CN115096329B - 一种工程压路机视觉导航控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程压路机视觉导航控制***及方法，障碍物判定模块，所述障碍物判定模块获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；阻碍系数获取模块，所述阻碍系数获取模块实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数。本发明涉及视觉导航控制技术领域，从工程压路机周边的环境信息、前后路面特征及车身状态信息这三方面进行分析，实现对工程压路机周边障碍物位置的判定，进而实现对工程压路机避障路线的规划及校准，实现对工程压路机避障路线的智能化控制。

Description

一种工程压路机视觉导航控制***及方法

技术领域

本发明涉及视觉导航控制技术领域，具体为一种工程压路机视觉导航控制***及方法。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，人们对计算机技术的使用越来越广泛，在压路机技术领域，人们通过视觉导航的方式对工程压路机进行控制，进而有效规划出工程压路机的前进路线，实现了工程压路机的无人驾驶，有效节省了人力资源。

当前现有的工程压路机视觉导航控制***，只是单纯的通过识别路面上涂画的二维码航线来确定工程压路机前进路线的，但是该方式存在较大的缺陷，工程压路机的行进路线必须提前在路面上绘制二维码航线，且在路面较为松软的情况下，会导致绘制的二维码航线出现较大的形变，且工程压路机无法智能规避路面上的障碍物，给实际操作过程带来较大的不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程压路机视觉导航控制***及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、实时获取工程压路机周边的环境信息，对获取的环境信息进行分析，得到环境信息中的障碍物位置；

S2、获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；

S3、实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数；

S4、以工程压路机为参照构建平面直角坐标系，对平面直角坐标系中障碍物对应的区域进行第一标记，对平面直角坐标系中工程压路机行驶过的区域进行第二标记，所述障碍物对应区域为障碍物最高顶点周围第一阈值距离内的路面，所述第一阈值为数据库中预制的常数；

S5、根据以工程压路机为参照构建平面直角坐标系中的第一标记区域及第二标记区域，对工程压路机的避障路径进行规划，规划的避障路径为一种或多种；

S6、根据工程压路机的驶过的路面区域，对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选，并结合工程压路机的车身状态信息，对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准。

进一步的，所述S1中得到环境信息中的障碍物位置的方法包括以下步骤：

S1.1、通过摄像头实时获取工程压路机周边的图像，并对获取的图像进行灰度处理，计算图像中的各个像素点对应灰度值的均值，记为第一信息值，进而得到图像中每个像素点对应灰度值分别与第一信息值之间的差值，记为第一灰度差；

S1.2、查询数据库中图像内每个像素点对应的第一灰度差相应的高度差，得到工程压路机周边环境中的路面高度波动图，所述高度差表示图像中相应像素点位置对应的海拔高度与图像中平均海拔高度之间的差值，所述高度差为实数，所述工程压路机周边环境信息包括工程压路机周边环境中的路面高度波动图及障碍物位置；

S1.3、获取工程压路机周边环境中的路面高度波动图中的每个像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应的高度差，计算每个像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应高度差中的最大值与最小值之间的差值，所述第一单位距离为数据库中预制的常数，

当所得差值大于等于第一预设值时，则判定所得差值对应最大高度差相应的像素点为一个障碍物位置；

当所得差值小于第一预设值时，则判定所得差值对应像素点周边第一单位距离内的各个像素点不存在障碍物。

本发明计算第一灰度差时考虑到拍摄凹凸不平的路面时，不同高度的路面在灰度处理后的图像中呈现的灰度值是存在较大差异的，第一灰度差对应的值越大，则说明书实际路面中相应位置相对于整体路面的高度差异越大，即相应位置的地面越不平整，对工程压路机的行进越容易造成阻碍；设置第一预设值，是为了对工程压路机周边环境中的路面高度波动图中障碍物的位置进行初步筛选。

进一步的，所述S2中得到更新后的障碍物位置信息的方法包括以下步骤：

S2.1、通过传感器获取工程压路机执行当前压路任务的行驶过程中，行驶前后对应的路面平均下降的高度，记为h，

其中，s1表示工程压路机执行当前压路任务时驶过的最大距离，Hs2表示工程压路机执行当前任务时驶过的距离为s2对应位置在工程压路机行驶前后的路面下降高度，工程压路机前后的路面特征包括工程压路机行驶前后的路面下降高度；

S2.2、根据h在数据库中查询工程压路机周围路面的松软度系数Rh；

S2.3、通过传感器获取障碍物位置信息中第i个障碍物的高度，记为gi，所述gi表示为第i个障碍物对应的像素点对应的高度与路面高度波动图中的平均高度之间的高度差；

获取gi的值时，先获取第i个障碍物对应像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应高度差中的最大值与最小值之间的差值，然后通过查询数据库中所得差值对应的障碍物高度值进行获取的，数据库中所得差值与相应的障碍物高度值呈正相关；

