一种坡度检测方法及终端与流程

1.本发明涉及无人驾驶车辆感知技术领域，特别涉及一种坡度检测方法及终端。


背景技术：

2.近年来随着机器人技术的发展，各类机器人产品日益普及，如清扫机器人、安防机器人、巡检机器人和配送机器人等。为了保证机器人在应用场景中能够安全可靠地工作。机器人需要具有感知周边环境，进而判断地面可通过性的能力。
3.目前机器人坡道检测可使用多种传感器，如激光雷达传感器、深度摄像头、红外传感器和超声传感器等。常用的坡道检测一般利用场地的三维数据通过平滑插值方法计算坡道角度，或者利用双目相机采集的图片对路况进行标记，或者根据实时图像的灰度数据比较进行坡度估算。
4.但是由于传感器自身特性的限制及环境因素的影响，深度摄像头、红外传感器和超声传感器等传感器在进行坡道检测时，存在较大的误判率，并且需要进行大量的数据计算。在一些特定场景下可能无法及时正确判定坡道的实际坡度，给机器的正常运行带来较大隐患。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供了一种坡度检测方法及终端，能够提高坡度检测的准确率。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种坡度检测方法，包括步骤：
8.根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据所述单点激光采集第二激光距离；
9.根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车；
10.否则，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡。
11.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
12.一种坡度检测终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
13.根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据所述单点激光采集第二激光距离；
14.根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度
变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车；
15.否则，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡。
16.本发明的有益效果在于：根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据单点激光采集第二激光距离，从而计算两次采集点的高度差；根据两次采集点间隔的预设时间和两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制车辆刹车，否则，计算斜坡的坡度，并根据最大可通过坡度判断是否能够顺利通过斜坡；因此能够在高度变化速度小于或者等于阈值时才计算斜坡坡度，减少计算时间，从而在车辆进入斜坡之前快速做出坡度判断的同时，提高坡度检测的准确率。
附图说明
17.图1为本发明实施例的一种坡度检测方法的流程图；
18.图2为本发明实施例的一种坡度检测终端的示意图；
19.图3为本发明实施例的一种坡度检测方法的下斜坡的单点激光采集点高度落差计算示意图；
20.图4本发明实施例的一种坡度检测方法的下斜坡的单点激光两次采集点之间高度落差示意图；
21.图5本发明实施例的一种坡度检测方法的上斜坡的单点激光采集点高度落差计算示意图；
22.图6本发明实施例的一种坡度检测方法的上斜坡的单点激光两次采集点之间高度落差示意图；
23.图7本发明实施例的一种坡度检测方法的在遇到悬崖情况下的单点激光数据变化折线图；
24.图8本发明实施例的一种坡度检测方法的在遇到下斜坡情况下的单点激光数据变化折线图；
25.图9本发明实施例的一种坡度检测方法的在遇到上斜坡情况下的单点激光数据变化折线图。
具体实施方式
26.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
27.请参照图1，本发明实施例提供了一种坡度检测方法，包括步骤：
28.根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据所述单点激光采集第二激光距离；
29.根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车；
30.否则，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡。
31.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据单点激光采集第二激光距离，从而计算两次采集点的高度差；根据两次采集点间隔的预设时间和两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制车辆刹车，否则，计算斜坡的坡度，并根据最大可通过坡度判断是否能够顺利通过斜坡；因此能够在高度变化速度小于或者等于阈值时才计算斜坡坡度，减少计算时间，从而在车辆进入斜坡之前快速做出坡度判断的同时，提高坡度检测的准确率。
