一种压路机多机作业的路径规划方法及系统与流程

1.本发明涉及道路施工领域，尤其涉及一种道路施工过程中，摊铺机、钢轮压路机、胶轮压路机等多机型工程机械的联动作业方法及系统。


背景技术：

2.智能化、无人化是建设施工行业的发展趋势，将无人压路机引进道路压实作业中，能够保障全天候施工效率和质量，降低生产成本和安全隐患。路径规划是无人压路机的关键技术之一，为压路机规划合理的压路路线。
3.当前一些无人压路机路径规划方法不能保证规划的压路机的行驶路径覆盖整个压路区域；一些方法规划的压路机的行驶路径只能覆盖当前压路区域，不能自动进入下一压路区域继续作业。因此这些方法需要施工人员经常手动调整压路机的初始位置，不能真正实现连续压路作业。另外一些路径规划方法，仅适用于一台无人压路机施工的场景，而实际的道路施工往往有多台压路机同时作业。
4.道路施工中，每台压路机作业路线必须覆盖当前压路区域，完成当前作业区域后，需要进入到下一个区域进行连续作业，而且需要满足多台压路机同时作业的场景。因此需要为压路机多机连续作业设计合理的路径规划方法，才能够在道路施工中得到真正应用。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种压路机多机作业的路径规划方法及系统，解决了常规方法不支持多机作业和不能连续作业的问题，有助于实现压路施工无人化。
6.根据本发明实施例的第一方面，提供一种压路机多机作业的路径规划方法，包括：
7.步骤1，根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径；
8.步骤2，根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，延伸所述左右边界路径和中间路径；
9.步骤3，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径以及左右边界路径间的变道路径；
10.步骤4，根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径。
11.优选的，步骤1中，根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径，具体包括：
12.系统读取当前施工区域的中心线信息，当前施工区域的中心线由一系列离散的路径点构成，每个路径点表示为(x
m
,y
m
,θ
m
,s
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；其中，x、y表示经度和纬度，θ表示路径点的方向，s表示路径点的长度，m表示施工区域中心线路径点的序号，m表示当前施工区域中心线路径点的总个数；因此，中心线路径l
center
表示为(x
m
,y
m
,θ
m
,s
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；
13.根据当前施工区域的中心线信息和预先设定的道路宽度d，计算左右边界的路径
点分别为：左边界路径l
left
表示为(xl
m
,yl
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；右边界路径l
right
表示为(xr
m
,yr
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；其中，xl，yl为左边界路径点的经度和纬度；xr，yr为右边界路径点的经度和纬度；xl，yl，xr，yr分别满足以下公式：
[0014][0015]
其中，a为压路机宽度。
[0016]
优选的，步骤2中，根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，具体包括：
[0017]
根据道路宽度以及压路机宽度，设定中间路径的数量n，n取不小于(d
‑
a)/ka
‑
1的最小正整数；其中，a为压路机宽度，k为用户设定的参数，默认取k＝2/3；
[0018]
根据所述左右边界路径生成n个平行于中心线的中间路径；第n个中间路径l
n
(n＝1,2,3,
……
,n)的路径点表示为(xc
nm
,yc
nm
)，m＝1,2,3,
……
,m；其中，xc
nm
和yc
nm
分别表示第n个中间路径的第m个路径点的经度和纬度；xc
nm
和yc
nm
均满足以下公式：
[0019][0020]
优选的，步骤2中，延伸所述左右边界路径和中间路径，具体包括：
[0021]
根据左右边界路径的走势，向后延伸左右边界路径，得到左右边界路径向后延伸的路径lr0和lr
n+1
，左右边界路径向后延伸路径的长度为d1＝vb+(v
‑
1)b0，若d1<d0，取d1＝d0；其中v为参与施工的压路机数量，b为压路机的长度，b0为前后2台压路机之间的安全距离，d0为变道长度；按照中间路径的走势，向后延伸中间路径，得到中间路径向后延伸的路径lr1、lr2、
……
、lr
n
，中间路径向后延伸路径的长度为d2＝b，若d2<d0，取d2＝d0；
[0022]
根据压路机碾压的方向，向前延伸左右边界路径和中间路径，向前延伸路径分别为lf0、lf1、lf2、
……
、lf
n
、lf
n+1
；若碾压方向为从左到右，则向前延伸路径的延伸长度依次为0、e、2e、
……
、ne、(n+1)e；若碾压方向为从右到左，则向前延伸路径的延伸长度依次为(n+1)e、ne、
……
、2e、e、0；其中，e为用户设定的向前延伸距离参数，默认值为0.5m。
[0023]
优选的，步骤3中，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径，具体包括：
[0024]
若压路机的碾压方向为从左到右，则依次设置平滑曲线s
t
连接路径lr
t
和路径lr
t+1
，t＝0,1,2,
……
,n；其中，s
t
的起点为路径lr
t
上距离延伸起点d0的路径点，s
t
的终点为路径lr
t+1
上的延伸起始路径点；
[0025]
若压路机的碾压方向为从右到左，则依次设置平滑曲线s
t
连接路径lr
t+1
和路径
lr
t
，t＝n,n
‑
1,
……
,2,1,0；其中，s
t
的起点为路径lr
t+1
上距离延伸起点d0的路径点，s
t
的终点为路径lr
t
上的延伸起始路径点。