S2.4、计算工程压路机周围路面对障碍物的容纳值，将工程压路机周围路面对第i个障碍物的容纳值记为RNi，

当gi小于等于h时，则

当gi大于h时，则

S2.5、对环境信息中的障碍物虚假判断，

当gi与RNi的差值小于第二预设值时，则判定障碍物位置信息中第i个障碍物为虚假障碍物，

当gi与RNi的差值大于等于第二预设值时，则判定障碍物位置信息中第i个障碍物为真实障碍物，所述第二预设值为数据库中预制的常数；

S2.6、对障碍物位置信息中的虚假障碍物进行标记，障碍物位置信息中的真实障碍物不进行标记，得到更新后的障碍物位置信息。

本发明获取工程压路机周围路面的松软度系数Rh，是考虑到在地面较为松软的情况下，工程压路机对障碍物进行碾压时，会使得障碍物容易被压入松软的路面中，进而对工程压路机造成的阻碍效果会减小，因此，Rh对应的值越大，则路面对障碍物的包容程度也越大，即工程压路机周围路面对第i个障碍物的容纳值越大；gi与RNi的差值，在一定程度上反应了第i个障碍物排除路面的容纳程度的情况下，实际对工程压路机造成的阻碍情况；设置第二预设值是为了进一步对障碍物进行筛选，对虚假障碍物进行标记，为后续过程中规划避障路线及筛选最终的避障路线提供了数据参照。

进一步的，所述S3中得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数的方法包括以下步骤：

S3.1、获取工程压路机的车身状态信息包括按碾轮的半径，记为a；

S3.2、获取障碍物位置信息中第i个障碍物对应区域中，将障碍物区域中的最低点记为b1i，将障碍物区域中的最高点记为b2i，将b1i与b2i在水平面上的距离记为Q1bi，将b1i与b2i在竖直平面上的距离记为Q2bi，以b1i为第一原点，以距b1i的水平距离记为x1轴，以距b1i的竖直距离记为y1轴，构建第一平面直角坐标系；

S3.3、获取过b1i与b2i两点的竖直平面与第i个障碍物区域路面的交线，并将所得交线中的各个点在第一平面直角坐标系中相应坐标点进行标记，结合数据库中预制的二次线性函数模型对第一平面直角坐标系中标记的各个坐标点线性拟合，将拟合函数中的坐标点与横坐标相同的标记点之间距离记为相应横坐标对应的偏差值，计算每个拟合函数中各个偏差值的累加和作为相应拟合函数对应的综合偏差值，选取最小综合偏差值对应的拟合函数作为第i个障碍物区域对应的最终拟合函数，记为Fi（x1）,0≤x1≤Q1bi；

S3.4、获取工程压路机按碾轮相对于最终拟合函数Fi（x1）中的坐标点（x0，Fi（x1））的轨迹拟合曲线，记为FNi（x0，x2），0≤x0≤Q1bi，x0-a≤x2≤x0+a，

S3.5、分别计算x0为不同值时，FNi（x0，x2）与Fi（x1）之间是否存在横坐标不为x0的交点，

当存在交点时，则获取所得交点中纵坐标与Fi（x0）之间的差值，记为第i个障碍物区域在横坐标为x0时的相对位置高度；

当不存在交点时，则判定第i个障碍物区域中横坐标为x0时的路面正常；

S3.6、获取x0为不同值时，第i个障碍物区域在横坐标为x0时的相对位置高度中的最大值，记为XDi，

当x0为不同值时，第i个障碍物区域在横坐标为x0时均不存在交点时，则此时XDi等于0；

S3.7、得到第i个障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为ZAi，所述ZAi等于XDi与a的比值。

本发明获取障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，是考虑到障碍物区域中的高度分布情况，不同的高度分布情况，实际中对工程压路机造成的阻碍效果是存在差异的，计算阻碍系数，为后续过程中筛选最终的避障路线提供了数据参照。

进一步的，所述S4中以工程压路机为参照构建平面直角坐标系的方法为：以工程压路机的中心点为第二原点，以工程压路机从后向前的方向为x轴，以工程压路机从左向右的方向为y轴，构建平面直角坐标系。

进一步的，所述S5中对工程压路机的避障路径进行规划的方法包括以下步骤：

S5.1、获取工程压路机车身宽度，记为KD，获取工程压路机的前进方向；

S5.2、获取平面直角坐标系的第一标记区域中，与工程压路机前进道路出现相交且最近的真实障碍物区域对应的障碍物编号，记为m；

S5.3、判断编号为m的障碍物区域是否与第二标记区域相交，

当编号为m的障碍物区域与第二标记区域相交时，则判定规划的避障路径为一种，且规划的避障路径为沿着障碍物边缘且不与第二标记区域相交的路径；

当编号为m的障碍物区域与第二标记区域不相交时，则判定规划的避障路径为两种，分别为第一避障路径及第二避障路径，第一避障路径为沿着障碍物左侧边缘的路径，第二避障路径为沿着障碍物右侧边缘的路径；

