一种路面检测方法及相关装置与流程

本技术涉及自动驾驶，尤其涉及一种路面检测方法及相关装置。

背景技术：

1、目前，露天矿山的自动驾驶技术是智慧矿山的重要组成部分。自动驾驶技术能够做到车辆的无人化，避免因事故造成人员伤亡；且自动驾驶技术能够实现长时间连续作业，提高车辆的周转效率，从而为矿山企业减员增效。

2、车辆的行驶安全和效率是自动驾驶技术研究的重点，而路面作为车辆的载体是影响车辆行驶安全和效率的重要因素。在矿山场景下，路面状况十分复杂。具体来说，矿山路面是由挖掘机和铲车根据物料装卸需求临时平整出的沙土路面，因此矿山路面具有质地软、坡度大和沙尘大的特点。为了减少扬尘，矿山作业标准中要求定期洒水抑尘，这样重载矿车驶过水沙混合的泥泞路面时极易导致路面凹陷。同时，车载物料在行驶中容易因颠簸掉落在路面上形成凸起障碍物。在这种情况下，矿山路面的凹凸坑包会导致车辆悬挂断裂、车轮爆胎甚至是车辆侧翻，给车辆的正常行驶造成了巨大的安全隐患。

3、在传统驾驶方式中，当矿车驾驶员感觉某段路面安全隐患较大时，可以通过对讲机呼唤平地机对指定路面进行平整。当前，基于自动驾驶技术的矿车由于缺乏路面监测手段，无法为平地机的出动提供有效信息，造成矿车的运营效率逐渐降低且安全风险逐渐提高。

4、因此，目前亟需一种能够对路面的凹凸情况进行有效检测的方法。

技术实现思路

1、本技术提供了一种路面检测方法，能够对路面的凹凸情况进行有效检测，提高路面情况的检测准确率。

2、本技术第一方面提供一种路面检测方法，应用于自动驾驶技术领域的车辆或机器人。该方法包括：首先，获取行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息以及行驶装置所行驶的路面的点云数据。其中，行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息可以是指行驶装置的位置变化信息以及姿态变化信息。

3、然后，根据位姿变化信息确定路面的第一凹凸值。具体地，在得到行驶装置中的行驶机构的位姿变化信息之后，可以根据该位姿变化信息获取行驶装置中与路面接触的行驶机构在目标方向上的位移量，该位移量则用于指示路面的第一凹凸值，目标方向为垂直于路面的方向。

4、其次，根据点云数据计算路面的第二凹凸值。由于点云数据是通过密集的点来表征路面以及路面上的物体的形状，因此基于点云数据能够确定路面上凸起的障碍物的高度以及路面上凹陷的深坑的深度，进而得到路面的第二凹凸值。

5、最后，基于第一凹凸值和第二凹凸值，确定路面的目标凹凸值，目标凹凸值用于指示路面的凹陷值或凸起值。由于第一凹凸值和第二凹凸值是基于不同的计算方式计算得到的，因此最后可以是将第一凹凸值和第二凹凸值进行融合，从而得到路面的目标凹凸值。

6、本方案中，一方面通过行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息来确定路面凹凸情况，另一方面则通过路面的点云数据来确定路面凹凸情况，最后联合两方面所确定的路面凹凸情况，得到最终的路面凹凸情况。由于在颠簸路面行驶时，基于位姿变化信息确定路面凹凸情况的准确率较高，而在平稳路面行驶时，基于点云数据确定路面凹凸情况的准确率较高，因此通过联合两种方式所确定的路面凹凸情况，保证了在所有行驶状态下均能够得到准确的路面凹凸情况。

7、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：根据路面的目标凹凸值，生成路面的高程图，高程图用于指示路面上不同位置的凹凸值。简单来说，高程图上可以有效地指示路面上各个位置的凹凸情况，以便于用户快速地了解路面的凹凸情况。

