一种基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法

技术特征：
1.一种基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，基于部署在飞行汽车上的摄像头和激光雷达实现，所述方法包括：步骤1)根据实时采集的图像和三维点云数据对指定道路进行环境感知，建立动态三维地图；步骤2)当待决策规划的飞行汽车为飞行状态，转至步骤3)；当待决策规划的飞行汽车为行驶状态，转至步骤5)；步骤3)根据动态三维地图，结合飞行汽车数据和行驶在单行路的汽车情况，建立斥力场，选取行驶汽车后某点或地面上某点建立引力场；步骤4)由斥力场和引力场形成实时变化的合力场，驱动飞行汽车进行动态着陆，判断飞行汽车和目标位置间的距离是否满足安全距离，判断为是，控制飞行汽车着陆，并转至步骤7)；判断为否，控制飞行汽车上升，并转至步骤3)重新建立引力场；步骤5)根据动态三维地图，结合飞行汽车数据和行驶在单行路的汽车情况，建立斥力场，选取空中安全位置建立引力场；步骤6)由斥力场和引力场形成实时变化的合力场，驱动飞行汽车起飞，并转至步骤7)；步骤7)决策规划结束。2.根据权利要求1所述的基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，其特征在于，所述步骤1)包括：步骤1-1)将采集的图像经卷积神经网络处理，经过图像金字塔特征提取，得到与初始图像大小相同的图像特征图；步骤1-2)将获取的三维点云和图像特征图经联合标定，得到在图像范围内的点云，并得到对应的图像特征；步骤1-3)将融合的点云图像数据按照点云的分布进行体素网格化，得到体素化数据；步骤1-4)对体素化数据进行筛选，去掉空的网格，将长宽高按秩序排列成一维，得到处理后的体素化数据，步骤1-5)将处理后的体素化数据输入数据编码网络，得到特征图；步骤1-6)将特征图通过单阶段的目标检测网络，得到指定道路三维目标的坐标及长宽高信息；步骤1-7)根据检测到的每个三维目标的坐标及长宽高信息，建立动态三维地图。3.根据权利要求2所述的基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，其特征在于，所述步骤1-5)的数据编码网络包括：全连接层和voxelnet；所述数据编码网络的处理包括：处理后的体素化数据包括若干个非空格子，每个格子包括若干个点，从每个格子提取出一个点表示这个格子，一个高度方向选出一个格子表示这个高度，得到l长、w宽的特征图大小，c为特征图特征数，通过升维扩充特征。4.根据权利要求1所述的基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，其特征在于，所述步骤3)包括：步骤3-1)提取待决策规划飞行汽车的数据，经分析处理后建立斥力场；作用在飞行汽车上的斥力场u
ri
(x)和斥力f
r
(x)满足下式：
其中，k
r
表示正比例系数，x表示待决策规划的飞行汽车位置，x
i
表示障碍物i的位置，η
i
(x,x
i
)表示x与x
i
之间的距离，η
i
(x,x
i
)表示x与x
i
之间的距离，η
0，i
表示第i个障碍物斥力场作用的最大距离；其中，n表示障碍物总数，f
ri
(x)表示障碍物i的斥力，满足下式：其中，表示η
i
梯度；步骤3-2)结合待决策规划飞行汽车的前后方车辆情况，建立引力场；作用在飞行汽车上的引力场u
a
(x)和引力f
a
(x)满足下式：(x)满足下式：其中，ρ表示引力正比例系数，x
g
表示目标位置，η(x,x
g
)表示飞行汽车和目标位置的距离，表示η梯度。5.根据权利要求1所述的基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，其特征在于，所述步骤4)判断飞行汽车和目标位置间的距离是否满足安全距离；包括：当前车和后车之间的距离大于等于安全距离时，满足安全距离，否则不满足安全距离。6.根据权利要求1所述的基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，其特征在于，所述步骤5)包括：步骤5-1)提取行驶在单行路的汽车数据以及待决策规划的飞行汽车的飞行数据，经分析处理后建立斥力场；作用在飞行汽车上的斥力场u
ri
(x)和斥力f
r
(x)满足下式：(x)满足下式：(x)满足下式：其中，k
r
表示正比例系数，x表示待决策规划的飞行汽车位置，x
i
表示障碍物i的位置，η
i
(x,x
i
)表示x与x
i
之间的距离，η
i
(x,x
i
)表示x与x
i
之间的距离，η
0，i
表示第i个障碍物斥力场作用的最大距离；步骤5-2)选取空中安全位置建立引力场；作用在飞行汽车上的引力场u
a
(x)和引力f
a
(x)满足下式：(x)满足下式：其中，ρ表示引力正比例系数，x
g
表示目标位置，η(x,x
g
)表示飞行汽车和目标位置的距离，表示η梯度。7.一种基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划系统，基于部署在飞行汽车上的摄像头和激光雷达实现，其特征在于，所述系统包括：动态三维地图构建模块、状态判断模块、飞行斥引力场建立模块、着陆控制模块、行驶斥引力场建立模块和起飞控制模块；所述动态三维地图构建模块，用于根据实时采集的图像和三维点云数据对指定道路进行环境感知，建立动态三维地图；所述状态判断模块，用于当待决策规划的飞行汽车为飞行状态，转至飞行斥引力场建立模块；当待决策规划的飞行汽车为行驶状态，转至行驶斥引力场建立模块；所述飞行斥引力场建立模块，用于根据动态三维地图，结合飞行汽车数据和行驶在单行路的汽车情况，建立斥力场，选取行驶汽车后某点或地面上某点建立引力场；所述着陆控制模块，用于由斥力场和引力场形成实时变化的合力场，驱动飞行汽车进行动态着陆，判断飞行汽车和目标位置间的距离是否满足安全距离，判断为是，控制飞行汽车着陆，决策规划结束；判断为否，控制飞行汽车上升，并转至飞行斥引力场建立模块重新建立引力场；所述行驶斥引力场建立模块，用于根据动态三维地图，结合飞行汽车数据和行驶在单行路的汽车情况，建立斥力场，选取空中安全位置建立引力场；所述起飞控制模块，用于由斥力场和引力场形成实时变化的合力场，驱动飞行汽车起飞，决策规划结束。

技术总结
本发明公开了一种基于三维目标检测的飞行汽车起飞着陆决策规划方法，基于部署在飞行汽车上的摄像头和激光雷达实现，该方法包括：根据实时采集的图像和三维点云数据建立动态三维地图；当飞行汽车为飞行状态，根据动态三维地图，分别建立斥力场和引力场形成实时变化的合力场，驱动飞行汽车进行动态着陆，当满足安全距离，控制飞行汽车着陆，决策规划结束；否则，控制飞行汽车上升，重新建立引力场；当飞行汽车为行驶状态，根据动态三维地图，分别建立斥力场和引力场形成实时变化的合力场，驱动飞行汽车起飞，决策规划结束。决策规划结束。决策规划结束。


技术研发人员：张新钰 刘华平 黄建聪 黄元昊 黄康尧 李骏
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.09.14
技术公布日：2022/11/11