确定弧线/>

的坐标；/>

为初始位姿对应的固定矩形安全圈上的线段，根据预测位姿相对于初始位姿的变化，确定线段/>

、

为预测位姿对应的固定矩形安全圈上的线段，根据预测位姿相对于初始位姿的变化，确定线段/>

、/>

的坐标，将/>

围成的不规则区域作为异形急停安全圈，从而根据该不规则区域的边界坐标点确定异形急停安全圈的坐标点。如图4中阴影区域所示，各边界点的坐标信息为：

；

进一步地，为了说明本实施例具体的实施过程，作为一种可选方式，若车辆直线行驶，则根据所述固定矩形安全圈在预设时间段内扫过的区域，构建本车以及周边车辆的异形圈，所述异形圈为由线段围成的矩形边界，所述矩形边界的长度由固定矩形安全圈的长度和车速确定，所述边界的宽度为固定矩形安全圈的宽度。

具体实施中，通过获取车辆信息中的初始位姿和当前车速，按照预设的预测时间

，如5s，对本车及周边车辆的固定矩形安全圈进行重新构建。以计算异形急停安全圈为例，当车辆直线行驶时，其初始位姿为/>

，当前车速为/>

，则预测经过/>

时间后，车辆移动后的预测位姿为：

如图5所示，预测

时间后，移动后的急停安全圈的预测位姿为/>

处，为确定能够覆盖移动前的急停安全圈与/>

时间后的移动后的急停安全圈的最小矩形，即

，其/>

长度为/>

，/>

和CD宽度均为w，如图5阴影部分所示，其中/>

、/>

为急停安全圈的长宽，该最小矩形即为针对急停安全圈的异形急停安全圈。同理可得异形告警安全圈、异形降速安全圈。

进一步地，基于最小矩形的思想，计算异形急停安全圈

各边界点的坐标信息为：

；

；

；

。

其中，

、/>

为车辆后轴中心分别距离急停安全圈车头边界和车尾边界的长度，/>

、/>

之和等于车辆长度、急停安全圈对应的膨胀预设长度之和，/>

为急停安全圈宽度的1/2。例如，车辆长度和宽度分别为14/>

和10/>

、急停安全圈对应的膨胀预设长度和膨胀预设宽度分别设置为/>

、/>

，其急停安全圈长度为车辆长度与对应的膨胀预设长度之和（16/>

），急停安全圈宽度为车辆宽度与对应的膨胀预设宽度之和（/>

），即固定矩形安全圈的宽度。

由此可见，通过上述方法可以获取异形圈各个边界点的坐标，从而通过各个边界点的坐标就可以获取整个异形圈的坐标。

步骤209、若监测到所述本车的异形告警安全圈与所述周边车辆的异形告警安全圈处于相交状态，则保持本车继续行驶并生成告警信息。

步骤210、若监测到本车前进行驶状态下，所述本车的异形降速安全圈的前方区域与所述周边车辆的异形降速安全圈处于相交状态，或者监测到本车向后行驶状态下，所述本车的异形降速安全圈的后方区域与所述周边车辆的异形降速安全圈处于相交状态，则控制本车执行降速操作。

步骤211、若监测到本车前进行驶状态下，所述本车的异形急停安全圈的前方区域与所述周边车辆的异形急停安全圈处于相交状态，或者监测到本车向后行驶状态下，所述本车的异形急停安全圈的后方区域与所述周边车辆的的异形急停安全圈处于相交状态，则控制本车执行急停操作。

具体实施中，对应所述固定矩形安全圈包括的告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈，所述异形圈包括异形告警安全圈、异形降速安全圈和异形急停安全圈，所述异形告警安全圈为所述告警安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述异形降速安全圈为所述降速安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述异形急停安全圈为所述急停安全圈在预设时间段内扫过区域的边界。

具体实施中，本车异形圈包括本车异形告警安全圈、本车异形降速安全圈和本车异形急停安全圈，将本车异形告警安全圈、本车异形降速安全圈和本车异形急停安全圈分别与周边车辆的异形告警安全圈、周边车辆的异形降速安全圈和周边车辆的异形急停安全圈进行比较，判断重新构建的异形圈之间是否存在相交区域。以周边车辆为无人矿卡为例，通过遍历比较本车与周边车辆的异形圈边界（线段和圆弧），若两个异形圈存在线段和/或圆弧相交，则确定两个异形圈存在相交区域，进而控制本车执行相应操作。