S5.4、当规划的避障路径为一种时，则无需对避障路径进行筛选；

当规划的避障路径为两种时，则需要对避障路径进行筛选；

所述平面直角坐标系中第一标记区域为真实障碍物对应的区域。

进一步的，所述S6中对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选的方法包括以下步骤：

S6.1、分别获取第一避障路径的长度L1及第二避障路径的长度L2；

S6.2、获取第一避障路径经过的各个虚假障碍物分别相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为第一阻碍系数，

获取第一避障路径经过的各个虚假障碍物区域与第一避障路径相交的面积占第一避障路径总面积的比值，记为第一面积比，所述第一避障路径总面积为L1与工程压路机车身宽度的乘积，

计算第一避障路径经过的每个虚假障碍物区域对应的第一阻碍系数与第一面积比的乘积，并计算所得的各个乘积之和，记为ZAH1；

S6.3、获取第二避障路径经过的各个虚假障碍物分别相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为第二阻碍系数，

获取第二避障路径经过的各个虚假障碍物区域与第二避障路径相交的面积占第二避障路径总面积的比值，记为第二面积比，所述第二避障路径总面积为L2与工程压路机车身宽度的乘积，

计算第二避障路径经过的每个虚假障碍物区域对应的第二阻碍系数与第二面积比的乘积，并计算所得的各个乘积之和，记为ZAH2；

S6.4、计算第一避障路径对应的综合规避值ZAH1+e*L1，计算第二避障路径对应的综合规避系数ZAH2+e*L2，

比较ZAH1+e*L1与ZAH2+e*L2中的最大值{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max，其中，e表示规避系数，e为预制的常数，

当{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max=ZAH1+e*L1时，则选择第一避障路径为工程压路机最终的避障路径，

当{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max=ZAH2+e*L2时，则选择第二避障路径为工程压路机最终的避障路径。

本发明对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选的过程中，考虑到不同的避障路径中与虚假障碍物重合的面积比不同及避障路径的长度不同，进而需要从这两个进行综合考虑，得到不同避障路径对应的综合规避值，进而实现对最终的避障路径的筛选。

进一步的，所述S6中对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准的方法包括以下步骤：

S7.1、工程压路机的车身状态信息还包括工程压路机的最大拐弯偏角β；

S7.2、获取工程压路机最终的避障路径的轴心中各位置与当前工程压路机前进方向所在直线的距离，选取最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点，并将对应的最大距离记为LZ；

S7.3、获取最终避障路径对应的偏转类型值PZ，

当最终避障路径为沿着障碍物右侧边缘的路径时，则PZ为1，

当最终避障路径为沿着障碍物左侧边缘的路径时，则PZ为2；

S7.4、获取数据库中PZ、β及LZ的值对应的规划路段，记为校准路段，所述校准路段轴心中的端点分别记为W1及W2，获取校准路段的偏转类型值PZ1，

当PZ1与PZ相等时，将校准路段中与最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点相应的端点记为W1且另一端点记为W2，

当PZ1与PZ不相等时，将校准路段中与最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点相应的端点记为W2且另一端点记为W1；

S7.5、将最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点与W1重合时，获取W2与最终避障路径的轴心重合的点，记为W3，用校准路段替换最终避障路径中LZ对应位置点至W3的区间对应的路段，得到工程压路机校准后的避障路径。

一种工程压路机视觉导航控制***，包括：

环境信息获取模块，所述环境信息获取模块实时获取工程压路机周边的环境信息，对获取的环境信息进行分析，得到环境信息中的障碍物位置；

障碍物判定模块，所述障碍物判定模块获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；

阻碍系数获取模块，所述阻碍系数获取模块实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数；

模型构建模块，所述模型构建模块以工程压路机为参照构建平面直角坐标系，对平面直角坐标系中障碍物对应的区域进行第一标记，对平面直角坐标系中工程压路机行驶过的区域进行第二标记，所述障碍物对应区域为障碍物最高顶点周围第一阈值距离内的路面，所述第一阈值为数据库中预制的常数；

避障路径规划模块，所述避障路径规划模块根据以工程压路机为参照构建平面直角坐标系中的第一标记区域及第二标记区域，对工程压路机的避障路径进行规划，规划的避障路径为一种或多种；

避障路径校准模块，所述避障路径校准模块根据工程压路机的驶过的路面区域，对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选，并结合工程压路机的车身状态信息，对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明从工程压路机周边的环境信息、前后路面特征及车身状态信息这三方面进行分析，实现对工程压路机周边障碍物位置的判定，进而实现对工程压路机避障路线的规划及校准，实现对工程压路机避障路线的智能化控制，提高工程压路机的避障效率。

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是本发明一种工程压路机视觉导航控制方法的流程示意图；

图2是本发明一种工程压路机视觉导航控制***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、实时获取工程压路机周边的环境信息，对获取的环境信息进行分析，得到环境信息中的障碍物位置；

S2、获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；

S3、实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数；

S4、以工程压路机为参照构建平面直角坐标系，对平面直角坐标系中障碍物对应的区域进行第一标记，对平面直角坐标系中工程压路机行驶过的区域进行第二标记，所述障碍物对应区域为障碍物最高顶点周围第一阈值距离内的路面，所述第一阈值为数据库中预制的常数；

