一种弯道车辆定位装置及方法
阅读：946发布：2023-12-28
专利汇可以提供一种弯道车辆定位装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种弯道车辆 定位 装置及方法，其中，所述装置包括：激光扫描单元及中央处理单元；所述激光扫描单元，用于实时采集弯道区域测距 波形 ；所述中央处理单元，与所述激光扫描单元连接，用于接收所述激光扫描单元发送的弯道区域测距波形，并对当前 帧 测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点 位置 信息；将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。本发明定位实时、定位 精度 高、且定位信息丰富，能够解决辅助驾驶或无人驾驶中的安全通过弯道的问题。，下面是一种弯道车辆定位装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种弯道车辆定位装置，其特征在于，所述装置包括：激光扫描单元及中央处理单元；
所述激光扫描单元，固定于安装立杆上，位于弯道内侧圆心点或者弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离处，用于实时采集弯道区域测距波形；
所述中央处理单元，与所述激光扫描单元连接，用于接收所述激光扫描单元发送的弯道区域测距波形，并对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息；将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光扫描单元位于弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离时，所述预设距离大于等于2000mm；
所述激光扫描单元距离路面高度大于等于700mm且小于等于850mm；
所述激光扫描单元以扫描频率f及扫描角度分辨率 平行于路面所在平面进行扫描；
所述激光扫描单元在每个扫描周期的扫描角范围为0-270°。
3.一种弯道车辆定位方法，其特征在于，所述方法包括：
激光扫描单元实时采集弯道区域测距波形；
中央处理单元接收所述激光扫描单元发送的弯道区域测距波形，并对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息；
所述中央处理单元将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；
所述中央处理单元根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述中央处理单元对所述弯道新进车辆进行实时跟踪，以在所述弯道新进车辆驶离弯道区域时清除所述车辆。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述坐标转换，包括：
根据公式一对当前帧测距波形进行坐标转换：
其中，i为扫描点序号，L(i)为扫描点i到激光扫描单元中心点距离，n0为激光扫描单元中发射光线与ox轴重合的发射点序号，为激光扫描单元的扫描角度分辨率，x(i)为扫描点i在oxy直角坐标系中的横坐标，y(i)为扫描点i在oxy直角坐标系中的纵坐标。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述干扰排除，包括：
步骤一：根据公式二计算得到扫描点i到弯道内侧圆心的距离L′(i)：
步骤二：根据公式三计算得到扫描点i及弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q(i)：
其中，以激光扫描单元中心点为坐标系圆点o，激光扫描单元侧边为坐标轴oy，垂直oy轴过o点直线为ox轴；
步骤三：根据Q(i)和L′(i)采用公式四将不在弯道及不在弯道车道范围内的扫描点排除：
其中，R1为弯道近圆心边界圆弧段半径，R2为弯道远圆心边界圆弧段半径，Dis为激光扫描单元位于弯道半径外延伸线距离车道边界线的预设距离，Q1为弯道起始点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角，Q2为弯道终止点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述区域搜寻，包括：
根据干扰排除后的扫描点坐标确定当前帧车辆区域对应的边界点及所述车辆区域所属点：
若x(i-1)＝0且x(i)＞0，则判定扫描点i为车辆区域的起始边界点；
若x(i-1)＞0且x(i)＞0，则判定扫描点i为扫描点i-1所在区域所属点；
若x(i)＞0且x(i+1)＝0，则判定扫描点i为车辆区域终止边界点。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆，包括：
根据当前帧车辆区域与前一帧车辆区域的边界范围关系辨别弯道新进车辆或者跟踪弯道区域行进车辆：