例如，当本车与周边车辆为异形告警安全圈相交时，则本车保持继续行驶，且本车的设备管理平台生成告警信息；当本车与周边车辆的异形降速安全圈相交时，若本车行驶方向为前进方向，且相交区域为本车异形降速安全圈的前方区域，或者并非仅包含

时，控制本车执行降速操作；或者本车行驶方向为倒车方向，且相交区域为本车异形降速安全圈的后方区域，或者并非仅包含/>

时，控制本车执行降速操作；当本车与周边车辆为异形急停安全圈相交时，若本车行驶方向为前进方向，且相交区域为本车异形急停安全圈的前方区域，或者并非仅包含/>

时，控制本车执行急停操作；若本车行驶方向为倒车方向，且相交区域为本车异形急停安全圈的后方区域，或者并非仅包含/>

、/>

、/>

时，控制本车执行急停操作。

本实施例的车辆在接收到周边车辆的车辆信息后，能够为本车和周边车辆分别计算各自的三层固定矩形安全圈，进而根据车辆的初始位姿、预测位置、轴距、转向角和车速确定固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界，进而基于固定矩形安全圈三层固定矩形安全圈进行重新构建，得到车辆的三层异形圈，进而通过分别比较本车与周边车辆的三层异形圈，以控制本车执行相应的操作。可见，当无人驾驶车辆在矿区持续作业时，通过对重新构建的异形圈进行实时更新，将本车异形圈与周边车辆的异形圈进行实时比对，以便在持续作业时保证车辆的运行安全。此外，对于车辆处于弯道行驶时，基于本实施例计算得到的异形圈能够较好地贴合弯道形状进而实现合理扩展，减少非必要降速停车造成路面拥堵。

现有技术中的安全圈多为固定形状，当车辆进行非直线行驶时，固定形状的安全圈将不合理地干涉相邻车道或其他可行驶区域，即现有技术中的车辆防碰撞方案并不能有效保证车辆的行驶安全和效率。因此，本实施例针对矿区环境下的行驶车辆，构建一种适用于矿区应用场景的无人驾驶车辆的异形圈防碰撞系统，以保证矿区无人驾驶车辆的行驶安全性，实现的技术效果具体包括：

1）可适用于无人矿山的无人矿卡防碰撞需求，相比现有技术更加适应无人矿卡和矿山场景的工作特点，能够满足无人矿山无人矿卡间及无人矿卡与其他有人驾驶车辆间的防碰撞需求。

2）基于异形圈的构建方法，能够根据车辆的初始位姿、预测位姿、轴距、转向角和车速生成贴合行驶情况的安全圈，即根据车辆固定矩形安全圈，以及固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界确定异形圈，进而在减少对作业效率影响的基础上，为矿卡作业安全提供保障。

3）通过对异形圈相交部分的区分，实现不同车辆的应对策略，即通过分别比较本车与周边车辆的三层异形圈，能够充分减少非必要的降速、停车操作，在保证安全的基础上保障车辆的作业效率。

4）仅需利用无人驾驶矿卡正常作业过程中产生的传感信息以获取车辆信息，无需借助任何外部输入信息或者添加任何检测装置，从而易于嵌入无人矿卡系统实现应用。

进一步地，作为图1和图2所示方法的具体实现，本申请实施例提供了一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置，如图6所示，该异形圈防碰撞装置包括：获取模块601、第一构建模块602、第二构建模块604和控制模块606。

获取模块601，用于获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度。

第一构建模块602，用于根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈。

第二构建模块604，用于根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈。

控制模块606，用于通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。

在具体的应用场景中，如图7所示，所述车载装置还包括：预测模块603、第三构建模块605。

在具体的应用场景中，所述车辆信息还包括初始位姿、轴距、转向角和车速，所述预测模块603，包括：

第一预测单元6031，用于根据所述轴距和所述转向角确定转弯半径；以及，根据所述转弯半径和所述车速确定车辆转弯角度。

第二预测单元6032，用于根据所述车辆的初始位姿、所述转弯半径和所述转弯角度，预测本车以及周边车辆在预设时间段后的预测位姿。

在具体的应用场景中，所述固定矩形安全圈包括告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈，所述第一构建模块602，具体用于根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第一预设距离和第四预设距离，构建本车以及周边车辆的告警安全圈；以及，

根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第二预设距离和第五预设距离，构建本车以及周边车辆的降速安全圈；以及，