S5、根据以工程压路机为参照构建平面直角坐标系中的第一标记区域及第二标记区域，对工程压路机的避障路径进行规划，规划的避障路径为一种或多种；

S6、根据工程压路机的驶过的路面区域，对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选，并结合工程压路机的车身状态信息，对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准。

所述S1中得到环境信息中的障碍物位置的方法包括以下步骤：

S1.1、通过摄像头实时获取工程压路机周边的图像，并对获取的图像进行灰度处理，计算图像中的各个像素点对应灰度值的均值，记为第一信息值，进而得到图像中每个像素点对应灰度值分别与第一信息值之间的差值，记为第一灰度差；

S1.2、查询数据库中图像内每个像素点对应的第一灰度差相应的高度差，得到工程压路机周边环境中的路面高度波动图，所述高度差表示图像中相应像素点位置对应的海拔高度与图像中平均海拔高度之间的差值，所述高度差为实数，所述工程压路机周边环境信息包括工程压路机周边环境中的路面高度波动图及障碍物位置；

S1.3、获取工程压路机周边环境中的路面高度波动图中的每个像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应的高度差，计算每个像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应高度差中的最大值与最小值之间的差值，所述第一单位距离为数据库中预制的常数，

当所得差值大于等于第一预设值时，则判定所得差值对应最大高度差相应的像素点为一个障碍物位置；

当所得差值小于第一预设值时，则判定所得差值对应像素点周边第一单位距离内的各个像素点不存在障碍物。

本发明计算第一灰度差时考虑到拍摄凹凸不平的路面时，不同高度的路面在灰度处理后的图像中呈现的灰度值是存在较大差异的，第一灰度差对应的值越大，则说明书实际路面中相应位置相对于整体路面的高度差异越大，即相应位置的地面越不平整，对工程压路机的行进越容易造成阻碍；设置第一预设值，是为了对工程压路机周边环境中的路面高度波动图中障碍物的位置进行初步筛选。

所述S2中得到更新后的障碍物位置信息的方法包括以下步骤：

S2.1、通过传感器获取工程压路机执行当前压路任务的行驶过程中，行驶前后对应的路面平均下降的高度，记为h，

其中，s1表示工程压路机执行当前压路任务时驶过的最大距离，Hs2表示工程压路机执行当前任务时驶过的距离为s2对应位置在工程压路机行驶前后的路面下降高度，工程压路机前后的路面特征包括工程压路机行驶前后的路面下降高度；

S2.2、根据h在数据库中查询工程压路机周围路面的松软度系数Rh；

S2.3、通过传感器获取障碍物位置信息中第i个障碍物的高度，记为gi，所述gi表示为第i个障碍物对应的像素点对应的高度与路面高度波动图中的平均高度之间的高度差；

获取gi的值时，先获取第i个障碍物对应像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应高度差中的最大值与最小值之间的差值，然后通过查询数据库中所得差值对应的障碍物高度值进行获取的，数据库中所得差值与相应的障碍物高度值呈正相关；

S2.4、计算工程压路机周围路面对障碍物的容纳值，将工程压路机周围路面对第i个障碍物的容纳值记为RNi，

当gi小于等于h时，则

当gi大于h时，则

S2.5、对环境信息中的障碍物虚假判断，

当gi与RNi的差值小于第二预设值时，则判定障碍物位置信息中第i个障碍物为虚假障碍物，

当gi与RNi的差值大于等于第二预设值时，则判定障碍物位置信息中第i个障碍物为真实障碍物，所述第二预设值为数据库中预制的常数；

S2.6、对障碍物位置信息中的虚假障碍物进行标记，障碍物位置信息中的真实障碍物不进行标记，得到更新后的障碍物位置信息。

本发明获取工程压路机周围路面的松软度系数Rh，是考虑到在地面较为松软的情况下，工程压路机对障碍物进行碾压时，会使得障碍物容易被压入松软的路面中，进而对工程压路机造成的阻碍效果会减小，因此，Rh对应的值越大，则路面对障碍物的包容程度也越大，即工程压路机周围路面对第i个障碍物的容纳值越大；gi与RNi的差值，在一定程度上反应了第i个障碍物排除路面的容纳程度的情况下，实际对工程压路机造成的阻碍情况；设置第二预设值是为了进一步对障碍物进行筛选，对虚假障碍物进行标记，为后续过程中规划避障路线及筛选最终的避障路线提供了数据参照。

所述S3中得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数的方法包括以下步骤：

S3.1、获取工程压路机的车身状态信息包括按碾轮的半径，记为a；

S3.2、获取障碍物位置信息中第i个障碍物对应区域中，将障碍物区域中的最低点记为b1i，将障碍物区域中的最高点记为b2i，将b1i与b2i在水平面上的距离记为Q1bi，将b1i与b2i在竖直平面上的距离记为Q2bi，以b1i为第一原点，以距b1i的水平距离记为x1轴，以距b1i的竖直距离记为y1轴，构建第一平面直角坐标系；