32.进一步地，根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差包括：
33.根据所述第一激光距离和所述单点激光的倾斜角度，计算所述单点激光与第一采集点的高度差，并根据单点激光到车轮下边缘的高度差计算所述车轮下边缘到所述第一采集点的第一高度差；
34.根据所述第二激光距离和所述单点激光的倾斜角度，计算所述单点激光与第二采集点的高度差，并根据单点激光到车轮下边缘的高度差计算所述车轮下边缘到所述第二采集点的第二高度差；
35.根据所述第一高度差与第二高度差的差值得到两次采集点的高度差。
36.由上述描述可知，根据两次测量得到的激光距离和单点激光的倾斜角度能够计算得到单点激光与两个采集点之间的高度差，进而计算出两次采集点的高度差，能够便于后续对斜坡的高度变化程度进行判断以及对斜坡坡度的计算。
37.进一步地，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车包括：
38.将所述两次采集点的高度差除以所述两次采集点间隔的预设时间，得到前方斜坡的高度变化速度；
39.若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖，判断所述悬崖底面与当前所处平面的高度落差是否大于最大落差高度，若是，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆继续行驶。
40.由上述描述可知，当斜坡的高度变化速度大于阈值时，前方的斜坡即为悬崖，因此若悬崖底面与当前所处平面的高度落差小于或者等于最大落差高度，即可继续行驶，保证车辆行驶的灵活度。
41.进一步地，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度包括：
42.判断连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值是否逐渐增大，若是，则计算下斜坡的坡度：
43.θ1＝arctan(d/((d/tanα) v*t))；
44.否则，计算上斜坡的坡度：
45.θ2＝arctan(d/(v*t
‑
(d/tanα)))；
46.式中，θ1表示下斜坡坡度，θ2表示上斜坡坡度，d表示两次采集点的高度差，α表示所述单点激光的倾斜角度，v表示车辆行驶速度，t表示所述两次采集点间隔的预设时间。
47.由上述描述可知，根据连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值是否逐渐增大，判断斜坡为上斜坡还是下斜坡，并根据斜坡的类型对应计算斜坡的坡度，从而在设备快速运动过程中能够迅速做出坡度判断，能够提高设备反应灵敏度。
48.进一步地，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡包括：
49.若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，若连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差呈先升后降或者先降后升的趋势，则所述斜坡为坎或者沟，根据所述坎或者沟的高度判断是否执行过坎或者过沟操作。
50.由上述描述可知，当斜坡坡度小于或者等于最大可通过坡度时，还需要判断连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差是否呈先升后降或者先降后升的趋势，若是，则斜坡为坎或者沟，进一步根据坎或者沟的深度判断是否执行过坎或者过沟操作，从而能够根据前方不同的路况进行对应的判断，提高设备反应灵敏度。
51.请参照图2，本发明另一实施例提供了一种坡度检测终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
52.根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据所述单点激光采集第二激光距离；
53.根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车；
54.否则，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡。
55.由上述描述可知，根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据单点激光采集第二激光距离，从而计算两次采集点的高度差；根据两次采集点间隔的预设时间和两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制车辆刹车，否则，计算斜坡的坡度，并根据最大可通过坡度判断是否能够顺利通过斜坡；因此能够在高度变化速度小于或者等于阈值时才计算斜坡坡度，减少计算时间，从而在车辆进入斜坡之前快速做出坡度判断的同时，提高坡度检测的准确率。
56.进一步地，根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差包括：
57.根据所述第一激光距离和所述单点激光的倾斜角度，计算所述单点激光与第一采集点的高度差，并根据单点激光到车轮下边缘的高度差计算所述车轮下边缘到所述第一采集点的第一高度差；
58.根据所述第二激光距离和所述单点激光的倾斜角度，计算所述单点激光与第二采