根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第三预设距离和第六预设距离，构建本车以及周边车辆的急停安全圈，其中，第一预设距离大于第二预设距离大于第三预设距离，第四预设距离大于第五预设距离大于第六预设距离。

在具体的应用场景中，所述第二构建模块604包括第一确定单元6041、第二确定单元6042。

第一确定单元6041，用于根据车辆从初始位姿运动到所述预测位姿扫过的区域，确定在所述预设时间段内所述固定矩形安全圈在转弯时扫过的区域边界。

第二确定单元6042，用于根据所述转弯时扫过区域的边界、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈以及所述预测位姿对应的固定矩形安全圈叠加后的区域边界，构建本车以及周边车辆的异形圈，其中，所述异形圈为由线段和圆弧依次连接围成的边界。

在具体的应用场景中，所述第二确定单元6042，具体用于根据所述预测位姿相对于初始位姿的相对变化，获取所述边界中圆弧的边界点坐标；根据初始位姿确定所述初始位姿对应的固定矩形安全圈的坐标；根据预测位姿确定所述预测位姿对应的固定矩形安全圈的坐标；根据所述边界中圆弧的边界点坐标、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈坐标和所述预测位姿对应的固定矩形安全圈坐标，构建本车以及周边车辆的异形圈。

在具体的应用场景中，所述第三构建模块605，用于若车辆直线行驶，则根据所述固定矩形安全圈在预设时间段内扫过的区域，构建本车以及周边车辆的异形圈，所述异形圈为由线段围成的矩形边界，所述矩形边界的长度由固定矩形安全圈的长度和车速确定，所述边界的宽度为固定矩形安全圈的宽度。

在具体的应用场景中，对应所述固定矩形安全圈包括的告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈，所述异形圈包括异形告警安全圈、异形降速安全圈和异形急停安全圈，所述异形告警安全圈为所述告警安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述异形降速安全圈为所述降速安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述异形急停安全圈为所述急停安全圈在预设时间段内扫过区域的边界。

所述控制模块606，包括：

第一控制单元6061，用于若监测到本车的异形告警安全圈与周边车辆的异形告警安全圈处于相交状态，则保持本车继续行驶并生成告警信息。

第二控制单元6062，用于若监测到本车前进行驶状态下，所述本车的异形降速安全圈的前方区域与所述周边车辆的异形降速安全圈处于相交状态，或者监测到本车向后行驶状态下，所述本车的异形降速安全圈的后方区域与所述周边车辆的异形降速安全圈处于相交状态，则控制本车执行降速操作。

第三控制单元6063，用于若监测到本车前进行驶状态下，所述本车的异形急停安全圈的前方区域与所述周边车辆的异形急停安全圈处于相交状态，或者监测到本车向后行驶状态下，所述本车的异形急停安全圈的后方区域与所述周边车辆的异形急停安全圈处于相交状态，则控制本车执行急停操作。

进一步地，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，如图8所示，一种计算机可读存储介质800，存储有计算机程序810，该计算机程序810被处理器执行时，用于实现如实施例一所述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。上述实施例中已经对矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法进行了详细的描述，在此不再赘述。

上述实施例中描述的方法可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。计算机可读存储介质800可以包括计算机存储介质和通信介质，还可以包括任何可以将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的介质。存储介质可以是可由计算机访问的任何目标介质。

作为一种可能的设计，计算机可读存储介质800可以包括紧凑型光盘只读储存器（compact disc read-only memory，CD-ROM）、RAM、ROM、EEPROM或其它光盘存储器；计算机可读介质可以包括磁盘存储器或其它磁盘存储设备。而且，任何连接线也可以被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术（如红外，无线电和微波）从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外、无线电和微波之类的无线技术包括在介质的定义中。如本文所使用的磁盘和光盘包括光盘（CD），激光盘，光盘，数字通用光盘（digital versatile disc，DVD），软盘和蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。

进一步地，本实施例提供了一种计算机设备，如图9所示，该计算机设备900包括存储器910、处理器920及存储在存储器910上并可被处理器执行的计算机程序，其中处理器920执行计算机程序940时执行本发明中方法的各步骤，可以实现矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。需要说明的是，本实施例中的计算机程序940与上述实施例中的计算机程序810相同。

存储器910可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器920具有存储用于执行上述方法中的任何方法步骤的计算机程序940的存储空间930。计算机程序940可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘（CD）、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图8所述的计算机可读存储介质。计算机设备可以包括多个处理器，这些处理器中的每一个可以是一个单核（single-CPU）处理器，也可以是一个多核（multi-CPU）处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据（例如计算机程序指令）的处理核。

