基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统及应用
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411587464.7 | 申请日 | 2024-11-08 |
| 公开(公告)号 | CN119106369A | 公开(公告)日 | 2024-12-10 |
| 申请人 | 福建省福泉高速公路有限公司; 福建省高速公路科技创新研究院有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 黄开青; 曾俊铖; 王勇; 黄文涵; 沈炳孟; 王歆远; 陈德旺; | 第一发明人 | 黄开青 |
| 权利人 | 福建省福泉高速公路有限公司,福建省高速公路科技创新研究院有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 福建省福泉高速公路有限公司,福建省高速公路科技创新研究院有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：福建省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：福建省福州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：福建省福州市晋安区王庄街道福马路168号名城花园28#楼10、11层 | 邮编 | 当前专利权人邮编：350000 |
| 主IPC国际分类 | G06F18/2431 | 所有IPC国际分类 | G06F18/2431 ; G06F18/25 ; B60W30/08 ; G06V20/58 ; G01S17/931 ; E01H1/04 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 厦门原创专利事务所 | 专利代理人 | 黄巧香; |
| 摘要 | 本 发明 公开了基于多 传感器 融合的无人垃圾清扫车主动防御系统及应用，本方案通过路端监测模 块 实时采集服务区内的摄像头 感知 数据，并将服务区内物体移动信息发送至所述融合模块；车载非 接触 感知模块实时采集所述清扫车激光感知数据、摄像头感知数据、辅助感知数据，并将数据发送给所述融合模块；车载接触感知模块实时采集所述清扫车与目标垃圾接触感知数据，并将接触感知数据发送给所述融合模块；融合模块将所述摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据和接触感知数据进行融合，输出障碍物目标信息，发送给所述决策执行模块；决策执行模块在接收到障碍物目标信息后，进行决策判断，执行相应的防御动作，避免所述垃圾清扫车与障碍物进行碰撞。 | ||
| 权利要求 | 1.一种基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统，应用于高速服务区中的无人垃圾清扫车，所述无人垃圾清扫车上部署有用于路面监测的摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块和接触感知模块，所述高速服务区中部署有用于监测公共区域的摄像头，其特征在于，其包括：路端监测模块、车载非接触感知模块、车载接触感知模块、融合模块、决策执行模块； |
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| 说明书全文 | 基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统及应用技术领域[0001] 本发明涉及无人垃圾清扫车技术领域，尤其涉及基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统及应用。 背景技术[0002] 高速公路服务区作为高速公路的重要组成部分，随着国内高速公路路网的不断建设和人们对出行体验的要求提高，智慧服务区的建设成为行业发展的重要方向。由于高速公路服务区一般所处的位置较为偏远，保洁工作环境差、强度高、时间跨度大等原因，传统环卫服务行业存在招人难、成本高、效率低等问题。应用智能化保洁技术为服务区进行保洁任务已经迫在眉睫。 [0003] 由于服务区内环境复杂，服务区匝道区域车辆行驶速度普遍较快，易发生碰撞事故；其次，服务区货车、危化品车等大车较多，视距受限，无人清扫车易与周围车辆、障碍物发生碰撞；因此，如何对高速服务区的垃圾、障碍物进行识别判断，同时指导无人垃圾清扫车进行自适应清扫、推移或避让处理是具有积极现实意义的课题。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、应用灵活的基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统及应用。 [0005] 为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统，应用于高速服务区中的 无人垃圾清扫车，所述无人垃圾清扫车上部署有用于路面监测的摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块和接触感知模块，所述高速服务区中部署有用于监测公共区域的摄像头，其包括：路端监测模块、车载非接触感知模块、车载接触感知模块、融合模块、决策执行模块； 所述路端监测模块用于实时采集高速服务区中部署的摄像头所捕获的感知数据， 并将其发送给所述融合模块； 所述车载非接触感知模块用于实时采集所述无人垃圾清扫车上部署的摄像头感 知模块、激光感知模块、辅助感知模块所获得的感知数据，并将非接触感知数据发送给所述融合模块； 所述车载接触感知模块用于实时采集所述无人垃圾清扫车与目标垃圾接触而获 得的感知数据，并将接触感知数据发生给所述融合模块； 所述融合模块将所述路端监测模块、非接触感知模块和接触感知模块所采集的服 务区摄像头感知数据、非接触感知数据、接触感知数据按预设要求进行融合处理，以输出障碍物目标信息，然后将其发送给所述决策执行模块； 所述决策执行模块在接收到障碍物目标信息后，按预设要求进行决策判断，然后 执行相应的防御动作，以避免所述垃圾清扫车与障碍物发生碰撞。 [0006] 作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述路端监测模块通信连接有部署在服务区中的安防监控设备以及路侧的交通监控设备，其均具有摄像头且用于对高速服务区内指定点位进行实时监控并上传至与其通信连接的本地设备，再利用预设算法对安防监控设备、交通监控设备所捕获指定点位现场画面的感知数据进行实时识别，以及监控服务区内指定点位中物体的移动，然后发送给部署在所述无人垃圾清扫车的融合模块。 [0007] 作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述车载非接触感知模块通信连接有部署于所述垃圾无人清扫车上的多个车载非接触式传感器，其包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、单线激光雷达，其中，激光雷达为激光感知模块的部件之一，摄像头为摄像头感知模块的部件之一，毫米波雷达、超声波雷达、单线激光雷达均为辅助感知模块的部件之一。 [0009] 作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述融合模块将所述摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块和接触感知模块对应采集到的非接触感知数据、接触感知数据按预设要求进行融合处理，数据源取长补短，多级冗余后，最后输出基于多传感融合的障碍物信息，所述障碍物信息包括障碍物的位置、速度、形状大小、类别、朝向中的至少一项信息，所述障碍物信息被发送至决策执行模块；其中，所述非接触感知数据包括所述摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块采集获得的摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据；所述接触感知数据包括接触感知模块采集到的接触感知数据。 [0010] 作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述融合模块分别对摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据、接触感知数据进行融合处理，对数据源取长补短，多级冗余后，输出障碍物信息，所述障碍物信息包括障碍物的位置、速度、形状大小、类别、朝向中的至少一项信息，所述障碍物信息被发送至决策执行模块；所述决策执行模块在收到所述障碍物信息后，按预设要求执行相应的防御动作。 [0011] 作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述防御动作包括规划所述无人垃圾清扫车行进的避障路径，以避免垃圾清扫车与障碍物发生碰撞；所述融合模块对摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据、接触感知数据进行融合处理，输出障碍物信息时，根据摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据之一进行识别障碍物，当所述障碍物被判定为垃圾时，通过所述无人垃圾清扫车进行清扫，当无法完成清扫时，根据其上部署的接触感知模块采集的接触感知数据确定障碍物与所述无人垃圾清扫车的接触压力数据且进行判断。 [0012] 若是压力数据小于或等于所述无人垃圾清扫车可处理阈值，判定其为可处理障碍物，由所述无人垃圾清扫车上预设部署的障碍物移动组件将可处理障碍物推到指定区域；若是压力数据超过所述无人垃圾清扫车可处理阈值，判定其为不可处理障碍物， 则规划所述无人垃圾清扫车行进的避障路径，以避免垃圾清扫车与障碍物发生碰撞。 [0013] 作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述障碍物移动组件为部署在所述无人垃圾清扫车前端的推杆、推板、摆臂和摆臂连杆组成，推板两端呈圆弧状，防止推移过程中障碍物的脱离，摆臂一端与推板固定连接，摆臂另一端与小车连接，两摆臂中点处通过摆臂连杆连接，摆臂连杆中点处与推杆活动端连接，推杆一端安装于小车中，在推杆的驱动下，所述推板可绕摆臂与小车的连接点做圆周运动，推板初始位置未接触压力传感器接触平面，在推杆的驱动下，可运动至压力传感器接触平面正前方，且推板平面与压力传感器接触平面平行。 [0014] 若判定清扫车前端有可处理障碍物，推板运动至压力传感器接触平面正前方，由垃圾清扫车规划路径，将可处理障碍物推移到服务器内指定区域后，推板在推杆的驱动下回到初始位置，并将可移动障碍物位置信息发送给管理人员。 [0015] 作为一种较优的实施选择，障碍物移动组件为垃圾清扫车车身的一部分，主要依靠垃圾清扫车车身动力把可移动障碍物推移到指定区域。 [0016] 作为一种较优的实施选择，存放可移动障碍物的指定区域存在于服务区内，该指定区域需不影响服务区内车辆和行人的移动，且垃圾清扫车能够到达。 [0017] 作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述无人垃圾清扫车上预设部署的障碍物移动组件将可处理障碍物推到指定区域后，还将障碍物的位置信息反馈给后台管理平台，以供管理人员调阅。 [0018] 基于上述，本发明还提供一种高速服务区无人垃圾清扫车工作运行方法，其特征在于，其应用有上述所述的基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统。 [0019] 采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案通过所述路端监测模块实时采集服务区内的摄像头感知数据，并将服务区内物体移动信息发送至所述融合模块；所述车载非接触感知模块实时采集所述清扫车激光感知数据、摄像头感知数据、辅助感知数据，并将这些数据发送给所述融合模块；所述车载接触感知模块实时采集所述清扫车与目标垃圾接触感知数据，并将接触感知数据发送给所述融合模块；所述融合模块将所述摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据和接触感知数据进行融合，输出障碍物目标信息，发送给所述决策执行模块；所述决策执行模块在接收到障碍物目标信息后，进行决策判断，执行相应的防御动作，避免所述垃圾清扫车与障碍物进行碰撞。本方案通过所述主动防御系统、装置及设备，提高了无人垃圾清扫车在高速服务区工作的安全性，避免无人垃圾清扫车与障碍物进行碰撞。附图说明 [0020] 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，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0021] 图1为本发明的实施实例所提供的基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾清扫车主动防御系统模块配合实施方案的流程图；图2是本发明的实施实例所提供的基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾清扫 车主动防御系统的模块与无人垃圾清扫车上部署模块的通信连接关系示意图； 图3为本发明的实施实例所提供的基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾清扫 车主动防御系统的数据融合结构图； 图4为本发明的实施实例所提供的基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾清扫 车主动防御装置； 图5为本发明的实施实例所提供的基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾清扫 车主动防御装置在无人垃圾清扫车中的位置图； 图6为本发明的实施实例所提供的一种基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾 清扫车主动防御设备之一； 图7为本发明的实施实例所提供的一种基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾 清扫车主动防御设备之二右前方示意图； 图8为本发明的实施实例所提供的一种基于多传感器融合的高速服务区无人垃圾 清扫车主动防御设备之二左后方示意图。 具体实施方式[0022] 下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0023] 结合图1、图2所示，本实施例方案一种基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统，应用于高速服务区中的无人垃圾清扫车，所述无人垃圾清扫车上部署有用于路面监测的摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块和接触感知模块，所述高速服务区中部署有用于监测公共区域的摄像头，其包括：路端监测模块、车载非接触感知模块、车载接触感知模块、融合模块、决策执行模块；S101、所述路端监测模块用于实时采集高速服务区中部署的摄像头所捕获的感知 数据，并将其发送给所述融合模块； S102、所述车载非接触感知模块和接触感知模块用于实时采集所述无人垃圾清扫 车上部署的摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块所获得的感知数据，及所述无人垃圾清扫车与目标垃圾接触而获得的感知数据，并将非接触感知数据和接触感知数据发送给所述融合模块； S103、所述融合模块将所述路端监测模块、非接触感知模块和接触感知模块所采 集的服务区摄像头感知数据、非接触感知数据、接触感知数据按预设要求进行融合处理，以输出障碍物目标信息，然后将其发送给所述决策执行模块； S104、所述决策执行模块在接收到障碍物目标信息后，按预设要求进行决策判断，然后执行相应的防御动作，以避免所述垃圾清扫车与障碍物发生碰撞。 [0024] 本实施方案可适用于高速服务区的无人垃圾清扫车领域。由于服务区内环境复杂，服务区匝道区域车辆行驶速度普遍较快，易发生碰撞事故；其次，服务区货车、危化品车等大车较多，视距受限，无人垃圾清扫车易与周围车辆、障碍物发生碰撞；因此，本方案通过多传感器进行感知服务区特定区域的情况后，结合对传感器反馈的情况来进行自适应选择应对方案。 [0025] 重点结合图2、图3所示，作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述路端监测模块通信连接有部署在服务区中的安防监控设备以及路侧的交通监控设备，其均具有摄像头且用于对高速服务区内指定点位进行实时监控并上传至与其通信连接的本地设备，再利用预设算法对安防监控设备、交通监控设备所捕获指定点位现场画面的感知数据进行实时识别，以及监控服务区内指定点位中物体的移动，然后发送给部署在所述无人垃圾清扫车的融合模块。 [0026] 作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述车载非接触感知模块通信连接有部署于所述垃圾无人清扫车上的多个车载非接触式传感器，其包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、单线激光雷达，其中，激光雷达为激光感知模块的部件之一，摄像头为摄像头感知模块的部件之一，毫米波雷达、超声波雷达、单线激光雷达均为辅助感知模块的部件之一。 [0027] 作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述车载接触感知模块通信连接有部署于所述垃圾无人清扫车上的车载压力传感器，所述车载压力传感器为接触感知模块的部件之一。 [0028] 作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述融合模块将所述摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块和接触感知模块对应采集到的非接触感知数据、接触感知数据按预设要求进行融合处理，数据源取长补短，多级冗余后，最后输出基于多传感融合的障碍物信息，所述障碍物信息包括障碍物的位置、速度、形状大小、类别、朝向中的至少一项信息，所述障碍物信息被发送至决策执行模块；其中，所述非接触感知数据包括所述摄像头感知模块、激光感知模块、辅助感知模块采集获得的摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据；所述接触感知数据包括接触感知模块采集到的接触感知数据。 [0029] 作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述融合模块分别对摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据、接触感知数据进行融合处理，对数据源取长补短，多级冗余后，输出障碍物信息，所述障碍物信息包括障碍物的位置、速度、形状大小、类别、朝向中的至少一项信息，所述障碍物信息被发送至决策执行模块；所述决策执行模块在收到所述障碍物信息后，按预设要求执行相应的防御动作。 [0030] 作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述防御动作包括规划所述无人垃圾清扫车行进的避障路径，以避免垃圾清扫车与障碍物发生碰撞；所述融合模块对摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据、接触感知数据进行融合处理，输出障碍物信息时，根据摄像头感知数据、激光感知数据、辅助感知数据之一进行识别障碍物，当所述障碍物被判定为垃圾时，通过所述无人垃圾清扫车进行清扫，当无法完成清扫时，根据其上部署的接触感知模块采集的接触感知数据确定障碍物与所述无人垃圾清扫车的接触压力数据且进行判断。 [0031] 若是压力数据小于或等于所述无人垃圾清扫车可处理阈值，判定其为可处理障碍物，由所述无人垃圾清扫车上预设部署的障碍物移动组件将可处理障碍物推到指定区域；若是压力数据超过所述无人垃圾清扫车可处理阈值，判定其为不可处理障碍物， 则规划所述无人垃圾清扫车行进的避障路径，以避免垃圾清扫车与障碍物发生碰撞。 [0032] 结合图4至图8所示，重点参考图5所示，作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述障碍物移动组件为部署在所述无人垃圾清扫车前端的推杆91、推板92、摆臂93和摆臂连杆94组成，推板92两端呈圆弧状，防止推移过程中障碍物的脱离，摆臂93一端与推板92固定连接，摆臂93另一端与小车连接，两摆臂中点处通过摆臂连杆94连接，摆臂连杆94中点处与推杆91活动端连接，推杆91一端安装于小车中，在推杆91的驱动下，所述推板92可绕摆臂93与小车的连接点做圆周运动，推板92初始位置未接触压力传感器7接触平面，在推杆91的驱动下，可运动至压力传感器7接触平面正前方，且推板92平面与压力传感器7接触平面平行。 [0033] 作为一种较优的实施选择，若判定清扫车前端有可处理障碍物，推板92运动至压力传感器7接触平面正前方，由垃圾清扫车规划路径，将可处理障碍物推移到服务器内指定区域后，推板92在推杆91的驱动下回到初始位置，并将可移动障碍物位置信息发送给管理人员。 [0034] 作为一种较优的实施选择，障碍物移动组件为垃圾清扫车车身的一部分，主要依靠垃圾清扫车车身动力把可移动障碍物推移到指定区域。 [0035] 作为一种较优的实施选择，存放可移动障碍物的指定区域存在于服务区内，该指定区域需不影响服务区内车辆和行人的移动，且垃圾清扫车能够到达。 [0036] 而作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述无人垃圾清扫车上预设部署的障碍物移动组件将可处理障碍物推到指定区域后，还将障碍物的位置信息反馈给后台管理平台，以供管理人员调阅。 [0037] 图6为服务区的路端监控设备，包括所述服务区安防监控设备和路侧交通监控设备，具体的，该设备为服务区原有设备，无需后期加装，这些设备能覆盖所述无人垃圾清扫车在服务区的所有可通行区域。 [0038] 结合图7、图8所示，其示出了本方案所依托的无人垃圾清扫车，该无人垃圾清扫车可以基于现有清扫车，然后进行布设传感器，即，所述车载非接触传感器、车载接触传感器安装于车体，包括固体激光雷达、广角摄像头、长焦摄像头、毫米波雷达、单线激光雷达、超声波雷达。 [0039] 其中，图4至图8中，各标号对应部件为：1、固态激光雷达；2、广角摄像头；3、长焦摄像头；4、毫米波雷达；5、单线激光雷达； 6、超声波雷达；7、压力传感器；8、路端监控摄像头；91、推杆；92、推板；93、摆臂；94、摆臂连杆。 [0040] 基于上述，本发明还提供一种高速服务区无人垃圾清扫车工作运行方法，其特征在于，其应用有上述所述的基于多传感器融合的无人垃圾清扫车主动防御系统。 |
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