[0026]
优选的，步骤3中，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划左右边界路径间的变道路径，具体包括：
[0027]
若碾压方向为从左到右，则设置平滑曲线l1连接右边界路径l
right
和左边界路径l
left
。其中，l1的起点为右边界路径l
right
的起点，l1的终点为左边界路径l
left
的终点；若碾压方向为从右到左，则设置平滑曲线l2连接左边界路径l
left
和右边界路径l
right
；其中，l2的起点为左边界路径l
left
的起点，l2的终点为右边界路径l
right
的终点。
[0028]
优选的，步骤4中，根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径，具体包括：
[0029]
根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径，以使各压路机从初始位置开始完成对左右边界路径和每一中间路径的一遍压路作业后，返回到初始位置；若各压路机完成当前施工区域的压路作业，则继续规划各压路机的行驶路径，以使各压路机行驶到下一作业区域的初始位置。
[0030]
根据本发明实施例的第二方面，还提供一种压路机多机作业的路径规划系统，包括：
[0031]
路径生成模块，用于根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径；
[0032]
路径延伸模块，用于根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，延伸所述左右边界路径和中间路径；
[0033]
变道规划模块，用于根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径以及左右边界路径间的变道路径；
[0034]
路径规划模块，用于根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径。
[0035]
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法。
[0036]
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行第一方面实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法。
[0037]
本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法及系统，规划的压路机的行驶路径满足多台压路机同时作业的实际需求，能够使压路机作业路线覆盖整个压路区域，完成当前作业区域的压路后，可以进入到下一个区域初始位置，实现连续作业，从而实现压路施工无人化。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法流程示意图；
[0040]
图2为本发明实施例提供的生成左右边界路径示意图；
[0041]
图3为本发明实施例提供的生成中间路径示意图；
[0042]
图4(a)为本发明实施例提供的碾压方向从左到右时向前向后延伸径示意图；
[0043]
图4(b)为本发明实施例提供的碾压方向从右到左时向前向后延伸径示意图；
[0044]
图5(a)为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从左到右时相邻路径间的变道路径生成示意图；
[0045]
图5(b)为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从右到左时相邻路径间的变道路径生成示意图；
[0046]
图6为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从左到右时左右边界路径间的变道路径示意图；
[0047]
图7为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从右到左时左右边界路径间的变道路径示意图；
[0048]
图8为本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划系统的结构框图；
[0049]
图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
[0051]
目前，现有的压路机路径规划方法不能保证规划的压路机的行驶路径覆盖整个压路区域；现有的压路机路径规划方案主要包括以下两类，一类压路机路径规划方法规划的压路机路径只能覆盖当前施工区域，不能自动进入下一压路区域继续作业，因此这些方法需要施工人员经常手动调整压路机的初始位置，不能真正实现连续压路作业。另一类压路机路径规划方法，仅适用于一台无人压路机施工的场景，而实际的道路施工往往有多台压路机同时作业。
[0052]
针对现有技术的上述问题，本发明实施例提供了一种压路机多机作业的路径规划方法，解决了常规方法不支持多机作业和不能连续作业的问题，实现压路施工无人化。以下将结合附图通过多个实施例进行展开说明和介绍。
[0053]
图1为本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法包括但不限于以下步骤：
[0054]
步骤1，根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径。
[0055]
图2为本发明实施例提供的生成左右边界路径示意图，参照图2，作为一种可能的实施方式，本实施例中，系统读取当前施工区域的中心线信息，当前施工区域的中心线由一系列离散的路径点构成，每个路径点表示为(x
m
,y
m
,θ
m
,s
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；其中，x、y表示经度和纬度，θ表示路径点的方向，s表示路径点的长度，m表示施工区域中心线路径点的
序号，m表示当前施工区域中心线路径点的总个数；因此，中心线路径l
center
表示为(x
m
,y
m
,θ
m
,s
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；