进一步地，如图10所示，芯片1000包括一个或两个以上（包括两个）处理器1001和通信接口1003。所述通信接口1003和所述至少一个处理器1001耦合，所述至少一个处理器1001用于运行计算机程序或指令，以实现上述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。

优选地，存储器1004存储了如下的元素：可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集。

本申请实施例中，存储器1004可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器1001提供指令和数据。存储器1004的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器（non-volatile random access memory，NVRAM）。

本申请实施例中，存储器1004、通信接口1003以及存储器1004通过总线系统1002耦合在一起。其中，总线系统1002除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。为了便于描述，在图10中将各种总线都标为总线系统1002。

上述本申请实施例描述的方法可以应用于处理器1001中，或者由处理器1001实现。处理器1001可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1001中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1001可以是通用处理器（例如，微处理器或常规处理器）、数字信号处理器（DigitalSignal Processing，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门、晶体管逻辑器件或分立硬件组件，处理器1001可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

进一步地，如图11所示，车载终端1100包括上述的无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置1101。上述车载终端1100可以通过无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置1101执行上述实施例所描述的方法。可以理解，车载终端1100对矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置1101进行控制的实现方式，可以根据实际应用场景设定，本申请实施例不作具体限定。

所述车载终端1100包括但不限于：车载终端、车载控制器、车载模块、车载模组、车载部件、车载芯片、车载单元、车载雷达或车载摄像头等其他传感器，车辆可通过该车载终端、车载控制器、车载模块、车载模组、车载部件、车载芯片、车载单元、车载雷达或摄像头，实施本申请提供的方法。本申请中的车辆包括乘用车和商用车，商用车的常见车型包括但不限于：皮卡、微卡、轻卡、微客，自缷车、载货车、牵引车、挂车、专用车和矿用车辆等。矿用车辆包括但不限于矿卡、宽体车、铰接车、挖机、电铲、推土机等。本申请对智能车的类型不作进一步限定，任何一种车型均在本申请的保护范围内。

进一步地，作为图1和图2所示方法的具体实现，本申请实施例提供了一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞系统，如图12所示，该系统包括：包括若干个车载终端，所述车载终端设置在矿区内每一车辆上，所述服务器与所述车载终端进行数据通信，所述车载终端之间进行数据通信。

所述车载终端，用于获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作。需要说明的是，本实施例提供的一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞系统所涉及各功能模块、功能单元的其它相应描述，可以参考图1和图2中的对应描述，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本实施例基于动态更新的异形圈，根据判定得到的本车和与周边车辆的动态异形圈的相交状态，在发生转向会车时，本车能够与周边车辆保持合理的行驶间距，保证车辆行驶安全，同时极大程度地降低计算量，提升计算速度，保证车辆防碰撞操作执行的及时性。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法，其特征在于，应用于矿用车辆，包括：

获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；

根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；

根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；

通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作；

其中，所述根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈，包括：

根据车辆从初始位姿运动到预测位姿扫过的区域，确定在预设时间段内所述固定矩形安全圈在转弯时扫过区域的边界；

根据所述转弯时扫过区域的边界、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈以及所述预测位姿对应的固定矩形安全圈叠加后的区域边界，构建本车以及周边车辆的异形圈；

其中，所述异形圈为由线段和圆弧依次连接围成的边界，所述圆弧是根据预测位姿相对于初始位姿的变化确定的，所述线段包括初始位姿对应的固定矩形安全圈上的线段和预测位姿对应的固定矩形安全圈上的线段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆信息还包括初始位姿、轴距、转向角和车速，所述根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述轴距和所述转向角确定转弯半径；

根据所述转弯半径和所述车速确定车辆转弯角度；

根据所述车辆的初始位姿、所述转弯半径和所述转弯角度，预测本车以及周边车辆在预设时间段后的预测位姿。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定矩形安全圈包括告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈，所述根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈的步骤，包括：

根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第一预设距离和第四预设距离，构建本车以及周边车辆的告警安全圈；

根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第二预设距离和第五预设距离，构建本车以及周边车辆的降速安全圈；

根据本车以及周边车辆的长度和宽度分别膨胀第三预设距离和第六预设距离，构建本车以及周边车辆的急停安全圈，其中，第一预设距离大于第二预设距离大于第三预设距离，第四预设距离大于第五预设距离大于第六预设距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述转弯时扫过区域的边界、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈以及所述预测位姿对应的固定矩形安全圈叠加后的区域边界，构建本车以及周边车辆的异形圈，包括：