S3.3、获取过b1i与b2i两点的竖直平面与第i个障碍物区域路面的交线，并将所得交线中的各个点在第一平面直角坐标系中相应坐标点进行标记，结合数据库中预制的二次线性函数模型对第一平面直角坐标系中标记的各个坐标点线性拟合，将拟合函数中的坐标点与横坐标相同的标记点之间距离记为相应横坐标对应的偏差值，计算每个拟合函数中各个偏差值的累加和作为相应拟合函数对应的综合偏差值，选取最小综合偏差值对应的拟合函数作为第i个障碍物区域对应的最终拟合函数，记为Fi（x1）,0≤x1≤Q1bi；

S3.4、获取工程压路机按碾轮相对于最终拟合函数Fi（x1）中的坐标点（x0，Fi（x1））的轨迹拟合曲线，记为FNi（x0，x2），0≤x0≤Q1bi，x0-a≤x2≤x0+a，

本实施例中数据库中预制的二次线性函数模型为y3=d1*x3²+d2*x3+d3；

若第2个障碍物区域对应的最终拟合函数F2（x1）=-x1²+2*x1+3且0≤x1≤1；

则x1=1时，F2（x1）=4，得到坐标点（1,4），

若a等于7.5分米，

则工程压路机按碾轮相对于最终拟合函数F2（x1）中的坐标点（1,4）的轨迹拟合曲线FN2（1，x2）为

即

S3.5、分别计算x0为不同值时，FNi（x0，x2）与Fi（x1）之间是否存在横坐标不为x0的交点，

当存在交点时，则获取所得交点中纵坐标与Fi（x0）之间的差值，记为第i个障碍物区域在横坐标为x0时的相对位置高度；

当不存在交点时，则判定第i个障碍物区域中横坐标为x0时的路面正常；

S3.6、获取x0为不同值时，第i个障碍物区域在横坐标为x0时的相对位置高度中的最大值，记为XDi，

当x0为不同值时，第i个障碍物区域在横坐标为x0时均不存在交点时，则此时XDi等于0；

S3.7、得到第i个障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为ZAi，所述ZAi等于XDi与a的比值。

本发明获取障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，是考虑到障碍物区域中的高度分布情况，不同的高度分布情况，实际中对工程压路机造成的阻碍效果是存在差异的，计算阻碍系数，为后续过程中筛选最终的避障路线提供了数据参照。

所述S4中以工程压路机为参照构建平面直角坐标系的方法为：以工程压路机的中心点为第二原点，以工程压路机从后向前的方向为x轴，以工程压路机从左向右的方向为y轴，构建平面直角坐标系。

所述S5中对工程压路机的避障路径进行规划的方法包括以下步骤：

S5.1、获取工程压路机车身宽度，记为KD，获取工程压路机的前进方向；

S5.2、获取平面直角坐标系的第一标记区域中，与工程压路机前进道路出现相交且最近的真实障碍物区域对应的障碍物编号，记为m；

S5.3、判断编号为m的障碍物区域是否与第二标记区域相交，

当编号为m的障碍物区域与第二标记区域相交时，则判定规划的避障路径为一种，且规划的避障路径为沿着障碍物边缘且不与第二标记区域相交的路径；

当编号为m的障碍物区域与第二标记区域不相交时，则判定规划的避障路径为两种，分别为第一避障路径及第二避障路径，第一避障路径为沿着障碍物左侧边缘的路径，第二避障路径为沿着障碍物右侧边缘的路径；

S5.4、当规划的避障路径为一种时，则无需对避障路径进行筛选；

当规划的避障路径为两种时，则需要对避障路径进行筛选；

所述平面直角坐标系中第一标记区域为真实障碍物对应的区域。

所述S6中对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选的方法包括以下步骤：

S6.1、分别获取第一避障路径的长度L1及第二避障路径的长度L2；

S6.2、获取第一避障路径经过的各个虚假障碍物分别相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为第一阻碍系数，

获取第一避障路径经过的各个虚假障碍物区域与第一避障路径相交的面积占第一避障路径总面积的比值，记为第一面积比，所述第一避障路径总面积为L1与工程压路机车身宽度的乘积，

计算第一避障路径经过的每个虚假障碍物区域对应的第一阻碍系数与第一面积比的乘积，并计算所得的各个乘积之和，记为ZAH1；

S6.3、获取第二避障路径经过的各个虚假障碍物分别相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为第二阻碍系数，

获取第二避障路径经过的各个虚假障碍物区域与第二避障路径相交的面积占第二避障路径总面积的比值，记为第二面积比，所述第二避障路径总面积为L2与工程压路机车身宽度的乘积，