[0056]
根据当前施工区域的中心线信息和预先设定的道路宽度d，计算左右边界的路径点分别为：左边界路径l
left
表示为(xl
m
,yl
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；右边界路径l
right
表示为(xr
m
,yr
m
)，m＝1,2,3,
……
,m；其中，xl，yl为左边界路径点的经度和纬度；xr，yr为右边界路径点的经度和纬度；xl，yl，xr，yr分别满足以下公式：
[0057][0058]
其中，a为压路机宽度。
[0059]
步骤2，根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，延伸所述左右边界路径和中间路径。
[0060]
图3为本发明实施例提供的生成中间路径示意图，参照图3，本实施例中，首先，根据道路宽度以及压路机宽度，设定中间路径的数量n，n取不小于(d
‑
a)/ka
‑
1的最小正整数；其中，a为压路机宽度，k为用户设定的参数，默认取k＝2/3；
[0061]
根据所述左右边界路径生成n个平行于中心线的中间路径；其中，第n个中间路径l
n
(n＝1,2,3,
……
,n)的路径点表示(xc
nm
,yc
nm
)，m＝1,2,3,
……
,m；其中，xc
nm
和yc
nm
分别表示第n个中间路径的第m个路径点的经度和纬度；xc
nm
和yc
nm
均满足以下公式：
[0062][0063]
然后，根据压路机的实际施工需求，考虑压路机长度、安全距离以及路径走势，延伸上述左右边界路径和中间路径。图4(a)为本发明实施例提供的碾压方向从左到右时向前向后延伸径示意图，图4(b)为本发明实施例提供的碾压方向从右到左时向前向后延伸径示意图。参照图4(a)和图4(b)，根据左右边界路径的走势，向后延伸左右边界路径，得到左右边界路径向后延伸的路径lr0和lr
n+1
，左右边界路径向后延伸路径的长度为d1＝vb+(v
‑
1)b0，若d1<d0，取d1＝d0；其中v为参与施工的压路机数量，b为压路机的长度，b0为前后2台压路机之间的安全距离，d0为变道长度；按照中间路径的走势，向后延伸中间路径，得到中间路径向后延伸的路径lr1、lr2、
……
、lr
n
，中间路径向后延伸路径的长度为d2＝b，若d2<d0，取d2＝d0。根据压路机碾压的方向，向前延伸左右边界路径和中间路径，向前延伸路径分别为lf0、lf1、lf2、
……
、lf
n
、lf
n+1
。若碾压方向为从左到右，参照图4(a)，向前延伸路径的延伸长度依次为0、e、2e、
……
、ne、(n+1)e。若碾压方向为从右到左，参照图4(b)，则向前延伸路径的延伸长度依次为(n+1)e、ne、
……
、2e、e、0；其中，e为用户设定的向前延伸距离参数，默认
值为0.5m。
[0064]
步骤3，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径以及左右边界路径间的变道路径。
[0065]
作为一种可能的实施方式，步骤3中，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径，具体包括：
[0066]
图5(a)为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从左到右时相邻路径间的变道路径生成示意图，参照图5(a)，若压路机的碾压方向为从左到右，则依次设置平滑曲线s
t
连接路径lr
t
和路径lr
t+1
，t＝0,1,2,
……
,n；其中，s
t
的起点为路径lr
t
上距离延伸起点d0的路径点，s
t
的终点为路径lr
t+1
上的延伸起始路径点。
[0067]
图5(b)为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从右到左时相邻路径间的变道路径生成示意图，参照图5(b)，若压路机的碾压方向为从右到左，则依次设置平滑曲线s
t
连接路径lr
t+1
和路径lr
t
，t＝n,n
‑
1,
……
,2,1,0；其中，s
t
的起点为路径lr
t+1
上距离延伸起点d0的路径点，s
t
的终点为路径lr
t
上的延伸起始路径点。
[0068]
作为一种可能的实施方式，步骤3中，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划左右边界路径间的变道路径，具体包括：
[0069]
图6为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从左到右时左右边界路径间的变道路径示意图，参照图6，若碾压方向为从左到右，则设置平滑曲线l1连接右边界路径l
right
和左边界路径l
left
；其中，l1的起点为右边界路径l
right
的起点，l1的终点为左边界路径l
left
的终点。
[0070]
图7为本发明实施例提供的压路机碾压方向为从右到左时左右边界路径间的变道路径示意图，参照图7，若碾压方向为从右到左，则设置平滑曲线l2连接左边界路径l
left
和右边界路径l
right
；其中，l2的起点为左边界路径l
left
的起点，l2的终点为右边界路径l
right
的终点。
[0071]
步骤4，根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径。
[0072]
本实施例中，根据延伸后的路径和左右边界路径以及各路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径，以使各压路机从初始位置开始完成对左右边界路径和每一中间路径的一遍压路作业后，返回到初始位置；若各压路机完成当前施工区域的压路作业，则继续规划各压路机的行驶路径，以使各压路机行驶到下一作业区域的初始位置。
[0073]
参照图6，若碾压方向为从左到右，压路机从初始位置开始，完成一遍压路作业后，返回到初始位置，则规划的压路机的行驶路径依次为：lr0、l
left
、lf0、lf0‑
、l
left
‑
、lr0‑
、s0、l1、lf1、lf1‑
、l1‑
、lr1‑
、s1、l2、lf2、lf2‑
、l2‑
、lr2‑
、s2、
……
、s
n
、l
right