若当前帧车辆区域(SQ(Qmin,Qmax),SL′(L′min,L′max))与前一帧车辆区域(S′Q(Qmin,Qmax),S′L′(L′min,L′max))存在交叠部分，则区域匹配成功，判定当前帧车辆区域对应行进车辆；区域匹配成功按公式五判断：
若当前车辆区域与前一帧车辆区域匹配不成功，则判定当前帧车辆区域对应弯道新进车辆；
其中，(Qmin,Qmax)表示车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，(L′min,L′max)表示车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间，SQ(Qmin,Qmax)表示当前帧车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，SL′(L′min,L′max)表示当前帧车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间，S′Q(Qmin,Qmax)表示前一帧车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，S′L′(L′min,L′max)表示前一帧车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述车辆实时定位参数包括：车辆通过弯道时的转弯半径ρ、车头到出弯停止线的弧长距离HS、车尾到出弯停止线的弧长距离TS、车身姿态角θ、车辆弯道线速度ν、车头与出弯停止线间的夹角α及车尾与出弯停止线间的夹角β。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述车身姿态角θ，按公式六计算：
θ＝arctan(κ) 公式六；
其中，κ为车身侧面部分扫描点拟合直线对应的斜率；
所述车辆通过弯道时的转弯半径ρ，按公式七计算：
其中，pb为车身侧面与车头或车尾部分的拐点，ph为车头终止点，pt为车头起始点，L′(pb)为车身侧面与车头或车尾部分的拐点到圆心的距离，L′(ph)为车头终止点到圆心的距离，L′(pt)为车起始点到圆心的距离，Q(ph)为车头终止点的角度，Q(pt)为车头起始点的角度；
所述车头与出弯停止线间的夹角α，按公式八计算：
其中，Qmax＝max{ΔQ1,ΔQ2,ΔQ3…ΔQn}，表示的是车辆通过弯道过程所有帧中车头尾点角度之差最大值，ΔQi＝|Q(ph)-Q(pt)|第i帧车头尾点角度之差，Q2表示出弯停止线的角度；
所述车头到出弯停止线的弧长距离HS，按公式九计算：
所述车尾与出弯停止线间的夹角β，按公式十计算：
所述车尾到出弯停止线的弧长距离TS，按公式十一计算：
所述车辆弯道线速度ν，按公式十二计算：
其中，ν(i)表示第i帧车辆弯道线速度；HSi表示车辆过弯道时第i帧车头到出弯停止线的弧长距离，n∈{1,2,3,4,5}中的一个定值，f表示激光扫描单元的扫描频率。
一种弯道车辆定位装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种弯道车辆定位装置及方法。
背景技术
[0002] 辅助驾驶和无人驾驶是当前汽车制造、交通安全和智能交通领域内的重点研究议题。作为辅助驾驶和无人驾驶中的关键技术—车辆定位，成为重中之重。
[0003] 车辆在运行过程中的定位大体分为直道定位和弯道定位两种。直道作为最普通的道路线型，通过视觉的直道保持或GPS定位可以轻易实现。弯道由于其存在曲率的影响，在定位和车道保持方面存在一定的难度。车辆在弯道中行驶时，无论是作为辅助驾驶时的预警提醒或无人驾驶时的定位服务，存在如图1所示的参数需要提供。其中，转弯半径ρ＝O′P，车头到出弯停止线的弧长距离为 车尾到出弯停止线的弧长距离为 车头与停止线间夹角α＝∠HO′S、车尾与停止线间夹角β＝∠TO′S、车辆转弯时的线速度ν以及车身侧面与Y轴方向的夹角θ。
[0005] 图像视觉法采用的是图像传感器，通过采集车辆前方的路面标线来提取车道边界线，从而来确定车辆大致处于车道内距边界线的位置。该类方法在直道中做车道保持比较合适，但在弯道中由于视野有限无法快速准确的得到转弯曲率，且不能预测下一时刻距离弯道出口的距离。
[0006] GPS定位技术在车辆导航方面优势突出，在弯道定位方面存在定位精度不够的问题，尤其是弯道曲率变换较大时，GPS定位只能大致确定车辆是否进入弯道以及车辆是否驶离弯道。
[0007] 无线信号强弱法是通过手机WIFI或其他无线网络信号强弱与距离匹配来确定车辆大致位置。距离与无线信号强弱相融合的方法在车联网领域用于确定车与车之间的相对位置有一定的实用价值，在弯道定位方面忽略道路信息的定位意义不大。
[0008] RFID定位法是通过在道路关键坐标节点上放置无源电子标签来提供位置信息。该类方法只能提供车辆是否经过关键点以及通过几个关键点确定车辆的位置，再通过关键点信息描绘出车辆行驶轨迹。RFID定位法在图书馆或超市定位商品实用价值大，若要在弯道做车辆定位需要的关键点数较多，且提供的弯道定位信息过少。
