專利名稱：大型工程車輛自動駕駛控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)備的自動控制技術(shù)，尤其涉及大型工程車輛自動駕駛控制方 法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在在高速鐵路路橋的施工過程中，都采用了設(shè)置梁場集中預(yù)制，大型工 程車輛如運梁車運輸(如圖1)，大噸位架橋機或運架一體機架設(shè)的施工方法。 而運梁車的駕駛是一種簡單重復(fù)性的、但又要求控制精度很高的工作，而且行
使路線大部分都在已架設(shè)好的預(yù)制梁上行走。大噸位的運梁車與架橋機對接過 程中，要保持運梁車與架橋機精確對準(zhǔn)，而且車輛在橋面行駛時要求行駛路線 精確，不允許發(fā)生較大偏差而對橋梁造成損壞。這樣的運輸條件，如果完全由 人工駕駛和控制，其勞動強度是非常大的，而且很難保證作業(yè)的安全性，使運
梁車在預(yù)制梁中心線上行走。而由于是運輸?shù)氖?00噸級箱梁，運行速度慢， 長時間的駕駛就會使駕駛員容易產(chǎn)生疲勞，稍有不慎，就會使運梁車產(chǎn)生沖下 橋梁的危險，給駕駛?cè)藛T造成很大的壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種大型工程車輛自動駕駛控制方法，該方法能夠使 大型工程車輛實現(xiàn)自動駕駛、無人駕駛，提高大型物件運輸?shù)墓ぷ餍室约斑\ 輸過程中的安全性。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的大型工程車自動駕駛控制方法釆用如下技術(shù) 方案
1) 、在路面上沿道路方向作出作為車輛行駛軌跡的標(biāo)識線；
2) 、在車輛上安裝運動控制系統(tǒng)和攝像機系統(tǒng)；由運動控制系統(tǒng)控制車輛 前進，在前進過程中，由攝像機系統(tǒng)中的攝像機拍攝標(biāo)識線，通過攝像機系統(tǒng) 中的計算機根據(jù)實時拍攝到的標(biāo)識線視頻圖像計算出車輛偏離量數(shù)據(jù)，傳輸給
運動控制系統(tǒng)；
3)、運動控制系統(tǒng)根據(jù)獲得的偏離量數(shù)據(jù)，決定按原行駛方向行駛或糾正
行駛方向。
另外，本發(fā)明還提供了實現(xiàn)上述大型工程車輛自動駕駛控制方法的大型工 程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，所述該大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)包含有
標(biāo)識線，所述標(biāo)識線作為車輛行駛軌跡在路面上沿道路方向作出； 安裝在車輛上的攝像機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)；
所述攝像機系統(tǒng)包含有攝像機和計算機，所述攝像機用于在車輛行進時拍 攝標(biāo)識線；
所述計算機用于根據(jù)實時拍攝到的標(biāo)識線視頻圖像計算出車輛偏離量數(shù) 據(jù)，輸出給運動控制系統(tǒng)；
所述運動控制系統(tǒng)根據(jù)獲得的偏離量數(shù)據(jù)，決定按原行駛方向行駛或糾正 行駛方向。
釆用上述技術(shù)方案，轉(zhuǎn)向控制利用大型工程車輛自動駕駛控制方法及系統(tǒng) 攝像機對準(zhǔn)白線拍攝，并利用計算機對拍攝到的標(biāo)識線視頻圖像進行分析，并 計算出車輛中心線和標(biāo)識線之間的距離，并把結(jié)果傳輸給運動控制系統(tǒng)。如果 平板車的中心線與標(biāo)識線的夾角在一定的允許范圍內(nèi)，則運動控制系統(tǒng)控制車 輛沿著標(biāo)識線自動行駛；如果向左偏離了標(biāo)識線，則控制車輛自動向右轉(zhuǎn)向糾 偏；如果向右偏離了標(biāo)識線，則控制車輛自動向左轉(zhuǎn)向糾偏，讓車輛回到沿著 標(biāo)識線的行駛軌跡上。因此，該大型工程車輛自動駕駛控制方法及系統(tǒng)實現(xiàn)了 大型工程車輛的自動駕駛、無人駕駛，從而提高了大型物件運輸?shù)墓ぷ餍室?及運輸過程中的安全性。


