1.本发明涉及无人驾驶安全控制技术领域，具体涉及一种具有双层安全结构体系的无人矿卡安全控制方法。
背景技术：
2.自2016年起我国就在不断推进矿山智能化进程，并在2020年初《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》中明确，到2025年大型煤矿和灾害严重煤矿要基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系。此外，当前矿山招工难、管理难、成本高等问题又迫在眉睫，急需革命性的矿山运输系统方案。同时，露天矿区运输具备封闭无人、线路固定、低速等适合无人驾驶落地的特征，上述因素的推动使得矿山无人驾驶在近五年内得到蓬勃的发展。
3.安全是矿山无人驾驶首先要关注的因素。露天矿卡运输道路复杂、车辆载重大、刹车距离长，同时由于无人矿卡体积庞大，很容易发生碰撞事故，因此矿卡安全控制系统对于保障无人运输系统的正常运行具有重要的意义。
4.目前，矿山无人驾驶卡车的安全控制系统大多都是参考乘用车防撞系统开发的，主要思路是利用无人驾驶系统的激光雷达、毫米波雷达、机器视觉等传感器，探测矿卡和障碍物之间的距离、相对速度、相对航向等信息，然后决策规划系统基于整车机械特性、路径约束、安全距离等做出动作规划，执行减速、转向或停车等操作。但是由于传感器噪声、规划算法误差等因素，会导致感知特征和规划下发的指令出现异常；此外，目前重型卡车的线控底盘技术还不够成熟，在执行规划指令的过程中也会出现误差，这些因素的综合效应会导致无人矿卡出现偏离路径、距离障碍物过近、甚至发生碰撞等危险运行情况。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种具有双层安全结构体系的无人矿卡安全控制方法。
6.本发明解决上述问题的技术方案为：一种具有双层安全结构体系的无人矿卡安全控制方法，具体包括以下步骤：
7.步骤1，首先在矿卡驾驶室车顶安装双天线组合定位系统；在前保险杆正中间位置安装多线激光雷达作为主视雷达，在左右两后视镜位置分别安装一个多线激光雷达作为补盲雷达，在矿卡前脸左下角、右下角分别安装一个单线激光雷达，在主视雷达的正下方安装一个毫米波雷达，在矿卡后轴大梁上安装一个毫米波雷达，各多线激光雷达、单线激光雷达、毫米波雷达分别连接安全控制器；
8.步骤2，进行三个多线光雷达和双天线组合导航系统之间的空间配准；
9.步骤3，进行三个多线激光雷达之间的时间配准；
10.步骤4，上层安全控制：根据主视激光雷达和两个补盲激光雷达探测的障碍物信息，结合矿卡当前位置信息，运动规划模块产生一条满足车辆动力学约束的路径，并且避免
与车载传感器检测到的障碍物的碰撞；
11.步骤5，下层主动安全防撞：根据单线激光雷达和毫米波雷达探测到的障碍物信息，结合上层运动规划模块下发的规划速度、规划方向盘目标转角、轮偏角、加速度踏板开度、档位、制动减速度等信息，在满足安全刹车的情况下，预判碰撞，通知车辆控制系统；同时根据设计的安全策略，实时限制车辆的运动速度，防止危险工况的发生。
12.进一步的，双天线组合定位系统的安装保证两个天线之间的平面距离大于1.5米，且此两个天线构成的直线与车体纵轴线垂直。
13.进一步的，步骤2中三个多线激光雷达和双天线组合导航系统之间的空间配准的具体方法为：将矿卡在空旷地区绕八字行驶5次，每次行驶记录5个时间点时双天线组合定位系统给出的车辆位置信息，将三个多线激光雷达在这5个时间点捕捉的点云投影到世界坐标系中，并进行拼接，利用矩阵运算求解得到三个多线激光雷达到双天线组合定位系统的旋转矩阵和平移矩阵。