[0009] 地图与差分导航法是通过在车辆上增加差分导航模块来提高定位精度，然后与地图信息匹配来确定车辆处于弯道的位置。该方法较GPS定位法在定位精度上大大提高，可以确定车辆在弯道的具体坐标值。但差分导航存在定位信息刷新速度不够及时的问题，且输出的也是弯道的坐标信息，缺乏车身姿态相对于弯道曲线的位置关系以及转弯半径的反馈。
[0010] 以上诸多方法中：图像视觉法做直道车道保持优势突出；GPS定位法在弯道定位精度不足；无线信号强弱法做车车相对位置检测可行，忽略了车路信息的反馈；RFID定位法在弯道实施上需要较多无源电子标签作为关键坐标点，提供的位置信息单一；地图与差分导航法在直道和弯道实用价值较高，定位精度较高，但存在定位刷新不及时的问题，且无法给出车辆位姿等信息。
[0011] 因此，急需寻找一种兼具定位实时、精度高、定位信息丰富的方法来解决辅助驾驶或无人驾驶中的安全通过弯道的问题。
发明内容
[0013] 第一方面，本发明提供了一种弯道车辆定位装置，所述装置包括：激光扫描单元及中央处理单元；
[0015] 所述中央处理单元，与所述激光扫描单元连接，用于接收所述激光扫描单元发送的弯道区域测距波形，并对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息；将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。
[0016] 优选地，所述激光扫描单元位于弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离时，所述预设距离大于等于2000mm；
[0017] 所述激光扫描单元距离路面高度大于等于700mm且小于等于850mm；
[0019] 所述激光扫描单元在每个扫描周期的扫描角范围为0-270°。
[0020] 第二方面，本发明提供了一种弯道车辆定位方法，所述方法包括：
[0021] 激光扫描单元实时采集弯道区域测距波形；
[0022] 中央处理单元接收所述激光扫描单元发送的弯道区域测距波形，并对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息；
[0023] 所述中央处理单元将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；
[0024] 所述中央处理单元根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。
[0025] 优选地，所述方法还包括：
[0026] 所述中央处理单元对所述弯道新进车辆进行实时跟踪，以在所述弯道新进车辆驶离弯道区域时清除所述车辆。
[0027] 优选地，所述坐标转换，包括：
[0028] 根据公式一对当前帧测距波形进行坐标转换：
[0029]
[0030] 其中，i为扫描点序号，L(i)为扫描点i到激光扫描单元中心点距离，n0为激光扫描单元中发射光线与ox轴重合的发射点序号， 为激光扫描单元的扫描角度分辨率，x(i)为扫描点i在oxy直角坐标系中的横坐标，y(i)为扫描点i在oxy直角坐标系中的纵坐标。
[0031] 优选地，所述干扰排除，包括：
[0032] 步骤一：根据公式二计算得到扫描点i到弯道内侧圆心的距离L′(i)：
[0033]
[0034] 步骤二：根据公式三计算得到扫描点i及弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q(i)：
[0035]
[0036] 其中，以激光扫描单元中心点为坐标系圆点o，激光扫描单元侧边为坐标轴oy，垂直oy轴过o点直线为ox轴；
[0037] 步骤三：根据Q(i)和L′(i)采用公式四将不在弯道及不在弯道车道范围内的扫描点排除：
[0038]
[0039] 其中，R1为弯道近圆心边界圆弧段半径，R2为弯道远圆心边界圆弧段半径，Q1为弯道起始点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角，Q2为弯道终止点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角。
[0040] 优选地，所述区域搜寻，包括：
[0041] 根据干扰排除后的扫描点坐标确定当前帧车辆区域对应的边界点及所述车辆区域所属点：
[0042] 若x(i-1)＝0且x(i)>0，则判定扫描点i为车辆区域的起始边界点；
[0043] 若x(i-1)>0且x(i)>0，则判定扫描点i为扫描点i-1所在区域所属点；
[0044] 若x(i)>0且x(i+1)＝0，则判定扫描点i为车辆区域终止边界点。
[0045] 优选地，所述将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆，包括：
[0046] 根据当前帧车辆区域与前一帧车辆区域的边界范围关系辨别弯道新进车辆或者跟踪弯道区域行进车辆：