根据所述预测位姿相对于初始位姿的相对变化，以及转弯时扫过区域的边界所构建的不规则区域，获取所述边界中圆弧的边界点坐标；

根据初始位姿确定所述初始位姿对应的固定矩形安全圈的坐标；

根据预测位姿确定所述预测位姿对应的固定矩形安全圈的坐标；

根据所述边界中圆弧的边界点坐标、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈的坐标和所述预测位姿对应的固定矩形安全圈的坐标，构建本车以及周边车辆的异形圈。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若车辆直线行驶，则根据所述固定矩形安全圈在预设时间段内扫过的区域，构建本车以及周边车辆的异形圈，所述异形圈为由线段围成的矩形边界，所述矩形边界的长度由固定矩形安全圈的长度和车速确定，所述边界的宽度为固定矩形安全圈的宽度。

6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，对应所述固定矩形安全圈包括的告警安全圈、降速安全圈和急停安全圈，所述异形圈包括异形告警安全圈、异形降速安全圈和异形急停安全圈，所述异形告警安全圈为所述告警安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述异形降速安全圈为所述降速安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述异形急停安全圈为所述急停安全圈在预设时间段内扫过区域的边界，所述通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作的步骤，包括：

若监测到本车的异形告警安全圈与周边车辆的异形告警安全圈处于相交状态，则保持本车继续行驶并生成告警信息；

若监测到本车前进行驶状态下，所述本车的异形降速安全圈的前方区域与所述周边车辆的异形降速安全圈处于相交状态，或者监测到本车向后行驶状态下，所述本车的异形降速安全圈的后方区域与所述周边车辆的异形降速安全圈处于相交状态，则控制本车执行降速操作；

若监测到本车前进行驶状态下，所述本车的异形急停安全圈的前方区域与所述周边车辆的异形急停安全圈处于相交状态，或者监测到本车向后行驶状态下，所述本车的异形急停安全圈的后方区域与所述周边车辆的异形急停安全圈处于相交状态，则控制本车执行急停操作。

7.一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；

第一构建模块，用于根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；

第二构建模块，用于根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；

控制模块，用于通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作；

其中，所述第二构建模块，包括：

第一确定单元，用于根据车辆从初始位姿运动到预测位姿扫过的区域，确定在预设时间段内所述固定矩形安全圈在转弯时扫过区域的边界；

第二确定单元，用于根据所述转弯时扫过区域的边界、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈以及所述预测位姿对应的固定矩形安全圈叠加后的区域边界，构建本车以及周边车辆的异形圈；

其中，所述异形圈为由线段和圆弧依次连接围成的边界，所述圆弧是根据预测位姿相对于初始位姿的变化确定的，所述线段包括初始位姿对应的固定矩形安全圈上的线段和预测位姿对应的固定矩形安全圈上的线段。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。

10.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括至少一个处理器和通信接口，所述通信接口和所述至少一个处理器耦合，所述至少一个处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如权利要求1-6中任一项所述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞方法。

11.一种车载终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求7所述的矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞装置。

12.一种矿用无人驾驶车辆的异形圈防碰撞系统，其特征在于，包括若干个如权利要求11所述的车载终端，所述车载终端设置在矿区内每一车辆上，具体包括：

所述车载终端，用于获取本车以及周边车辆的车辆信息，所述车辆信息包括车辆的长度、宽度；根据本车以及周边车辆的长度和宽度膨胀不同的预设距离，构建本车以及周边车辆的固定矩形安全圈；根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈；通过判断本车的异形圈与周边车辆的异形圈的相交状态，控制本车执行相应操作；

其中，所述根据所述固定矩形安全圈在车辆转弯时扫过区域的边界以及所述固定矩形安全圈，构建本车以及周边车辆的异形圈，包括：

根据车辆从初始位姿运动到预测位姿扫过的区域，确定在预设时间段内所述固定矩形安全圈在转弯时扫过区域的边界；

根据所述转弯时扫过区域的边界、所述初始位姿对应的固定矩形安全圈以及所述预测位姿对应的固定矩形安全圈叠加后的区域边界，构建本车以及周边车辆的异形圈；

其中，所述异形圈为由线段和圆弧依次连接围成的边界，所述圆弧是根据预测位姿相对于初始位姿的变化确定的，所述线段包括初始位姿对应的固定矩形安全圈上的线段和预测位姿对应的固定矩形安全圈上的线段。

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