下面結(jié)合附圖和具體實時方式對本發(fā)明進行詳細(xì)說明
圖1為運梁車在已架梁體上示意圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖3為標(biāo)識線位置示意圖4為攝像機的安裝位置示意圖5為攝像機系統(tǒng)電氣原理圖6為攝像機系統(tǒng)的工作流程圖7為RS232轉(zhuǎn)CAN的工作原理示意圖8為系統(tǒng)控制流程圖。
具體實施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，包括標(biāo)識線，安' 裝在車輛上的攝像機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。所述攝像機系統(tǒng)包含有攝像機、計 算機、光源，顯示器(參考圖5)。所述自動控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的大型工程車輛自動駕駛控制方法為
如圖3所示，預(yù)先將標(biāo)識線1沿道路方向畫在路面4上，作為車輛(本 實施例中為運梁車2)行駛軌跡；如圖4所示，攝像機3有兩個，分別是裝在 運梁車2的車頭和車尾。啟動自動駕駛時，運梁車運行速度按照PLC控制系 統(tǒng)設(shè)定的自動駕駛速度勻速自動行使。轉(zhuǎn)向控制利用兩個攝像機對準(zhǔn)標(biāo)識線1 拍攝，把兩個視頻信號釆集到計算機進行分析，計算出運梁車前后中心線和標(biāo) 志線之間的距離，并把計算得到的偏離量數(shù)據(jù)通過CAN總線傳送給運梁車PLC 控制系統(tǒng)。如果運梁車2的軸線(中心線)與標(biāo)識線的夾角在一定的允許范圍 內(nèi)，則運梁車沿著標(biāo)識線方向自動行駛；如果向左偏離了標(biāo)識線，則PLC控 制系統(tǒng)控制運梁車自動向右轉(zhuǎn)向糾偏；如果向右偏離了標(biāo)識線，則PLC控制 系統(tǒng)控制運梁車自動向左轉(zhuǎn)向糾偏，讓車輛回到沿著標(biāo)識線線的行駛軌跡上。
由于系統(tǒng)需要處理車頭和車尾的偏移量，而且車輛的長度決定信號必須傳 輸較遠(yuǎn)的距離，如果采用傳統(tǒng)的圖像處理方式，模擬信號在那么遠(yuǎn)距離的傳輸 中很容易衰減、變形，而且抗千擾能力很差，很難滿足要求。因此，本發(fā)明的 計算機采用了集成了高性能圖像采集卡和當(dāng)前運行速度最快的DSP處理器， 這樣就可以在圖像采集之后馬上進行運算處理，兩幅視頻信號并行處理，速度 提高了兩倍以上，而且圖像信號不會受到干擾。
在兩個攝像機中分別進行視頻圖像的分析、計算之后，計算機通過串行 232接口輸出偏離量數(shù)據(jù)，非常重要的是此時輸出的是偏離量數(shù)據(jù)而不是圖 像，信息不會被干擾和延遲，如傳輸圖像，將是無法完成上述任務(wù)。利用串行
232接口轉(zhuǎn)CAN總線的轉(zhuǎn)換適配器轉(zhuǎn)換成適合PLC控制器接收的CAN總線信 號(如圖7所示并參考圖5)，供車輛運動控制系統(tǒng)控制并校正前進方向。
如圖6所示，這是攝像機系統(tǒng)的工作流程圖，該工作流程依次為初始化， 曝光參數(shù)調(diào)整，去噪聲濾波、自適應(yīng)二值化，有效像素提取，標(biāo)識線提取，偏 移距離計算，判斷結(jié)果有效性，數(shù)據(jù)輸出。其中，所述計算機分析、計算出偏 離量數(shù)據(jù)的步驟依次為去噪聲濾波、自適應(yīng)二值化，有效像素提取，標(biāo)識線提 取，偏移距離計算，判斷結(jié)果有效性。
由于使用環(huán)境比較復(fù)雜，光照強度等可能變化很大，而且可能在圖像采集 的過程中存在少量的噪聲干擾，所以在圖像分析、計算之前，需要進行若干步 驟的去噪聲濾波處理。在實際工況中，水泥地面上會有一些小的強反光點，都 要將目標(biāo)尺寸盡量放大以過濾掉這些小的雜點，從而保證計算機找到的白色物 體只有標(biāo)識線這一唯一的物體。另外在目標(biāo)選擇中，盡量把目標(biāo)對象選取調(diào)寬 一些，并且使用偏振片。