[0047] 若当前帧车辆区域(SQ(Qmin,Qmax),SL′(L′min,L′max))与前一帧车辆区域(S′Q(Qmin,Qmax),S′L′(L′min,L′max))存在交叠部分，则区域匹配成功，判定当前帧车辆区域对应行进车辆；区域匹配成功按公式五判断：
[0048]
[0049] 若当前车辆区域与前一帧车辆区域匹配不成功，则判定当前帧车辆区域对应弯道新进车辆；
[0050] 其中，(Qmin,Qmax)表示车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，(L′min,L′max)表示车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间，SQ(Qmin,Qmax)表示当前帧车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，SL′(L′min,L′max)表示当前帧车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间，S′Q(Qmin,Qmax表示前一帧车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，S′L′(L′min,L′max表示前一帧车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间。
[0051] 优选地，所述车辆实时定位参数包括：车辆通过弯道时的转弯半径ρ、车头到出弯停止线的弧长距离 车尾到出弯停止线的弧长距离 车身姿态角θ、车辆弯道线速度ν、车头与出弯停止线间的夹角α及车尾与出弯停止线间的夹角β。
[0052] 优选地，所述车身姿态角θ，按公式六计算：
[0053] θ＝arctan(κ) 公式六；
[0054] 其中，κ为车身侧面部分扫描点拟合直线对应的斜率；
[0055] 所述车辆通过弯道时的转弯半径ρ，按公式七计算：
[0056]
[0057] 其中，pb为车身侧面与车头或车尾部分的拐点，ph为车头终止点，pt为车头起始点，L′(pb)为车身侧面与车头或车尾部分的拐点到圆心的距离，L′(ph)为车头终止点到圆心的距离，L′(pt)为车起始点到圆心的距离，Q(ph)为车头终止点的角度，Q(pt)为车头起始点的角度；
[0058] 所述车头与出弯停止线间的夹角α，按公式八计算：
[0059]
[0060] 其中，Qmax＝max{ΔQ1,ΔQ2,ΔQ3…ΔQn}，表示的是车辆通过弯道过程所有帧中车头尾点角度之差最大值，ΔQi＝|Q(ph)-Q(pt)|第i帧车头尾点角度之差，Q2表示出弯停止线的角度；
[0061] 所述车头到出弯停止线的弧长距离 按公式九计算：
[0062]
[0063] 所述车尾与出弯停止线间的夹角β，按公式十计算：
[0064]
[0065] 所述车尾到出弯停止线的弧长距离 按公式十一计算：
[0066]
[0067] 所述车辆弯道线速度ν，按公式十二计算：
[0068]
[0069] 其中，ν(i)表示第i帧车辆弯道线速度； 表示车辆过弯道时第i帧车头到出弯停止线的弧长距离，n∈{1,2,3,4,5}中的一个定值，f表示激光扫描单元的扫描频率。
[0070] 由上述技术方案可知，本发明提供一种弯道车辆定位装置及方法，通过激光扫描单元实时采集弯道区域测距波形，中央处理单元则对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，以将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆，并根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。由此可见，本发明能够实现弯道内车辆的实时定位，采用激光扫描单元进行扫描，扫描频率高；且激光测距不受环境光线影响，测距精度高，大大提高了定位精度；且能够获得丰富的定位参数，以供无人驾驶车辆做转弯策略或做辅助驾驶过程中的速度预警或进出弯道提醒。附图说明
[0071] 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，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据这些图获得其他的附图。
[0072] 图1是现有的弯道定位参数的示意图；
[0073] 图2是本发明实施例1中的一种弯道车辆定位装置的结构示意图；
[0074] 图3是本发明实施例1中激光扫描单元安装于弯道内侧圆心处的示意图；
[0075] 图4是本发明实施例1中激光扫描单元安装于弯道半径外延伸线上的示意图；
[0076] 图5是本发明实施例2中的一种弯道车辆定位方法的流程示意图；
[0077] 图6是本发明实施例2中的弯道测距波形的示意图；
[0078] 图7是本发明实施例2中坐标转换的示意图；
[0079] 图8是本发明实施例2中扫描点到弯道圆心距离的示意图；
[0080] 图9是本发明实施例2中弯道路面参数的示意图；