14.进一步的，步骤2中三个多线激光雷达之间的时间配准的具体方法为：利用双天线组合定位系统中的gnss模块输出的pps和gprmc信号，当三个多线激光雷达接收到pps秒脉冲信号后，将内部以晶振为时钟源的系统时间里的毫秒及以下时间清零，并由此开始计算毫秒时间；当三个多线激光雷达收到gprmc数据后，提取报文里的时、分、秒、年、月、日utc时间；将收到pps脉冲到解析出gprmc中utc时间所花费的时间，与utc整秒时间相加，然后将此时间同步到多线激光雷达内部的系统时间。
15.本发明具有有益效果：
16.本发明提供了一种具有双层安全结构体系的无人矿卡安全控制方法，本系统基于双层冗余结构设计，可以消除规划误差、感知误差和执行误差而导致的矿卡运行危险，大幅度提高无人矿卡的安全性；在原有自动驾驶传感器基础上仅仅增加了2颗单线激光雷达，成本较低。
具体实施方式
17.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
18.一种具有双层安全结构体系的无人矿卡安全控制方法，具体包括以下步骤：
19.步骤1，首先在矿卡驾驶室车顶安装双天线组合定位系统，保证两个天线之间的平面距离大于1.5米，且此两个天线构成的直线与车体纵轴线垂直；在前保险杆正中间位置安装多线激光雷达作为主视雷达，在左右两后视镜位置分别安装一个多线激光雷达作为补盲雷达，在矿卡前脸左下角、右下角分别安装一个单线激光雷达，在主视雷达的正下方安装一个毫米波雷达，在矿卡后轴大梁上安装一个毫米波雷达，各多线激光雷达、单线激光雷达、毫米波雷达分别连接安全控制器；
20.步骤2，进行多传感器之间的空间配准：将矿卡在空旷地区绕八字行驶5次，每次行驶记录5个时间点时双天线组合定位系统给出的车辆位置信息，将三个多线激光雷达在这5
个时间点捕捉的点云投影到世界坐标系中，并进行拼接，利用矩阵运算求解得到三个多线激光雷达到组合定位系统的旋转矩阵和平移矩阵，完成三个多线光雷达和组合导航系统之间的空间配准，该矩阵利用矩阵运算求解得到三个多线激光雷达到组合定位系统的旋转矩阵和平移矩阵可以参考一种多线激光雷达与gnss/ins系统标定方法,叶珏磊等，《激光与红外》vol.50， no.1；
21.步骤3，进行多传感器之间的时间配准：利用双天线组合定位系统中的gnss模块输出的 pps和gprmc信号，当三个多线激光雷达接收到pps秒脉冲信号后，将内部以晶振为时钟源的系统时间里的毫秒及以下时间清零，并由此开始计算毫秒时间；当三个多线激光雷达收到 gprmc数据后，提取报文里的时、分、秒、年、月、日utc时间；将收到pps脉冲到解析出 gprmc中utc时间所花费的时间，与utc整秒时间相加，然后将此时间同步到多线激光雷达内部的系统时间，从而实现对整系统各模块的时间精准同步；
22.步骤4，上层安全控制：根据主视激光雷达和两个补盲激光雷达探测的障碍物信息，结合矿卡当前位置信息，运动规划模块产生一条满足车辆动力学约束的路径，并且避免与车载传感器检测到的障碍物的碰撞；
23.步骤5，下层主动安全防撞：根据单线激光雷达和毫米波雷达探测到的障碍物信息，结合上层运动规划模块下发的规划速度、规划方向盘目标转角、轮偏角、加速度踏板开度、档位、制动减速度等信息，在满足安全刹车的情况下，预判碰撞，通知车辆控制系统；同时根据设计的安全策略，实时限制车辆的运动速度，防止危险工况的发生。
24.由上层安全控制系统和下层安全控制系统构成，上层安全控制功能由自动驾驶系统的运动规划模块完成，下层安全控制功能由基于单线激光雷达、毫米波雷达和安全控制器构成的主动安全模块完成。
25.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。