在選擇硬件配置時，為了最大發(fā)揮光源(LED光源)的作用，要盡量把光 源位置放低，安裝在車輛上足以保證有足夠的光照在標(biāo)識線的位置，以削弱周 圍光源的干擾。由于運梁車工作時間不固定，白天和晚上都有可能工作，因而 要考慮陽光對攝像機系統(tǒng)檢測可靠性的影響。在選光源時,使用高亮度的光源， 將其安裝高度降低，在攝像機旁邊加裝遮光罩，使用濾光片來解決此問題的影 響。
接下來對經(jīng)過處理的圖像進行分析，把無用信息去除，取出有效的象素， 通過圖象明亮值的比較，把標(biāo)識線提取出來，計算出標(biāo)識線的中心位置。同時 實時動態(tài)計算出標(biāo)示線中心相對于運梁車中心(原點)的準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)象素 信息，通過現(xiàn)場標(biāo)定計算，把象素值換算轉(zhuǎn)變成所需要的亳米級的距離值，并 根據(jù)之前若干次數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)的有效性，把有效的數(shù)據(jù)送給車輛的運動控 制系統(tǒng)來進行轉(zhuǎn)向控制。
圖像自適應(yīng)二值化和邊緣提取的基本原理為將圖像空間劃分成一些特定 的區(qū)域稱為圖像分割(Image Segmentaion)。圖像分割的依據(jù)建立在圖像直 方圖、相似性及非連續(xù)性概念之上。通過分割?？梢园褕D像分為目標(biāo)或前景和 背景。目標(biāo)就是對應(yīng)圖象中特定的、具有獨特性質(zhì)的區(qū)域(標(biāo)識線)，如包含
圖像的輪廓、邊緣、紋理、灰度等。通過把這些區(qū)域提取出來，才有可能對目 標(biāo)進行下一步的利用，如進行邊緣提取，曲線擬合等。對灰度圖像進行二值分
割，是通過選取圖像閾值。如對于256色的灰度圖像，通過選取閾值t,將小 于t的灰度全部設(shè)為0，即黑色；而將大于t的灰度全部設(shè)為255，即白色。 這樣目標(biāo)(標(biāo)識線)就從背景中獨立出來，從而進行下一步的處理。
如圖8所示的系統(tǒng)控制流程，對于運梁車上的前后攝像機得到的視頻關(guān)鍵 幀圖像進行分析，得到描述預(yù)先指定行駛線的一組參數(shù)，該參數(shù)可以反映平板 車與指定行駛線的相對位置，即平板車的運動狀態(tài)，通過分析該組參數(shù)的對應(yīng) 的行駛偏差，確定是否進行運動調(diào)整，如果不用調(diào)整即可進行下一視頻關(guān)鍵幀 圖像的分析，如果需要調(diào)整，將該運動狀態(tài)參數(shù)(速度、輪子角度、泵排量等) 轉(zhuǎn)換為運動控制參數(shù)，作為運動控制部分的輸入?yún)?shù)，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 在運動控制部分，將視頻分析部分得到的運動調(diào)整參數(shù)與平板車的即時運動物 理參數(shù)進行有效結(jié)合，由運動控制系統(tǒng)對運動中的平板車進行行駛干預(yù)。
權(quán)利要求
1、一種大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于1)、在路面上沿道路方向作出作為車輛行駛軌跡的標(biāo)識線；2)、在車輛上安裝運動控制系統(tǒng)和攝像機系統(tǒng)；由運動控制系統(tǒng)控制車輛前進，在前進過程中，由攝像機系統(tǒng)中的攝像機拍攝標(biāo)識線，通過攝像機系統(tǒng)中的計算機根據(jù)實時拍攝到的標(biāo)識線視頻圖像分析，計算出車輛偏離量數(shù)據(jù)，傳輸給運動控制系統(tǒng)；3)、運動控制系統(tǒng)根據(jù)獲得的偏離量數(shù)據(jù)，決定按原行駛方向行駛或糾正行駛方向。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于 所安裝的運動控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于 所述車輛在PLC控制系統(tǒng)控制下自動勻速前進。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于 所述攝像系統(tǒng)中安裝有兩個攝像機，兩個攝像機分別被安裝在車輛的車頭和車 尾。