计算第二避障路径经过的每个虚假障碍物区域对应的第二阻碍系数与第二面积比的乘积，并计算所得的各个乘积之和，记为ZAH2；

S6.4、计算第一避障路径对应的综合规避值ZAH1+e*L1，计算第二避障路径对应的综合规避系数ZAH2+e*L2，

比较ZAH1+e*L1与ZAH2+e*L2中的最大值{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max，其中，e表示规避系数，e为预制的常数，

当{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max=ZAH1+e*L1时，则选择第一避障路径为工程压路机最终的避障路径，

当{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max=ZAH2+e*L2时，则选择第二避障路径为工程压路机最终的避障路径。

本发明对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选的过程中，考虑到不同的避障路径中与虚假障碍物重合的面积比不同及避障路径的长度不同，进而需要从这两个进行综合考虑，得到不同避障路径对应的综合规避值，进而实现对最终的避障路径的筛选。

所述S6中对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准的方法包括以下步骤：

S7.1、工程压路机的车身状态信息还包括工程压路机的最大拐弯偏角β；

S7.2、获取工程压路机最终的避障路径的轴心中各位置与当前工程压路机前进方向所在直线的距离，选取最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点，并将对应的最大距离记为LZ；

S7.3、获取最终避障路径对应的偏转类型值PZ，

当最终避障路径为沿着障碍物右侧边缘的路径时，则PZ为1，

当最终避障路径为沿着障碍物左侧边缘的路径时，则PZ为2；

S7.4、获取数据库中PZ、β及LZ的值对应的规划路段，记为校准路段，所述校准路段轴心中的端点分别记为W1及W2，获取校准路段的偏转类型值PZ1，

当PZ1与PZ相等时，将校准路段中与最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点相应的端点记为W1且另一端点记为W2，

当PZ1与PZ不相等时，将校准路段中与最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点相应的端点记为W2且另一端点记为W1；

S7.5、将最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点与W1重合时，获取W2与最终避障路径的轴心重合的点，记为W3，用校准路段替换最终避障路径中LZ对应位置点至W3的区间对应的路段，得到工程压路机校准后的避障路径。

一种工程压路机视觉导航控制***，包括：

环境信息获取模块，所述环境信息获取模块实时获取工程压路机周边的环境信息，对获取的环境信息进行分析，得到环境信息中的障碍物位置；

障碍物判定模块，所述障碍物判定模块获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；

阻碍系数获取模块，所述阻碍系数获取模块实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数；

模型构建模块，所述模型构建模块以工程压路机为参照构建平面直角坐标系，对平面直角坐标系中障碍物对应的区域进行第一标记，对平面直角坐标系中工程压路机行驶过的区域进行第二标记，所述障碍物对应区域为障碍物最高顶点周围第一阈值距离内的路面，所述第一阈值为数据库中预制的常数；

避障路径规划模块，所述避障路径规划模块根据以工程压路机为参照构建平面直角坐标系中的第一标记区域及第二标记区域，对工程压路机的避障路径进行规划，规划的避障路径为一种或多种；

避障路径校准模块，所述避障路径校准模块根据工程压路机的驶过的路面区域，对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选，并结合工程压路机的车身状态信息，对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、实时获取工程压路机周边的环境信息，对获取的环境信息进行分析，得到环境信息中的障碍物位置；

S2、获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；

S3、实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数；

S4、以工程压路机为参照构建平面直角坐标系，对平面直角坐标系中障碍物对应的区域进行第一标记，对平面直角坐标系中工程压路机行驶过的区域进行第二标记，所述障碍物对应区域为障碍物最高顶点周围第一阈值距离内的路面，所述第一阈值为数据库中预制的常数；

S5、根据以工程压路机为参照构建平面直角坐标系中的第一标记区域及第二标记区域，对工程压路机的避障路径进行规划，规划的避障路径为一种或多种；

S6、根据工程压路机的驶过的路面区域，对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选，并结合工程压路机的车身状态信息，对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准；

所述S1中得到环境信息中的障碍物位置的方法包括以下步骤：

S1.1、通过摄像头实时获取工程压路机周边的图像，并对获取的图像进行灰度处理，计算图像中的各个像素点对应灰度值的均值，记为第一信息值，进而得到图像中每个像素点对应灰度值分别与第一信息值之间的差值，记为第一灰度差；

S1.2、查询数据库中图像内每个像素点对应的第一灰度差相应的高度差，得到工程压路机周边环境中的路面高度波动图，所述高度差表示图像中相应像素点位置对应的海拔高度与图像中平均海拔高度之间的差值，所述高度差为实数，所述工程压路机周边环境信息包括工程压路机周边环境中的路面高度波动图及障碍物位置；

S1.3、获取工程压路机周边环境中的路面高度波动图中的每个像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应的高度差，计算每个像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应高度差中的最大值与最小值之间的差值，所述第一单位距离为数据库中预制的常数，

