CN100495274C - 大型工程车辆自动驾驶控制方法及*** - Google Patents

大型工程车辆自动驾驶控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型工程车辆自动驾驶控制方法及***，所述方法为在路面上沿道路方向作出作为车辆行驶轨迹的标识线；在车辆上安装运动控制***和摄像机***；由运动控制***控制车辆前进，在前进过程中，由摄像机***中的摄像机拍摄标识线，通过摄像机***中的计算机根据实时拍摄到的标识线视频图像分析，计算出车辆偏离量数据，传输给运动控制***；运动控制***根据获得的偏离量数据，决定按原行驶方向行驶或纠正行驶方向。该方法实现了大型工程车辆的自动驾驶、无人驾驶，从而提高了大型物件运输的工作效率以及运输过程中的安全性。

Description

大型工程车辆自动驾驶控制方法及***
技术领域
本发明涉及设备的自动控制技术，尤其涉及大型工程车辆自动驾驶控制方法及***。
背景技术
现在在高速铁路路桥的施工过程中，都采用了设置梁场集中预制，大型工程车辆如运梁车运输(如图1)，大吨位架桥机或运架一体机架设的施工方法。而运梁车的驾驶是一种简单重复性的、但又要求控制精度很高的工作，而且行使路线大部分都在已架设好的预制梁上行走。大吨位的运梁车与架桥机对接过程中，要保持运梁车与架桥机精确对准，而且车辆在桥面行驶时要求行驶路线精确，不允许发生较大偏差而对桥梁造成损坏。这样的运输条件，如果完全由人工驾驶和控制，其劳动强度是非常大的，而且很难保证作业的安全性，使运梁车在预制梁中心线上行走。而由于是运输的是900吨级箱梁，运行速度慢，长时间的驾驶就会使驾驶员容易产生疲劳，稍有不慎，就会使运梁车产生冲下桥梁的危险，给驾驶人员造成很大的压力。
发明内容
本发明的目的为提供一种大型工程车辆自动驾驶控制方法，该方法能够使大型工程车辆实现自动驾驶、无人驾驶，提高大型物件运输的工作效率以及运输过程中的安全性。
为了实现上述目的，本发明的大型工程车自动驾驶控制方法采用如下技术方案：
1)、在路面上沿道路方向作出作为车辆行驶轨迹的标识线；
2)、在车辆上安装运动控制***和摄像机***；由运动控制***控制车辆前进，在前进过程中，由摄像机***中的摄像机拍摄标识线，通过摄像机***中的计算机根据实时拍摄到的标识线视频图像计算出车辆偏离量数据，传输给运动控制***，所述摄像机***中安装有两个摄像机，分别被安装在车辆的车头和车尾；
3)、运动控制***根据获得的偏离量数据，决定按原行驶方向行驶或纠正行驶方向。
另外，本发明还提供了实现上述大型工程车辆自动驾驶控制方法的大型工程车辆自动驾驶控制***，所述该大型工程车辆自动驾驶控制***包含有标识线，所述标识线作为车辆行驶轨迹在路面上沿道路方向作出；
安装在车辆上的摄像机***和运动控制***；
所述摄像机***包含有摄像机和计算机，所述摄像机有两个，分别安装在车辆的车头和车尾，用于在车辆行进时拍摄标识线；
所述计算机用于根据实时拍摄到的标识线视频图像计算出车辆偏离量数据，输出给运动控制***；
所述运动控制***根据获得的偏离量数据，决定按原行驶方向行驶或纠正行驶方向。
采用上述技术方案，转向控制利用大型工程车辆自动驾驶控制方法及***摄像机对准白线拍摄，并利用计算机对拍摄到的标识线视频图像进行分析，并计算出车辆中心线和标识线之间的距离，并把结果传输给运动控制***。如果平板车的中心线与标识线的夹角在一定的允许范围内，则运动控制***控制车辆沿着标识线自动行驶；如果向左偏离了标识线，则控制车辆自动向右转向纠偏；如果向右偏离了标识线，则控制车辆自动向左转向纠偏，让车辆回到沿着标识线的行驶轨迹上。因此，该大型工程车辆自动驾驶控制方法及***实现了大型工程车辆的自动驾驶、无人驾驶，从而提高了大型物件运输的工作效率以及运输过程中的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实时方式对本发明进行详细说明：
图1为运梁车在已架梁体上示意图；
图2为本发明的***原理框图；
图3为标识线位置示意图；
图4为摄像机的安装位置示意图；
图5为摄像机***电气原理图；
图6为摄像机***的工作流程图；
图7为RS232转CAN的工作原理示意图；
图8为***控制流程图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的大型工程车辆自动驾驶控制***，包括标识线，安装在车辆上的摄像机***和运动控制***。所述摄像机***包含有摄像机、计算机、光源，显示器(参考图5)。所述自动控制***为PLC控制***。