8、在一种可能的实现方式中，高程图用于指示路面上目标位置的凹凸值，其中目标位置为凹陷值大于或等于第一阈值或者凸起值大于或等于第二阈值的位置。

9、具体来说，在一些路况复杂的室外环境中，例如临时铺填的矿山路面，路面上的大部分区域可能都是不平整的，即具有凹陷的坑或者是具有凸起的泥土。在这种情况下，如果在高程图将各个位置的凹凸值都进行显示，则会使得整个高程图中的大部分区域都需要标注凹凸值，容易影响用户的观看。并且，对于大部分深度较浅的凹陷坑以及高度较低的障碍物来说，这些区域并不会对矿车的正常行驶造成太大的影响。通常是只有部分深度过大的凹陷坑或高度较大的障碍物才会对矿车的正常行驶造成影响。

10、因此，在本方案中，在生成高程图时，可以是仅在高程图上展示深度值和高度值超过一定阈值的位置的凹凸值，以保证高程图的可观看性。

11、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：先获取第一误差值以及第二误差值，其中第一误差值用于指示第一凹凸值的计算误差，第二误差值用于指示第二凹凸值的计算误差。然后，通过对第一凹凸值和第二凹凸值进行加权求和，得到目标凹凸值；其中，第一凹凸值的权重系数和第二凹凸值的权重系数均与第一误差值以及第二误差值相关。

12、本方案中，通过基于凹凸值的误差值来执行两个凹凸值的融合，能够有效地根据凹凸值的误差情况来调整其在融合过程中所占的比例，从而提高路面凹凸值的融合结果的准确性。

13、在一种可能的实现方式中，第一凹凸值的权重系数与第一误差值具有负相关关系，第一凹凸值的权重系数与第二误差值具有正相关关系；第二凹凸值的权重系数与第一误差值具有正相关关系，第二凹凸值的权重系数与第二误差值具有负相关关系。

14、即，第一凹凸值对应的第一误差值越大，代表第一凹凸值的准确度越低，因此第一凹凸值的权重系数则越小；第二凹凸值对应的第二误差值越大，代表第二凹凸值的准确度越低，第一凹凸值的权重系数则可以设置得越大。

15、在一种可能的实现方式中，第一误差值与路面的凹凸程度具有负相关关系，第二误差值与路面的凹凸程度具有正相关关系。

16、即，路面的凹凸程度越大，则第一凹凸值的权重系数越大，第二凹凸值的权重系数越小，即基于惯性传感器所得到的路面检测结果在融合过程中所占的比例越大；路面的凹凸程度越小，则第二凹凸值的权重系数越大，第一凹凸值的权重系数越小，即基于激光雷达所得到的路面检测结果在融合过程中所占的比例越大。

17、在一种可能的实现方式中，路面的第一凹凸值包括路面上多个位置的第一凹凸值，路面的第二凹凸值包括路面上多个位置的第二凹凸值。

18、基于第一凹凸值和第二凹凸值，确定路面的目标凹凸值，具体包括：基于路面上的第一位置的第一凹凸值和第一位置的第二凹凸值，确定路面上的第一位置的目标凹凸值。

19、也就是说，在融合第一凹凸值和第二凹凸值时，是将同一个位置上的第一凹凸值和第二凹凸值进行融合，进而得到路面的目标凹凸值。

20、在一种可能的实现方式中，位姿变化信息是基于行驶装置中的惯性传感器得到的。

21、在一种可能的实现方式中，获取行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息，包括：获取行驶装置中的惯性传感器所测量的运动数据；根据运动数据和行驶装置中与路面接触的行驶机构的位置，确定行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息。

22、在一种可能的实现方式中，根据位姿变化信息确定路面的第一凹凸值，包括：根据位姿变化信息获取行驶装置中与路面接触的行驶机构在目标方向上的位移量，位移量用于指示路面的第一凹凸值，目标方向为垂直于路面的方向。

23、在一种可能的实现方式中，根据点云数据计算路面的第二凹凸值，包括：基于点云数据确定路面上的凹凸区域，凹凸区域的垂直方向与路面的垂直方向之间的夹角大于预设角度，路面的垂直方向是基于路面上的所有区域得到的；基于凹凸区域的多个相邻区域与凹凸区域之间的凹凸程度差异，确定凹凸区域所对应的凹凸值，并将凹凸区域所对应的凹凸值作为路面上的第二凹凸值。