[0081] 图10是本发明实施例2中区域搜索的示意图；
[0082] 图11是本发明实施例2中车身姿态角的示意图；
[0083] 图12是本发明实施例3中弯道车辆定位装置安装于弯道外径延伸线的示意图；
[0084] 图13是本发明实施例3中弯道测距波形的示意图；
[0085] 图14是本发明实施例3中一种情况下的当前帧车辆区域的示意图；
[0086] 图15是本发明实施例3中前一帧车辆区域的示意图；
[0087] 图16是本发明实施例3中一种情况下的车身姿态角的示意图；
[0088] 图17是本发明实施例3中另一种情况下的当前帧车辆区域的示意图；
[0089] 图18是本发明实施例3中另一种情况下的车身姿态角的示意图；
[0090] 图19是本发明实施例4中弯道车辆定位装置安装于弯道内侧圆心处的示意图。
具体实施方式
[0091] 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。
[0092] 实施例1
[0093] 图2是本发明实施例1提供的一种弯道车辆定位装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：激光扫描单元1及中央处理单元2；
[0094] 所述激光扫描单元1，固定于安装立杆2上，位于弯道内侧圆心点或者弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离处，用于实时采集弯道区域测距波形。其中，激光扫描单元1位于弯道内侧圆心点时，如图3所示；激光扫描单元1位于弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离Dis时，如图4所示。
[0095] 所述中央处理单元2，与所述激光扫描单元1连接，用于接收所述激光扫描单元1发送的弯道区域测距波形，并对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息；将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。
[0096] 由此可见，本实施例通过激光扫描单元1实时采集弯道区域测距波形，中央处理单元2则对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，以将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆，并根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。由此可见，本实施例能够实现弯道内车辆的实时定位，采用激光扫描单元进行扫描，扫描频率高；且激光测距不受环境光线影响，测距精度高，大大提高了定位精度；且能够获得丰富的定位参数，以供无人驾驶车辆做转弯策略或做辅助驾驶过程中的速度预警或进出弯道提醒。
[0097] 进一步地，上述实施例中的弯道车辆定位装置还包括：供电单元4，用于分别为激光扫描单元1和中央处理单元2供电。
[0098] 其中，所述激光扫描单元1位于弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离时，所述预设距离Dis大于等于2000mm；所述激光扫描单元距离路面高H度大于等于700mm且小于等于850mm。
[0099] 所述激光扫描单元1以扫描频率f及扫描角度分辨率 平行于路面所在平面进行扫描。优选地，所述扫描频率f＝50Hz，
[0100] 所述激光扫描单元在每个扫描周期的扫描角范围为0-270°。
[0101] 需要说明的是，扫描频率f表示1s时间内激光扫描单元(1)完成扫描周期的次数；扫描角度分辨率 表示激光扫描单元扫描点之间的角度间隔。如果扫描角度分辨率即扫描点之间的角度间隔为0.5°。
[0102] 实施例2
[0103] 图5是本发明实时2提供的一种弯道车辆定位方法的流程示意图，如图5所示，该弯道车辆定位方法包括如下步骤：
[0104] S1：激光扫描单元实时采集弯道区域测距波形。
[0105] 举例来说，弯道区域测距波形如图6所示。
[0106] S2：中央处理单元接收所述激光扫描单元发送的弯道区域测距波形，并对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除及区域搜寻，确定当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息；
[0107] S3：所述中央处理单元将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆；
[0108] S4：所述中央处理单元根据所述当前帧车辆区域对应的扫描点位置信息，获得并输出车辆实时定位参数。
[0109] 其中，车辆实时定位参数包括：车辆通过弯道时的转弯半径ρ、车头到出弯停止线的弧长距离 车尾到出弯停止线的弧长距离 车身姿态角θ、车辆弯道线速度ν、车头与出弯停止线间的夹角α及车尾与出弯停止线间的夹角β等。