当所得差值大于等于第一预设值时，则判定所得差值对应最大高度差相应的像素点为一个障碍物位置；

当所得差值小于第一预设值时，则判定所得差值对应像素点周边第一单位距离内的各个像素点不存在障碍物；

所述S2中得到更新后的障碍物位置信息的方法包括以下步骤：

S2.1、通过传感器获取工程压路机执行当前压路任务的行驶过程中，行驶前后对应的路面平均下降的高度，记为h，

其中，s1表示工程压路机执行当前压路任务时驶过的最大距离，Hs2表示工程压路机执行当前任务时驶过的距离为s2对应位置在工程压路机行驶前后的路面下降高度，工程压路机前后的路面特征包括工程压路机行驶前后的路面下降高度；

S2.2、根据h在数据库中查询工程压路机周围路面的松软度系数Rh；

S2.3、通过传感器获取障碍物位置信息中第i个障碍物的高度，记为gi，所述gi表示为第i个障碍物对应的像素点对应的高度与路面高度波动图中的平均高度之间的高度差；

获取gi的值时，先获取第i个障碍物对应像素点周边第一单位距离内的各个像素点对应高度差中的最大值与最小值之间的差值，然后通过查询数据库中所得差值对应的障碍物高度值进行获取的，数据库中所得差值与相应的障碍物高度值呈正相关；

S2.4、计算工程压路机周围路面对障碍物的容纳值，将工程压路机周围路面对第i个障碍物的容纳值记为RNi，

当gi小于等于h时，则

当gi大于h时，则

S2.5、对环境信息中的障碍物虚假判断，

当gi与RNi的差值小于第二预设值时，则判定障碍物位置信息中第i个障碍物为虚假障碍物，

当gi与RNi的差值大于等于第二预设值时，则判定障碍物位置信息中第i个障碍物为真实障碍物，所述第二预设值为数据库中预制的常数；

S2.6、对障碍物位置信息中的虚假障碍物进行标记，障碍物位置信息中的真实障碍物不进行标记，得到更新后的障碍物位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于：所述S3中得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数的方法包括以下步骤：

S3.1、获取工程压路机的车身状态信息包括按碾轮的半径，记为a；

S3.2、获取障碍物位置信息中第i个障碍物对应区域中，将障碍物区域中的最低点记为b1i，将障碍物区域中的最高点记为b2i，将b1i与b2i在水平面上的距离记为Q1bi，将b1i与b2i在竖直平面上的距离记为Q2bi，以b1i为第一原点，以距b1i的水平距离记为x1轴，以距b1i的竖直距离记为y1轴，构建第一平面直角坐标系；

S3.3、获取过b1i与b2i两点的竖直平面与第i个障碍物区域路面的交线，并将所得交线中的各个点在第一平面直角坐标系中相应坐标点进行标记，结合数据库中预制的二次线性函数模型对第一平面直角坐标系中标记的各个坐标点线性拟合，将拟合函数中的坐标点与横坐标相同的标记点之间距离记为相应横坐标对应的偏差值，计算每个拟合函数中各个偏差值的累加和作为相应拟合函数对应的综合偏差值，选取最小综合偏差值对应的拟合函数作为第i个障碍物区域对应的最终拟合函数，记为Fi（x1）,0≤x1≤Q1bi；

S3.4、获取工程压路机按碾轮相对于最终拟合函数Fi（x1）中的坐标点（x0，Fi（x1））的轨迹拟合曲线，记为FNi（x0，x2），0≤x0≤Q1bi，x0-a≤x2≤x0+a，

S3.5、分别计算x0为不同值时，FNi（x0，x2）与Fi（x1）之间是否存在横坐标不为x0的交点，

当存在交点时，则获取所得交点中纵坐标与Fi（x0）之间的差值，记为第i个障碍物区域在横坐标为x0时的相对位置高度；

当不存在交点时，则判定第i个障碍物区域中横坐标为x0时的路面正常；

S3.6、获取x0为不同值时，第i个障碍物区域在横坐标为x0时的相对位置高度中的最大值，记为XDi，

当x0为不同值时，第i个障碍物区域在横坐标为x0时均不存在交点时，则此时XDi等于0；

S3.7、得到第i个障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为ZAi，所述ZAi等于XDi与a的比值。

3.根据权利要求1所述的一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于：所述S4中以工程压路机为参照构建平面直角坐标系的方法为：以工程压路机的中心点为第二原点，以工程压路机从后向前的方向为x轴，以工程压路机从左向右的方向为y轴，构建平面直角坐标系。

4.根据权利要求1所述的一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于：所述S5中对工程压路机的避障路径进行规划的方法包括以下步骤：

S5.1、获取工程压路机车身宽度，记为KD，获取工程压路机的前进方向；

S5.2、获取平面直角坐标系的第一标记区域中，与工程压路机前进道路出现相交且最近的真实障碍物区域对应的障碍物编号，记为m；

S5.3、判断编号为m的障碍物区域是否与第二标记区域相交，

当编号为m的障碍物区域与第二标记区域相交时，则判定规划的避障路径为一种，且规划的避障路径为沿着障碍物边缘且不与第二标记区域相交的路径；

当编号为m的障碍物区域与第二标记区域不相交时，则判定规划的避障路径为两种，分别为第一避障路径及第二避障路径，第一避障路径为沿着障碍物左侧边缘的路径，第二避障路径为沿着障碍物右侧边缘的路径；