24、本方案中，采用凹凸区域的多个相邻区域作为参考平面，通过确定多个相邻区域与凹凸区域之间的凹凸程度差异来确定凹凸区域对应的凹凸值，能够有效地提高基于点云数据确定凹凸区域的凹凸值的准确率。

25、在一种可能的实现方式中，基于凹凸区域的相邻区域与凹凸区域之间的差异，确定凹凸区域所对应的凹凸值，包括：基于多个相邻区域对应的点云数据，确定多个相邻区域对应的局部坐标系；根据凹凸区域中的点相对于局部坐标系的坐标，确定凹凸区域所对应的凹凸值。

26、本方案中，采用凹凸区域的多个相邻区域(即一小部分区域)作为参考平面，来确定凹凸区域对应的凹凸值，能够有效地降低所求取的参考平面的误差，进而提高计算凹凸区域的凹凸值的准确率。

27、在一种可能的实现方式中，行驶装置包括车辆或机器人。

28、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：获取行驶环境的点云数据，点云数据用于表征行驶环境中的路面及障碍物；基于点云数据、目标凹凸值、行驶装置的越障高度以及行驶装置的高度，确定行驶环境中的多个区域的通行状态，其中，在通行状态为可通行的区域中，与路面接触的障碍物部分的高度不大于越障高度且可通行高度不小于行驶装置的高度，可通行高度为区域中供行驶装置通行的高度；基于多个区域的通行状态，确定第一路径，第一路径用于供行驶装置行驶，且第一路径所经过的区域均为多个区域中通行状态为可通行的区域。

29、本方案中，采用点云数据来表征行驶环境，并基于行驶装置跨越障碍的高度以及行驶装置本身的高度，确定行驶环境中能够供行驶装置通行的区域，即行驶装置能够跨越障碍物通行的区域或在悬空的障碍物下钻行通过的区域，进而在具有复杂拓扑结构的三维空间下实现路径规划，提高路面检测方法的场景适应能力。

30、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：基于目标惩罚函数，对第一路径进行修正，得到第二路径；其中，对第一路径进行修正的目标为降低目标惩罚函数的值，目标惩罚函数与目标距离具有负相关的关系，目标距离为行驶装置在行驶过程中与行驶环境中的障碍物的距离。

31、本方案中，通过设置目标惩罚函数，可以是以行驶装置与障碍物之间的距离作为路径优化的约束条件，在修正第一路径的过程中尽可能地使得行驶装置与障碍物之间保持一定的安全距离，从而提高最终所得到的路径的安全性，保证行驶装置在行驶过程中的安全性。

32、本技术第二方面提供一种行驶装置，包括：获取模块，用于获取行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息以及行驶装置所行驶的路面的点云数据；处理模块，用于根据位姿变化信息确定路面的第一凹凸值；处理模块，还用于根据点云数据计算路面的第二凹凸值；处理模块，还用于基于第一凹凸值和第二凹凸值，确定路面的目标凹凸值，目标凹凸值用于指示路面的凹陷值或凸起值。

33、在一种可能的实现方式中，处理模块，还用于：根据路面的目标凹凸值，生成路面的高程图，高程图用于指示路面上不同位置的凹凸值。

34、在一种可能的实现方式中，高程图用于指示路面上目标位置的凹凸值，其中目标位置为凹陷值大于或等于第一阈值或者凸起值大于或等于第二阈值的位置。

35、在一种可能的实现方式中，获取模块，还用于获取第一误差值以及第二误差值，第一误差值用于指示第一凹凸值的计算误差，第二误差值用于指示第二凹凸值的计算误差；处理模块，还用于通过对第一凹凸值和第二凹凸值进行加权求和，得到目标凹凸值；

36、其中，第一凹凸值的权重系数和第二凹凸值的权重系数均与第一误差值以及第二误差值相关。

37、在一种可能的实现方式中，第一凹凸值的权重系数与第一误差值具有负相关关系，第一凹凸值的权重系数与第二误差值具有正相关关系；第二凹凸值的权重系数与第一误差值具有正相关关系，第二凹凸值的权重系数与第二误差值具有负相关关系。