[0110] 进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述弯道车辆定位方法还包括图5未示出的如下步骤：
[0111] S5：所述中央处理单元对所述弯道新进车辆进行实时跟踪，以在所述弯道新进车辆驶离弯道区域时清除所述车辆。
[0112] 具体来说，中央处理单元对进入弯道的车辆进行实时跟踪，当该车辆驶离弯道区域时，中央处理单元清楚该车辆，则即使激光扫描单元仍能扫描到该车辆，中央处理单元也不对该车辆进行定位及跟踪。
[0113] 具体地，步骤S2中的所述坐标转换，具体包括：
[0114] 根据公式(1)对当前帧测距波形进行坐标转换：
[0115]
[0116] 其中，i为扫描点序号，L(i)为扫描点i到激光扫描单元中心点距离，n0为激光扫描单元中发射光线与ox轴重合的发射点序号，为激光扫描单元的扫描角度分辨率，x(i)为扫描点i在oxy直角坐标系中的横坐标，y(i)为扫描点i在oxy直角坐标系中的纵坐标。
[0117] 需要说明的是，如图7所示，以激光扫描单元中心点为坐标系圆点o，激光扫描单元侧边为坐标轴oy，垂直oy轴过o点直线为ox轴建立直角坐标系oxy。扫描点n0所在的发射光线与ox轴重合。对于任意扫描点i所在发射光线与ox轴之间的夹角为 则根据三角几何关系，扫描点i到激光扫描单元中心点距离L(i)满足上述坐标转换关系。
[0118] 具体地，步骤S2中的所述干扰排除，具体包括如下步骤：
[0119] 步骤一：根据公式(2)计算得到扫描点i到弯道内侧圆心的距离L′(i)：
[0120]
[0121] 其中，对于激光扫描单元处于弯道内侧圆心时，激光扫描单元中心o与弯道内侧圆心点o′重合，则扫描点i到激光扫描单元的中心点距离值L(i)＝L′(i)。
[0122] 对于激光扫描单元处于弯道半径外延伸线上时，如图8所示，OM＝Dis,O′M＝R2,则根据扫描点i、激光扫描单元中心点O和弯道内侧圆心o′之间的几何关系可推导出上述计算公式。
[0123] 步骤二：根据公式(3)计算得到扫描点i及弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q(i)：
[0124]
[0125] 其中，以激光扫描单元中心点为坐标系圆点o，激光扫描单元侧边为坐标轴oy，垂直oy轴过o点直线为ox轴；
[0126] 步骤三：根据Q(i)和L′(i)采用公式(4)将不在弯道及不在弯道车道范围内的扫描点排除：
[0127]
[0128] 其中，如图9所示，R1为弯道近圆心边界圆弧段半径，R2为弯道远圆心边界圆弧段半径，Q1为弯道起始点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角，Q2为弯道终止点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角。
[0129] 具体地，步骤S2中的所述区域搜寻，具体包括：
[0130] 根据干扰排除后的扫描点坐标确定当前帧车辆区域对应的边界点及所述车辆区域所属点，具体根据如下方法确定当前帧车辆区域边界点及车辆区域所属点：
[0131] 若x(i-1)＝0且x(i)>0，则判定扫描点i为车辆区域的起始边界点；
[0132] 若x(i-1)>0且x(i)>0，则判定扫描点i为扫描点i-1所在区域所属点；
[0133] 若x(i)>0且x(i+1)＝0，则判定扫描点i为车辆区域终止边界点。
[0134] 例如，如图10所示，点3满足x(2)＝0且x(3)>0，则点3为区域的起始边界点；点4满足x(3)>0且x(4)>0，则点4与点3属于同一区域；同理点5、6和7与点3均属同一区域；点8满足x(8)>0且x(9)＝0，则点8为区域终止边界点。即可搜寻到点3、4、5、6、7、8属于同一个区域。
[0135] 具体地，步骤S3中的所述将当前帧车辆区域与前一帧车辆区域进行区域匹配，确定所述当前帧车辆区域对应弯道新进车辆或者弯道区域行进车辆，具体包括：
[0136] 根据当前帧车辆区域与前一帧车辆区域的边界范围关系辨别弯道新进车辆或者跟踪弯道区域行进车辆：
[0137] 若当前帧车辆区域(SQ(Qmin,Qmax),SL′(L′min,L′max))与前一帧车辆区域(S′Q(Qmin,Qmax),S′L′(L′min,L′max))存在交叠部分，则区域匹配成功，判定当前帧车辆区域对应行进车辆；区域匹配成功按公式(5)判断：
[0138]
[0139] 若当前车辆区域与前一帧车辆区域匹配不成功，则判定当前帧车辆区域对应弯道新进车辆；
[0140] 其中，(Qmin,Qmax)表示车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，(L′min,L′max)表示车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间，SQ(Qmin,Qmax)表示当前帧车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，SL′(L′min,L′max)表示当前帧车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间，S′Q(Qmin,Qmax表示前一帧车辆区域扫描点角度最小最大构成的范围区间，S′L′(L′min,L′max表示前一帧车辆区域扫描点到圆心距离最小最大构成的范围区间。
