本公开涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法。
背景技术：
露天矿山因其相对封闭、空旷的环境特点，是自动驾驶技术落地场景的最佳选择之一，而自动驾驶的关键技术涉及到环境感知、高精定位、决策规划、执行控制等，其中高精地图因其高精度、高粒度、实时性等特点，在自动驾驶中起到高精度定位、辅助感知、规划和决策等功能，保证了高效精准的路径规划和安全驾驶。
不同于传统城市地区的高精地图，露天矿山的地理要素随着高强度的土石方采集、运输和卸载一直处于高频率的更新变化过程中，其中重载矿卡的排土作业是土石方作业的关键环节之一，也是最危险的环节。露天矿山排土场平盘高差一般在10～20米，为了将土石方尽量排到下一级平盘，要求矿卡倒车时后车轮贴着平盘边缘挡墙，挡墙的高度一般在0.5～0.8米之间，通常需要驾驶司机通过观察后视镜和感受车体状态判断停车。
为了实现露天矿山的无人驾驶需要依靠实时精确定位及高精度地图。现有高精地图通常面向城市地区较为规则的高精地图路网的建设，依据采集激光点云和影像数据绘制规则车道线、交通标志等路网要素，对于封闭场景尤其是露天矿山的用于自动驾驶的高精地图绘制与更新方法非常有限。例如一些现有高精地图绘制与更新方法基于高精轨迹数据结合纯图像数据测量并绘制车道线，但该方法难以适用于没有车道线标志的矿山道路；或基于公路乘用车发现并请求更新高精地图，但该方法难以适用于更新频率达到分钟级甚至秒级的露天矿区开放区域的定位与路径规划需求。因此现有方法难以实现露天矿山自动驾驶的对于排土场挡墙高精度、高效率的自动化更新要求，需要针对露天矿山自动驾驶排土场作业的特点，设计一套高效率、高精度的排土场挡墙高精地图自动化更新方法。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法，其中，包括：
等待接收卡车调度系统发出排土场挡墙更新指令；
若接收到所述排土场挡墙更新指令，则调度铲车修整待更新排土场挡墙区域地形；
当接收到挡墙修整完成信号，调度采图车辆采集修整后排土场挡墙区域的点云数据；
当接收到采图车辆上传的激光点云数据后，计算排土场挡墙更新矢量；
当获取排土场挡墙更新矢量更新完成消息后，采用排土场挡墙更新矢量，融合更新排土场挡墙高精地图。
根据本公开实施例，所述计算排土场挡墙更新矢量包括：
对原始数据进行预处理；
利用ransac算法对预处理后的点云数据分割，将地面点云和挡墙坡面点云分离；
结合当前排土场挡墙和编组排土位gis数据，将挡墙坡面点云按排土位宽度分割为多段的点集；
基于最小二乘法拟合每段点集的挡墙线段，得到挡墙线段集，其中，选择高于后轮胎半径2/3高度的坡面点云参与拟合；
序列化拟合挡墙线段集，优化调整并滤除两端未做挡墙修整的冗余数据段，得到排土场更新区域的更新矢量，
通过消息中间件发布排土场挡墙更新矢量更新完成消息。
根据本公开实施例，所述对原始数据进行预处理包括：基于更新范围的裁剪、体素滤波精简数据量、高斯滤波去噪等。
根据本公开实施例，所述采用排土场挡墙更新矢量，融合更新排土场挡墙高精地图包括：
启动排土场地图更新服务，所述地图更新服务通过匹配矿区地图id、排土场id和对应挡墙id，基于更新矢量的几何数据确定更新起止点，替换融合更新的矢量数据，发布新版本高精地图，基于消息中间件广播地图更新消息。
根据本公开实施例，所述排土场挡墙地图更新方法还包括：
接收排土场挡墙高精地图消息后，启动排土场排土位规划服务，基于新的挡墙规划新的编组排土位资源，供卡车调度系统使用。
根据本公开实施例，卡车调度系统在监测到至少一组排土位已经排满或即将排满，或排土位资源即将耗尽时，发送排土场挡墙更新指令。
根据本公开实施例，所述调度铲车修整待更新排土场挡墙区域地形包括：
计算待更新挡墙的起止范围，下发到铲车终端，发出修整挡墙指令。
根据本公开实施例，所述调度采图车辆采集修整后排土场挡墙区域的点云数据包括：
基于更新起止点规划一条沿着原挡墙线内侧6.5～8.5米距离的点云采集路径，并向两端各延伸一个排土位宽度，将采集任务下发给距离最近、已经完成或即将完成排土方作业的采图车辆，同时发送指令限制所述采图车辆以不超过预定车速的速度，依据规划的采集路径自动驾驶采集待更新挡墙区域激光点云数据，采集完成后将点云数据上传。
根据本公开的另一个方面，提供了一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新装置，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如前所述的方法。
根据本公开的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如前所述的方法。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法至少具有以下有益效果其中之一：
(1)实现了排土场挡墙更新区域更新矢量(矿卡排土时后车轮停靠坡线)的高精度自动化提取，极大提升了露天矿山场景下自动驾驶的安全性和效率；
(2)充分考虑矿山自动驾驶实际作业场景，自动化程度高，最优化自动作业流程减少运营人员介入概率，极大提升自动化作业效率；
(3)结合排土方作业实际场景，排土场挡墙矢量边界不使用地面与挡墙坡面的分界线，而是考虑挡墙坡度和矿卡车轮半径，提取车轮半径2/3高度的坡面矢量线，实现排土方作业时矿卡的安全、精准停靠，最大化将土方排入下层平盘。
附图说明
图1为本公开实施例应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法的流程图。
图2为本公开实施例的应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新装置的框图。