集点的高度差，并根据单点激光到车轮下边缘的高度差计算所述车轮下边缘到所述第二采集点的第二高度差；
59.根据所述第一高度差与第二高度差的差值得到两次采集点的高度差。
60.由上述描述可知，根据两次测量得到的激光距离和单点激光的倾斜角度能够计算得到单点激光与两个采集点之间的高度差，进而计算出两次采集点的高度差，能够便于后续对斜坡的高度变化程度进行判断以及对斜坡坡度的计算。
61.进一步地，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车包括：
62.将所述两次采集点的高度差除以所述两次采集点间隔的预设时间，得到前方斜坡的高度变化速度；
63.若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖，判断所述悬崖底面与当前所处平面的高度落差是否大于最大落差高度，若是，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆继续行驶。
64.由上述描述可知，当斜坡的高度变化速度大于阈值时，前方的斜坡即为悬崖，因此若悬崖底面与当前所处平面的高度落差小于或者等于最大落差高度，即可继续行驶，保证车辆行驶的灵活度。
65.进一步地，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度包括：
66.判断连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值是否逐渐增大，若是，则计算下斜坡的坡度：
67.θ1＝arctan(d/((d/tanα) v*t))；
68.否则，计算上斜坡的坡度：
69.θ2＝arctan(d/(v*t
‑
(d/tanα)))；
70.式中，θ1表示下斜坡坡度，θ2表示上斜坡坡度，d表示两次采集点的高度差，α表示所述单点激光的倾斜角度，v表示车辆行驶速度，t表示所述两次采集点间隔的预设时间。
71.由上述描述可知，根据连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值是否逐渐增大，判断斜坡为上斜坡还是下斜坡，并根据斜坡的类型对应计算斜坡的坡度，从而在设备快速运动过程中能够迅速做出坡度判断，能够提高设备反应灵敏度。
72.进一步地，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡包括：
73.若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，若连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差呈先升后降或者先降后升的趋势，则所述斜坡为坎或者沟，根据所述坎或者沟的高度判断是否执行过坎或者过沟操作。
74.由上述描述可知，当斜坡坡度小于或者等于最大可通过坡度时，还需要判断连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差是否呈先升后降或者先降后升的趋势，若是，则斜坡为坎或者沟，进一步根据坎或者沟的深度判断是否执行过坎或者过沟操作，从而能够根据前方不同的路况进行对应的判断，提高设备反应灵敏度。
75.本发明的一种坡度检测方法及终端，适用于车辆行驶过程中的坡道检测。可以快
速且准确检测出车辆行驶路线上的道路坡度路况，为车辆判断道路的可通过性提供准确的环境数据，以下通过具体实施方式进行说明：
76.实施例一
77.请参照图1、图3至图9，一种坡度检测方法，包括步骤：
78.s1、根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据所述单点激光采集第二激光距离。
79.具体的，为了计算斜坡的坡度，需要获取两次采集的单点激光采集点之间的高度落差变化情况与水平位移距离，因此需要根据预设时间获取两次单点激光采集到的激光距离。
80.s2、根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差，根据两次采集点间隔的预设时间和所述两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制所述车辆刹车。
81.其中，根据所述第一激光距离和第二激光距离得到两次采集点的高度差包括：
82.s21、根据所述第一激光距离和所述单点激光的倾斜角度，计算所述单点激光与第一采集点的高度差，并根据单点激光到车轮下边缘的高度差计算所述车轮下边缘到所述第一采集点的第一高度差。
83.s22、根据所述第二激光距离和所述单点激光的倾斜角度，计算所述单点激光与第二采集点的高度差，并根据单点激光到车轮下边缘的高度差计算所述车轮下边缘到所述第二采集点的第二高度差。
84.s23、根据所述第一高度差与第二高度差的差值得到两次采集点的高度差。
85.具体的，请参照图3，l表示单点激光采集的激光距离；d表示地面采集点与车轮下边缘的高度差；h1表示单点激光与车轮下边缘高度差；h2表示单点激光与地面采集点的高度差；α表示单点激光安装角度；
86.其中，地面采集点与车轮下边缘高度差计算流程如下：
87.单点激光与地面的激光采集点的高度差：h2＝l*sinα；
88.地面采集点与车轮下边缘的高度差：d＝h2
‑
h1＝l*sinα
‑
h1；
89.请参照图4，d2表示第二高度差，d3表示第一高度差，因此两次采集点的高度差d1＝d2
‑
d3。