、lf
n+1
、lf
n+1
‑
、l
right
‑
、lr
n+1
‑
、lr
n+1
、l1、l
left
‑
、lr0‑
。若要求多遍压路作业，则重复上述规划的压路机的行驶路径行驶；若完成当前区域的压路作业，则继续规划路径lr0、l
left
行驶到下一作业区间的初始位置。
[0074]
参照图7，若碾压方向为从右到左，压路机从初始位置开始，完成一遍压路作业后，返回到初始位置，则规划的压路机的行驶路径依次为：lr
n+1
、l
right
、lf
n+1
、lf
n+1
‑
、l
right
‑
、lr
n+1
‑
、s
n
、l
n
、lf
n
、lf
n
‑
、l
n
‑
、lr
n
‑
、s
n
‑1、l
n
‑1、lf
n
‑1、lf
n
‑1‑
、l
n
‑1‑
、lr
n
‑1‑
、s
n
‑2、
……
、s0、l
left
、lf0、lf0‑
、l
left
‑
、lr0‑
、lr0、l2、l
right
‑
、lr
n+1
‑
。若要求多遍压路作业，则重复上述规划的压路机的行驶路径行驶。若完成当前区域的压路作业，则继续规划路径lr
n+1
、l
right
行驶到下一作业区间
的初始位置。
[0075]
本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法，规划的压路机的行驶路径满足多台压路机同时作业的实际需求，能够使压路机作业路线覆盖整个压路区域，完成当前作业区域的压路后，可以进入到下一个区域初始位置，实现连续作业，从而实现压路施工无人化。
[0076]
在一个实施例中，图8为本发明实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法的结构框图，参照图8，本发明实施例还提供一种压路机多机作业的路径规划系统，包括：
[0077]
路径生成模块801，用于根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径；
[0078]
路径延伸模块802，用于根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，延伸所述左右边界路径和中间路径；
[0079]
变道规划模块803，用于根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径以及左右边界路径间的变道路径；
[0080]
路径规划模块804，用于根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径。
[0081]
可以理解的是，本发明提供的一种压路机多机作业的路径规划系统与前述各实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法相对应，具体的如何利用该系统进行压路机多机作业的路径规划，可以参照前述实施例中压路机多机作业的路径规划方法的相关技术特征，本实施例在此不再赘述。
[0082]
在一个实施例中，本发明实施例提供了本发明实施例提供了一种电子设备，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)901、通信接口(communications interface)902、存储器(memory)903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信。处理器901可以调用存储器903中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法的步骤，例如包括：步骤1，根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径；步骤2，根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，延伸所述左右边界路径和中间路径；步骤3，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径以及左右边界路径间的变道路径；步骤4，根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径。
[0083]
在一个实施例中，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的压路机多机作业的路径规划方法的步骤，例如包括：步骤1，根据当前施工区域的中心线信息和预设的道路宽度，生成左右边界路径；步骤2，根据所述左右边界路径，生成若干平行于中心线的中间路径，延伸所述左右边界路径和中间路径；步骤3，根据压路机的碾压方向以及延伸后的路径，规划相邻路径间的变道路径以及左右边界路径间的变道路径；步骤4，根据延伸后的路径和左右边界路径间的变道路径，规划多台压路机的行驶路径。
[0084]
综上所述，本发明实施例提供了一种压路机多机作业的路径规划方法及系统，规划的压路机的行驶路径满足多台压路机同时作业的实际需求，能够使压路机作业路线覆盖整个压路区域，完成当前作业区域的压路后，可以进入到下一个区域初始位置，实现连续作
业，从而实现压路施工无人化。
[0085]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0086]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0087]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(方法)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的方法。
[0088]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0089]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0090]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0091]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。