38、在一种可能的实现方式中，第一误差值与路面的凹凸程度具有负相关关系，第二误差值与路面的凹凸程度具有正相关关系。

39、在一种可能的实现方式中，路面的第一凹凸值包括路面上多个位置的第一凹凸值，路面的第二凹凸值包括路面上多个位置的第二凹凸值；处理模块，还用于基于路面上的第一位置的第一凹凸值和第一位置的第二凹凸值，确定路面上的第一位置的目标凹凸值。

40、在一种可能的实现方式中，位姿变化信息是基于行驶装置中的惯性传感器得到的。

41、在一种可能的实现方式中，获取模块，还用于获取行驶装置中的惯性传感器所测量的运动数据；处理模块，还用于根据运动数据和行驶装置中与路面接触的行驶机构的位置，确定行驶装置在行驶过程中的位姿变化信息。

42、在一种可能的实现方式中，处理模块，还用于根据位姿变化信息获取行驶装置中与路面接触的行驶机构在目标方向上的位移量，位移量用于指示路面的第一凹凸值，目标方向为垂直于路面的方向。

43、在一种可能的实现方式中，处理模块，还用于：基于点云数据确定路面上的凹凸区域，凹凸区域的垂直方向与路面的垂直方向之间的夹角大于预设角度，路面的垂直方向是基于路面上的所有区域得到的；基于凹凸区域的多个相邻区域与凹凸区域之间的凹凸程度差异，确定凹凸区域所对应的凹凸值，并将凹凸区域所对应的凹凸值作为路面上的第二凹凸值。

44、在一种可能的实现方式中，处理模块，还用于：基于多个相邻区域对应的点云数据，确定多个相邻区域对应的局部坐标系；根据凹凸区域中的点相对于局部坐标系的坐标，确定凹凸区域所对应的凹凸值。

45、在一种可能的实现方式中，行驶装置包括车辆或机器人。

46、在一种可能的实现方式中，获取模块，还用于获取行驶环境的点云数据，点云数据用于表征行驶环境中的路面及障碍物；处理模块，还用于基于点云数据、目标凹凸值、行驶装置的越障高度以及行驶装置的高度，确定行驶环境中的多个区域的通行状态，其中，在通行状态为可通行的区域中，与路面接触的障碍物部分的高度不大于越障高度且可通行高度不小于行驶装置的高度，可通行高度为区域中供行驶装置通行的高度；处理模块，还用于基于多个区域的通行状态，确定第一路径，第一路径用于供行驶装置行驶，且第一路径所经过的区域均为多个区域中通行状态为可通行的区域。

47、在一种可能的实现方式中，处理模块，还用于基于目标惩罚函数，对第一路径进行修正，得到第二路径；其中，对第一路径进行修正的目标为降低目标惩罚函数的值，目标惩罚函数与目标距离具有负相关的关系，目标距离为行驶装置在行驶过程中与行驶环境中的障碍物的距离。

48、本技术第三方面提供一种行驶装置，可以包括处理器，处理器和存储器耦合，存储器存储有程序指令，当存储器存储的程序指令被处理器执行时实现上述第一方面或第一方面任一实现方式的方法。对于处理器执行第一方面的各个可能实现方式中的步骤，具体均可以参阅第一方面，此处不再赘述。

49、本技术第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面或第一方面任一实现方式的方法。

50、本技术第五方面提供了一种电路系统，电路系统包括处理电路，处理电路配置为执行上述第一方面或第一方面任一实现方式的方法。

51、本技术第六方面提供了一种计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面或第一方面任一实现方式的方法。

52、本技术第七方面提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持服务器或门限值获取装置实现上述第一方面或第一方面任一实现方式中所涉及的功能，例如，发送或处理上述方法中所涉及的数据和/或信息。在一种可能的设计中，芯片系统还包括存储器，存储器，用于保存服务器或通信设备必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包括芯片和其他分立器件。

53、上述第二方面至第七方面的有益效果可以参考上述第一方面的介绍，在此不再赘述。