具体实施方式
本公开提供了一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法。
图1为本公开实施例应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法的流程图。如图1所示，本公开应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新方法包括：
步骤s1，接收卡车调度系统发出排土场挡墙更新指令。
露天矿山排土场挡墙每次更新后，控制平台会自动规划出多个编组排土位供卡车调度系统使用，卡车调度系统在监测到一组或多组排土位已经排满或即将排满，或排土位资源即将耗尽时，向控制平台发出排土场挡墙更新指令。
步骤s2，调度铲车修整待更新排土场挡墙区域地形。
控制平台接收到卡车调度系统上报的排土场挡墙更新指令后，计算待更新挡墙的起止范围，下发到铲车终端，发出修整挡墙指令。
铲车终端接收到指定后，指示铲车修整指定区域的挡墙地形，使其达到可供重载矿卡排土方作业的挡墙规范要求，完成后铲车终端上发出挡墙修整完成信号。示例性地，所述挡墙地形是否符合可供重载矿卡排土方作业的挡墙规范要求可以通过图像传感器进行检测，并通过对图像的处理结果进行判断。
步骤s3，调度采图车辆采集修整后排土场挡墙区域的点云数据。
控制平台接收到铲车终端的挡墙修整完成信号后，基于更新起止点规划一条沿着原挡墙线内侧6.5～8.5米距离的点云采集路径，为保证一定的数据冗余，向两端各延伸一个排土位宽度(4.8米)，将采集任务下发给合适(距离最近、已经完成或即将完成排土方作业)的矿卡。
接到点云采集指令的矿卡在完成当前任务(排土方作业)后，依据控制平台规划的路径自动驾驶采集待更新挡墙区域激光点云数据，为保证点云密度，限制采集过程中车辆速度不超过6km/h，采集完成后将点云数据上传至控制平台。
步骤s4，精确计算排土场挡墙更新矢量。
s401，控制平台接收到矿卡上传的激光点云数据后，首先对原始数据进行预处理，包括基于更新范围的裁剪、体素滤波精简数据量、高斯滤波去噪等等；
s402，利用ransac算法对预处理后的点云数据分割，将地面点云和挡墙坡面点云分离；
s403，结合当前版本排土场挡墙和编组排土位gis数据(gis：地理信息系统)，将挡墙坡面点云分割为4.8米(排土位宽度)一段的点集；
s404，基于最小二乘法拟合每段点集的挡墙线段，为使矿卡排土作业时后车轮精确停靠挡墙线，考虑挡墙坡度和矿卡车轮半径，仅选择高于后轮胎半径2/3高度的坡面点云参与拟合；
s405，序列化精确拟合挡墙线段集，优化调整并滤除两端可能存在的未做挡墙修整的冗余数据段，最后得到排土场更新区域精确的更新矢量，通过消息中间件发布排土场挡墙矢量更新完成消息。
步骤s5，融合更新排土场挡墙高精地图。
控制平台在步骤s4计算得到精确的排土场挡墙更新矢量后，启动排土场地图更新服务。地图更新服务通过匹配矿区地图id、排土场id和对应挡墙id，基于更新矢量的几何数据确定更新起止点，替换融合更新的矢量数据，发布新版本高精地图，基于消息中间件广播地图更新消息。排土场排土位规划服务接收消息后基于新的挡墙规划新的编组排土位资源供卡车调度系统使用。
本公开的实施例实现了排土场挡墙更新区域更新矢量(矿卡排土时后车轮停靠坡线)的高精度自动化提取，极大提升了露天矿山场景下自动驾驶的安全性和效率。
在本公开的又一个示例性实施例中，提供了一种应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新装置。
图2示意性示出了根据本公开实施例的应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新装置的框图。图2示出的装置仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图2所示，应用于露天矿山自动驾驶的排土场挡墙地图更新装置200包括处理器210、计算机可读存储介质220。该排土场挡墙地图更新装置200可以执行根据本公开实施例的方法。
具体地，处理器210例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))，等等。处理器210还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器210可以是用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
计算机可读存储介质220，例如可以是非易失性的计算机可读存储介质，具体示例包括但不限于：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；等等。
计算机可读存储介质220可以包括计算机程序221，该计算机程序221可以包括代码/计算机可执行指令，其在由处理器210执行时使得处理器210执行根据本公开实施例的方法或其任何变形。
计算机程序221可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序221中的代码可以包括一个或多个程序模块，例如包括221a、模块221b、……。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合，当这些程序模块组合被处理器210执行时，使得处理器210可以执行根据本公开实施例的方法或其任何变形。
本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。
本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。