S5.4、当规划的避障路径为一种时，则无需对避障路径进行筛选；

当规划的避障路径为两种时，则需要对避障路径进行筛选；

所述平面直角坐标系中第一标记区域为真实障碍物对应的区域。

5.根据权利要求4所述的一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于：所述S6中对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选的方法包括以下步骤：

S6.1、分别获取第一避障路径的长度L1及第二避障路径的长度L2；

S6.2、获取第一避障路径经过的各个虚假障碍物分别相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为第一阻碍系数，

获取第一避障路径经过的各个虚假障碍物区域与第一避障路径相交的面积占第一避障路径总面积的比值，记为第一面积比，所述第一避障路径总面积为L1与工程压路机车身宽度的乘积，

计算第一避障路径经过的每个虚假障碍物区域对应的第一阻碍系数与第一面积比的乘积，并计算所得的各个乘积之和，记为ZAH1；

S6.3、获取第二避障路径经过的各个虚假障碍物分别相对于工程压路机车身状态的阻碍系数，记为第二阻碍系数，

获取第二避障路径经过的各个虚假障碍物区域与第二避障路径相交的面积占第二避障路径总面积的比值，记为第二面积比，所述第二避障路径总面积为L2与工程压路机车身宽度的乘积，

计算第二避障路径经过的每个虚假障碍物区域对应的第二阻碍系数与第二面积比的乘积，并计算所得的各个乘积之和，记为ZAH2；

S6.4、计算第一避障路径对应的综合规避值ZAH1+e*L1，计算第二避障路径对应的综合规避系数ZAH2+e*L2，

比较ZAH1+e*L1与ZAH2+e*L2中的最大值{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max，其中，e表示规避系数，e为预制的常数，

当{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max=ZAH1+e*L1时，则选择第一避障路径为工程压路机最终的避障路径，

当{ZAH1+e*L1，ZAH2+e*L2}max=ZAH2+e*L2时，则选择第二避障路径为工程压路机最终的避障路径。

6.根据权利要求5所述的一种工程压路机视觉导航控制方法，其特征在于：所述S6中对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准的方法包括以下步骤：

S7.1、工程压路机的车身状态信息还包括工程压路机的最大拐弯偏角β；

S7.2、获取工程压路机最终的避障路径的轴心中各位置与当前工程压路机前进方向所在直线的距离，选取最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点，并将对应的最大距离记为LZ；

S7.3、获取最终避障路径对应的偏转类型值PZ，

当最终避障路径为沿着障碍物右侧边缘的路径时，则PZ为1，

当最终避障路径为沿着障碍物左侧边缘的路径时，则PZ为2；

S7.4、获取数据库中PZ、β及LZ的值对应的规划路段，记为校准路段，所述校准路段轴心中的端点分别记为W1及W2，获取校准路段的偏转类型值PZ1，

当PZ1与PZ相等时，将校准路段中与最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点相应的端点记为W1且另一端点记为W2，

当PZ1与PZ不相等时，将校准路段中与最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点相应的端点记为W2且另一端点记为W1；

S7.5、将最终避障路径的轴心中对应距离最大的位置点与W1重合时，获取W2与最终避障路径的轴心重合的点，记为W3，用校准路段替换最终避障路径中LZ对应位置点至W3的区间对应的路段，得到工程压路机校准后的避障路径。

7.应用于权利要求1-6任意一项所述的一种工程压路机视觉导航控制方法的工程压路机视觉导航控制***，其特征在于，包括：

环境信息获取模块，所述环境信息获取模块实时获取工程压路机周边的环境信息，对获取的环境信息进行分析，得到环境信息中的障碍物位置；

障碍物判定模块，所述障碍物判定模块获取工程压路机前后的路面特征，对环境信息中的障碍物进行虚假判断，得到更新后的障碍物位置信息；

阻碍系数获取模块，所述阻碍系数获取模块实时获取工程压路机的车身状态信息，判断工程压路机的当前的车身状态与障碍物接触时的相对位置高度，得到障碍物相对于工程压路机车身状态的阻碍系数；

模型构建模块，所述模型构建模块以工程压路机为参照构建平面直角坐标系，对平面直角坐标系中障碍物对应的区域进行第一标记，对平面直角坐标系中工程压路机行驶过的区域进行第二标记，所述障碍物对应区域为障碍物最高顶点周围第一阈值距离内的路面，所述第一阈值为数据库中预制的常数；

避障路径规划模块，所述避障路径规划模块根据以工程压路机为参照构建平面直角坐标系中的第一标记区域及第二标记区域，对工程压路机的避障路径进行规划，规划的避障路径为一种或多种；

避障路径校准模块，所述避障路径校准模块根据工程压路机的驶过的路面区域，对工程压路机对应规划的避障路径进行筛选，并结合工程压路机的车身状态信息，对筛选的工程压路机对应规划的避障路径进行校准。

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