90.同理，请参照图5，l表示单点激光采集的激光距离；d表示地面采集点与车轮下边缘的高度差；h1表示单点激光与地面采集点的高度差；h2表示单点激光与车轮下边缘高度差；α表示单点激光安装角度；
91.其中，地面采集点与车轮下边缘高度差计算流程如下：
92.单点激光与地面的激光采集点的高度差：h2＝l*sinα；
93.地面采集点与车轮下边缘的高度差：d＝h2
‑
h1＝h2
‑
l*sinα；
94.请参照图6，d2表示第二高度差，d3表示第一高度差，因此两次采集点的高度差d1＝d2
‑
d3。
95.s24、将所述两次采集点的高度差除以所述两次采集点间隔的预设时间，得到前方斜坡的高度变化速度。
96.s25、若所述高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖，判断所述悬崖底面与当
前所处平面的高度落差是否大于最大落差高度，若是，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆继续行驶。
97.具体的，在本实施例中，高度变化速度的阈值为5000mm/s；
98.请参照图7至图9，图7中的高度变化速度为40000mm/s，因此在数据发生陡增时，判定为悬崖，此时还需要根据悬崖底面与当前平面的落差值是否大于最大落差高度来决定是否刹车；
99.图8中的高度变化速度为750mm/s，在数据发生缓增时，判定为下斜坡；
100.图9中的高度变化速度为500mm/s，在数据发生缓降时，判定为上斜坡。
101.s3、否则，根据所述两次采集点的高度差、所述两次采集点间隔的预设时间和所述车辆的行驶速度计算所述斜坡的坡度，若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，控制所述车辆进入所述斜坡。
102.其中，步骤s3具体包括以下步骤：
103.s31、否则，判断连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值是否逐渐增大，若是，则计算下斜坡的坡度：
104.θ1＝arctan(d/((d/tanα) v*t))；
105.否则，计算上斜坡的坡度：
106.θ2＝arctan(d/(v*t
‑
(d/tanα)))；
107.式中，θ1表示下斜坡坡度，θ2表示上斜坡坡度，d表示两次采集点的高度差，α表示所述单点激光的倾斜角度，v表示车辆行驶速度，t表示所述两次采集点间隔的预设时间。
108.具体的，若连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值逐渐增大，则计算下斜坡的坡度：
109.请参照图4，辅助线对应距离为s1＝d1/tanα；
110.车辆水平位移距离为s2＝v*t；
111.两次单点激光采集点之间的水平距离为s＝s1 s2；
112.坡道倾斜角度为θ＝arctan(d1/s)。
113.若连续检测到的多个采集点与单点激光的高度差数值逐渐减小，则计算上斜坡的坡度：
114.请参照图6，辅助线对应距离为s1＝d1/tanα；
115.车辆水平位移距离为s2＝v*t；
116.两次单点激光采集点之间的水平距离为s＝s2
‑
s1；
117.坡道倾斜角度为θ＝arctan(d1/s)。
118.s32、若所述坡度大于最大可通过坡度，则控制所述车辆刹车，否则，若连续检测到的多个数据差呈先升后降或者先降后升的趋势，则所述斜坡为坎或者沟，根据所述坎或者沟的高度判断是否执行过坎或者过沟操作。
119.具体的，根据计算得到的斜坡坡度和斜坡的高度判断该斜坡是否为坎或者沟，若是，则根据坎或者沟的高度判断是否执行过坎或者过沟操作，否则，直接控制车辆进入斜坡。
120.因此本实施例根据车辆在前进过程中正前方倾斜安装的单点激光测得的数据变化情况，判断车辆前进方向上是否存在上斜坡或者下斜坡或悬崖。斜坡与悬崖主要根据单
点激光采集到的数据是否发生陡增，即变化速率是否超过阈值来区分。如果数据发生陡增，则判定为悬崖，如果数据缓降或者缓增则判定为上斜坡或者下斜坡。在斜坡的情况下，系统可以根据单点激光数据的变化情况计算斜坡的坡度，并根据斜坡坡度判断路面的可通过性，从而快速且准确检测出车辆行驶路线上的道路坡度路况。
121.实施例二
122.请参照图2，一种坡度检测终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一的一种坡度检测方法的各个步骤。
123.综上所述，本发明提供的一种坡度检测方法及终端，根据车辆前方倾斜向下设置的单点激光采集第一激光距离，在车辆行驶预设时间后，根据单点激光采集第二激光距离，从而计算两次采集点的高度差；根据两次采集点间隔的预设时间和两次采集点的高度差判断前方斜坡的高度变化速度，若高度变化速度大于阈值，则前方斜坡为悬崖并控制车辆刹车，否则在数据发生缓增时，判定为下斜坡，进入下斜坡角度计算流程，根据下斜坡角度判定路面可通过性。在数据发生缓降时，判定为上斜坡，进入上斜坡角度计算流程，根据上斜坡角度判定路面可通过性。数据先升后降、先降后升则分别判定为过沟、过坎；车辆在行驶过程中，倘若行进方向上存在超出设备最大通过坡度的上/下坡道，则会响应并做出处理；因此能够在高度变化速度小于或者等于阈值时才计算斜坡坡度，减少计算时间，从而在车辆进入斜坡之前快速做出坡度判断的同时，提高坡度检测的准确率。
124.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。