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于 所述車輛偏移數(shù)據(jù)是由計算機根據(jù)車輛前后中心線與標(biāo)識線之間的距離計算 出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于 所述計算機采用集成了高性能圖像采集卡的DSP處理器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于 所述偏離量數(shù)據(jù)通過串行232接口輸出，并由轉(zhuǎn)CAN總線的轉(zhuǎn)換適配器轉(zhuǎn)成CAN總線信號輸入給PLC控制系統(tǒng)。
8、 根據(jù)權(quán)利l所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于所 述計算機分析、計算出偏離量數(shù)據(jù)的步驟依次為去噪聲濾波、自適應(yīng)二值化， 有效像素提取，標(biāo)識線提取，偏移距離計算，判斷結(jié)果有效性。
9、 根據(jù)權(quán)利l所述的大型工程車輛自動駕駛控制方法，其特征在于所 述攝像機系統(tǒng)中還包含有光源，所述光源安裝在車輛上足以保證有足夠光照在 標(biāo)識線的位置，并在攝像機旁邊安裝遮光罩，避免外界強光對攝像機圖像釆集 產(chǎn)生干擾。
10、 一種大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，其特征在于包含有 標(biāo)識線，所述標(biāo)識線作為車輛行駛軌跡在路面上沿道路方向作出； 安裝在車輛上的攝像機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)；所述攝像機系統(tǒng)包含有攝像機和計算機，所述攝像機用于在車輛行進時拍 攝標(biāo)識線；所述計算機用于根據(jù)實時拍攝到的標(biāo)識線視頻圖像計算出車輛偏離量數(shù) 據(jù)，輸出給運動控制系統(tǒng)；所述運動控制系統(tǒng)由于根據(jù)獲得的偏離量數(shù)據(jù)，決定按原行駛方向行駛或 糾正行駛方向。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，其特征在 于所述運動控制系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，其特征在 于所述攝像機系統(tǒng)包含有兩個攝像機，兩個攝像機分別安裝在車輛的車頭和 車尾。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，其特征在 于所述計算機采用集成了高性能圖像采集卡的DSP處理器。
14、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的大型工程車輛自動駕駛控制系統(tǒng)，其特征在 于所述攝像機系統(tǒng)中還包含有光源，所述光源安裝在車輛上足以保證有足夠 光照在標(biāo)識線的位置，并在攝像機旁邊安裝遮光罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型工程車輛自動駕駛控制方法及系統(tǒng)，所述方法為在路面上沿道路方向作出作為車輛行駛軌跡的標(biāo)識線；在車輛上安裝運動控制系統(tǒng)和攝像機系統(tǒng)；由運動控制系統(tǒng)控制車輛前進，在前進過程中，由攝像機系統(tǒng)中的攝像機拍攝標(biāo)識線，通過攝像機系統(tǒng)中的計算機根據(jù)實時拍攝到的標(biāo)識線視頻圖像分析，計算出車輛偏離量數(shù)據(jù)，傳輸給運動控制系統(tǒng)；運動控制系統(tǒng)根據(jù)獲得的偏離量數(shù)據(jù)，決定按原行駛方向行駛或糾正行駛方向。該方法實現(xiàn)了大型工程車輛的自動駕駛、無人駕駛，從而提高了大型物件運輸?shù)墓ぷ餍室约斑\輸過程中的安全性。
文檔編號G05D1/02GK101109957SQ20071004400
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者樂可維, 田金柱 申請人:上海港機重工有限公司