[0141] 进一步地，如图1所示，所述车辆实时定位参数包括：车辆通过弯道时的转弯半径θ、车头到出弯停止线的弧长距离 车尾到出弯停止线的弧长距离 车身姿态角θ、车辆弯道线速度ν、车头与出弯停止线间的夹角α及车尾与出弯停止线间的夹角β。
[0142] 其中，所述车身姿态角θ，按公式(6)计算：
[0143] θ＝arctan(κ) (6)
[0144] 其中，κ为车身侧面部分扫描点拟合直线对应的斜率。
[0145] 举例来说，在计算车身姿态角时，如图11所示，先在车辆区域内寻找车身侧面与车头或车尾部分的拐点pb，车头ph和车尾pt，然后通过拟合车身侧面段pt pb内扫描点所在直线，得到拟合后直线的斜率κ＝-0.460，则θ＝arctan(-0.460)＝-24.7°。
[0146] 其中，所述车辆通过弯道时的转弯半径ρ，按公式(7)计算：
[0147]
[0148] 其中，pb为车身侧面与车头或车尾部分的拐点，ph为车头终止点，pt为车头起始点，L′(pb)为车身侧面与车头或车尾部分的拐点到圆心的距离，L′(ph)为车头终止点到圆心的距离，L′(pt)为车起始点到圆心的距离，Q(ph)为车头终止点的角度，Q(pt)为车头起始点的角度；
[0149] 所述车头与出弯停止线间的夹角α，按公式(8)计算：
[0150]
[0151] 其中，Qmax＝max{ΔQ1,ΔQ2,ΔQ3…ΔQn}，表示的是车辆通过弯道过程所有帧中车头尾点角度之差最大值，ΔQi＝|Q(ph)-Q(pt)|第i帧车头尾点角度之差，Q2表示出弯停止线的角度；
[0152] 其中，所述车头到出弯停止线的弧长距离 按公式(9)计算：
[0153]
[0154] 所述车尾与出弯停止线间的夹角β，按公式(10)计算：
[0155]
[0156] 所述车尾到出弯停止线的弧长距离 按公式(11)计算：
[0157]
[0158] 所述车辆弯道线速度ν，按公式十二计算：
[0159]
[0160] 其中，ν(i)表示第i帧车辆弯道线速度； 表示车辆过弯道时第i帧车头到出弯停止线的弧长距离，n∈{1,2,3,4,5}中的一个定值，f表示激光扫描单元的扫描频率。
[0161] 由此可见，本实施例中，采用激光扫描单元扫描，其扫描频率极高，至少能够在20ms内做出一次定位，因此能够实现弯道实时定位；激光测距不受环境光线等影响，测距精度极高，大大提高了定位精度。加上该装置和方法以实际的弯道为依据，实现的是弯道区域内的定位，其可以避免中间误差产生；本实施例中的定位参数包括在车辆在车道内的速度、位姿、距离出弯停止线距离、转弯半径等重要参数，可以供无人驾驶车辆做转弯策略或做辅助驾驶过程中的速度预警或进出弯道提醒。
[0162] 实施例3
[0163] 本实施例中，如图12所示，将弯道车辆定位装置安装于弯道半径外延伸线距离车道边界线预设距离处。其中，弯道近圆心边界圆弧段半径R1＝10000mm，弯道远圆心边界圆弧段半径R2＝14000mm，弯道起始点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q1＝-45°，弯道终止点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q2＝45°。
[0164] 其中，弯道车辆定位装置包括：激光扫描单元1、中央处理单元2、安装立杆3和供电单元4组成，激光扫描单元1固定于安装立杆3上，处于弯道半径外延伸线距离车道边界线Dis＝2000mm距离处，距路面高度为H＝700mm，以扫描频率f＝50HZ和扫描角度分辨率平行于路面所在平面做0-180°扫描，扫描点n0＝180发射光线与ox轴重合，用于实时采集车辆通过弯道区域时车身测距波形。
[0165] 其中，中央处理单元2，与激光扫描单元1连接，用于接收和处理激光扫描单元1采集的测距波形，处理和输出车辆实时定位参数。
[0166] 在车辆通过安装本装置的弯道时，采用本实施例提供的如下弯道车辆定位方法进行车辆的实时检测和定位：
[0167] (1)激光扫描单元实时采集弯道区域测距波形；
[0168] (2)中央处理单元对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除和区域搜寻；
[0169] (5)中央处理单元根据当前帧区域搜寻结果与前一帧区域搜寻结果对比实现区域匹配，辨别新进车辆或跟踪行进车辆；
[0170] (6)中央处理单元根据区域匹配结果进行实时车辆定位参数的计算并输出实时定位结果；
[0171] (7)中央处理单元根据新进车辆跟踪结果进行车辆驶离弯道的辨别，并清除驶离车辆。