本发明的大型工程车辆自动驾驶控制方法为：
如图3所示，预先将标识线1沿道路方向画在路面4上，作为车辆(本实施例中为运梁车2)行驶轨迹；如图4所示，摄像机3有两个，分别是装在运梁车2的车头和车尾。启动自动驾驶时，运梁车运行速度按照PLC控制***设定的自动驾驶速度匀速自动行使。转向控制利用两个摄像机对准标识线1拍摄，把两个视频信号采集到计算机进行分析，计算出运梁车纵向中心线和标志线之间的距离，并把计算得到的偏离量数据通过CAN总线传送给运梁车PLC控制***。如果运梁车2的轴线(中心线)与标识线的夹角在一定的允许范围内，则运梁车沿着标识线方向自动行驶；如果向左偏离了标识线，则PLC控制***控制运梁车自动向右转向纠偏；如果向右偏离了标识线，则PLC控制***控制运梁车自动向左转向纠偏，让车辆回到沿着标识线线的行驶轨迹上。
由于***需要处理车头和车尾的偏移量，而且车辆的长度决定信号必须传输较远的距离，如果采用传统的图像处理方式，模拟信号在那么远距离的传输中很容易衰减、变形，而且抗干扰能力很差，很难满足要求。因此，本发明的计算机采用了集成了高性能图像采集卡和当前运行速度最快的DSP处理器，这样就可以在图像采集之后马上进行运算处理，两幅视频信号并行处理，速度提高了两倍以上，而且图像信号不会受到干扰。
在两个摄像机中分别进行视频图像的分析、计算之后，计算机通过串行232接口输出偏离量数据，非常重要的是此时输出的是偏离量数据而不是图像，信息不会被干扰和延迟，如传输图像，将是无法完成上述任务。利用串行232接口转CAN总线的转换适配器转换成适合PLC控制器接收的CAN总线信号(如图7所示并参考图5)，供车辆运动控制***控制并校正前进方向。
如图6所示，这是摄像机***的工作流程图，该工作流程依次为初始化，曝光参数调整，去噪声滤波、自适应二值化，有效像素提取，标识线提取，偏移距离计算，判断结果有效性，数据输出。其中，所述计算机分析、计算出偏离量数据的步骤依次为去噪声滤波、自适应二值化，有效像素提取，标识线提取，偏移距离计算，判断结果有效性。
由于使用环境比较复杂，光照强度等可能变化很大，而且可能在图像采集的过程中存在少量的噪声干扰，所以在图像分析、计算之前，需要进行若干步骤的去噪声滤波处理。在实际工况中，水泥地面上会有一些小的强反光点，都要将目标尺寸尽量放大以过滤掉这些小的杂点，从而保证计算机找到的白色物体只有标识线这一唯一的物体。另外在目标选择中，尽量把目标对象选取调宽一些，并且使用偏振片。
在选择硬件配置时，为了最大发挥光源(LED光源)的作用，要尽量把光源位置放低，安装在车辆上足以保证有足够的光照在标识线的位置，以削弱周围光源的干扰。由于运梁车工作时间不固定，白天和晚上都有可能工作，因而要考虑阳光对摄像机***检测可靠性的影响。在选光源时，使用高亮度的光源，将其安装高度降低，在摄像机旁边加装遮光罩，使用滤光片来解决此问题的影响。
接下来对经过处理的图像进行分析，把无用信息去除，取出有效的象素，通过图象明亮值的比较，把标识线提取出来，计算出标识线的中心位置。同时实时动态计算出标示线中心相对于运梁车中心(原点)的准确的位置坐标象素信息，通过现场标定计算，把象素值换算转变成所需要的毫米级的距离值，并根据之前若干次数据判断当前数据的有效性，把有效的数据送给车辆的运动控制***来进行转向控制。
图像自适应二值化和边缘提取的基本原理为：将图像空间划分成一些特定的区域称为图像分割(Image Segmentaion)。图像分割的依据建立在图像直方图、相似性及非连续性概念之上。通过分割。可以把图像分为目标或前景和背景。目标就是对应图象中特定的、具有独特性质的区域(标识线)，如包含图像的轮廓、边缘、纹理、灰度等。通过把这些区域提取出来，才有可能对目标进行下一步的利用，如进行边缘提取，曲线拟合等。对灰度图像进行二值分割，是通过选取图像阈值。如对于256色的灰度图像，通过选取阈值t，将小于t的灰度全部设为0，即黑色；而将大于t的灰度全部设为255，即白色。这样目标(标识线)就从背景中独立出来，从而进行下一步的处理。
如图8所示的***控制流程，对于运梁车上的前后摄像机得到的视频关键帧图像进行分析，得到描述预先指定行驶线的一组参数，该参数可以反映平板车与指定行驶线的相对位置，即平板车的运动状态，通过分析该组参数的对应的行驶偏差，确定是否进行运动调整，如果不用调整即可进行下一视频关键帧图像的分析，如果需要调整，将该运动状态参数(速度、轮子角度、泵排量等)转换为运动控制参数，作为运动控制部分的输入参数，形成一个闭环控制***。在运动控制部分，将视频分析部分得到的运动调整参数与平板车的即时运动物理参数进行有效结合，由运动控制***对运动中的平板车进行行驶干预。