[0172] 其中，坐标转换、干扰排除、区域搜寻以及区域匹配与实施例2中一致，在此不再赘述。
[0173] 在车辆通过弯道时，会存在车头未过0点线、车头过0点线2种情况。
[0174] 在一次检测定位过程中，遇到的情况1车辆未过0点线，激光扫描单元实时采集的弯道区域测距波形如图13所示。
[0175] 经中央处理单元坐标转换、干扰排除和区域搜寻之后，得到的车辆区域如图14所示。
[0176] 中央处理单元根据当前帧区域搜寻结果与前一帧区域搜寻结果(如图15所示)对比，发现两车辆区域存在交叠部分，得到当前帧车辆区域与前一帧车辆区域匹配成功，判断当前车辆区域为正在行进的车辆，实现行进车辆的跟踪。
[0177] 同时，如图16所示，通过对车身侧面部分的扫描点进行直线拟合，得到拟合后直线的斜率κ＝-0.396，则计算的实时车身姿态角θ＝arctan(-0.396)＝-21.6°；
[0178] 此时，由于Q(ph)＝-4.63°<0，经过弯道时的转弯半径ρ:
[0179]
[0180] 车头与停止线间夹角α为:
[0181] α＝|Q(ph)-Q2|＝|-4.63°-45°|＝49.63°；
[0182] 车头到出弯停止线的弧长距离 为:
[0183]
[0184] 车尾与停止线间夹角β为:
[0185] β＝|Q(ph)-Qmax-Q2|＝|-4.63°-16°-45°|＝65.63°；
[0186] 所述的车尾到出弯停止线的弧长距离 为：
[0187]
[0188] 车辆弯道线速度ν为：
[0189]
[0190] 遇到的情况2车头过了0点线，经中央处理单元进行坐标转换、干扰排除、区域搜寻和区域匹配之后的车辆区域如图17所示。
[0191] 通过对车身侧面部分的扫描点进行直线拟合，如图18所示，得到拟合后直线的斜率κ＝0.230，则计算的实时车身姿态角θ＝arctan(0.230)＝12.95°；
[0192] 此时，由于Q(ph)＝21.17°>0，则经过弯道时的转弯半径ρ：
[0193]
[0194] 车头与停止线间夹角α为:
[0195] α＝|Q(pt)+Qmax-Q2|＝|4.74°+16°-45°|＝24.26°；
[0196] 车头到出弯停止线的弧长距离 为:
[0197]
[0198] 车尾与停止线间夹角β为:
[0199] β＝|Q(pt)-Q2|＝|4.74°-45°|＝40.26°；
[0200] 所述的车尾到出弯停止线的弧长距离 为：
[0201]
[0202] 车辆弯道线速度ν为：
[0203]
[0204] 实施例4
[0205] 本实施例中，如图19所示，将弯道车辆定位装置安装于弯道内侧圆心点处。其中，弯道近圆心边界圆弧段半径R1＝6000mm，弯道远圆心边界圆弧段半径R2＝10000mm，弯道起始点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q1＝-45°，弯道终止点与弯道内侧圆心所在直线与ox轴所在半径之间的夹角Q2＝45°。
[0206] 其中，弯道车辆定位装置包括：激光扫描单元1、中央处理单元2、安装立杆3和供电单元4组成，激光扫描单元1固定于安装立杆3上，处于弯道内侧圆心处，距路面高度为H＝700mm，以扫描频率f＝50HZ和扫描角度分辨率 平行于路面所在平面做0-180°扫描，扫描点n0＝180发射光线与ox轴重合，用于实时采集车辆通过弯道时车身测距波形。
[0207] 其中，中央处理单元2，与激光扫描单元1连接，用于接收和处理激光扫描单元1采集的测距波形，处理和输出车辆实时定位参数。
[0208] 在车辆通过安装本装置的弯道时，采用本实施例提供的如下弯道车辆定位方法进行车辆的实时检测和定位：
[0209] (1)激光扫描单元实时采集弯道区域测距波形；
[0210] (2)中央处理单元对当前帧测距波形进行坐标转换、干扰排除和区域搜寻；
[0211] (5)中央处理单元根据当前帧区域搜寻结果与前一帧区域搜寻结果对比实现区域匹配，辨别新进车辆或跟踪行进车辆；
[0212] (6)中央处理单元根据区域匹配结果进行实时车辆定位参数的计算并输出实时定位结果；
[0213] (7)中央处理单元根据新进车辆跟踪结果进行车辆驶离弯道的辨别，并清除驶离车辆。
[0214] 其中，坐标转换、干扰排除、区域搜寻以及区域匹配与实施例2中一致，在此不再赘述。
[0215] 实施例4与实施例3最大的区别在于，激光扫描单元的安装位置安装于弯道内侧圆心处，同时在干扰排除时计算扫描点i到弯道内侧圆心的距离值L′(i)不一样，其他方法一致，在此不再赘述。
[0216] 在本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0217] 还需要说明的是，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0218] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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