Claims (12)

1、一种大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：
1)、在路面上沿道路方向作出作为车辆行驶轨迹的标识线；
2)、在车辆上安装运动控制***和摄像机***；由运动控制***控制车辆前进，在前进过程中，由摄像机***中的摄像机拍摄标识线，通过摄像机***中的计算机根据实时拍摄到的标识线视频图像分析，计算出车辆偏离量数据，传输给运动控制***，所述摄像机***中安装有两个摄像机，分别被安装在车辆的车头和车尾；
3)、运动控制***根据获得的偏离量数据，决定按原行驶方向行驶或纠正行驶方向。
2、根据权利要求1所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所安装的运动控制***为PLC控制***。
3、根据权利要求2所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所述车辆在PLC控制***控制下自动匀速前进。
4、根据权利要求1所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所述车辆偏移数据是由计算机根据车辆纵向中心线与标识线之间的距离计算出。
5、根据权利要求1所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所述计算机采用集成了高性能图像采集卡的DSP处理器。
6、根据权利要求2所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所述偏离量数据通过串行232接口输出，并由转CAN总线的转换适配器转成CAN总线信号输入给PLC控制***。
7、根据权利1所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所述计算机分析、计算出偏离量数据的步骤依次为去噪声滤波、自适应二值化，有效像素提取，标识线提取，偏移距离计算，判断结果有效性。
8、根据权利1所述的大型工程车辆自动驾驶控制方法，其特征在于：所述摄像机***中还包含有光源，所述光源安装在车辆上足以保证有足够光照在标识线的位置，并在摄像机旁边安装遮光罩，避免外界强光对摄像机图像采集产生干扰。
9、一种大型工程车辆自动驾驶控制***，其特征在于：包含有标识线，所述标识线作为车辆行驶轨迹在路面上沿道路方向作出；
安装在车辆上的摄像机***和运动控制***；
所述摄像机***包含有摄像机和计算机，所述摄像机有两个，分别安装在车辆的车头和车尾，用于在车辆行进时拍摄标识线；
所述计算机用于根据实时拍摄到的标识线视频图像计算出车辆偏离量数据，输出给运动控制***；
所述运动控制***由于根据获得的偏离量数据，决定按原行驶方向行驶或纠正行驶方向。
10、根据权利要求9所述的大型工程车辆自动驾驶控制***，其特征在于：所述运动控制***为PLC控制***。
11、根据权利要求9所述的大型工程车辆自动驾驶控制***，其特征在于：所述计算机采用集成了高性能图像采集卡的DSP处理器。
12、根据权利要求9所述的大型工程车辆自动驾驶控制***，其特征在于：所述摄像机***中还包含有光源，所述光源安装在车辆上足以保证有足够光照在标识线的位置，并在摄像机旁边安装遮光罩。
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