本技術(shù)涉及軌道列車，具體而言，涉及一種基于三維建模的軌道列車的輔助駕駛系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、目前的軌道列車因?yàn)榫哂泄潭ǖ倪\(yùn)行線路、固定的運(yùn)行站點(diǎn)以及規(guī)定的行駛速率，所以軌道列車運(yùn)行安全性高、可靠性高。因?yàn)檐壍懒熊嚨男旭偹俾士臁①|(zhì)量大、慣性大，所以軌道列車對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)時(shí)間比一般的小汽車要求更長(zhǎng)。

2、為了保證軌道列車行駛的安全性，一般是將軌道列車設(shè)置在封閉環(huán)境內(nèi)，避免外界車輛進(jìn)入到軌道內(nèi)。隨著交通狀況愈發(fā)擁擠，軌道交通的封閉等級(jí)實(shí)際在不斷的下降，會(huì)存在一些社會(huì)車輛、野生動(dòng)物突然進(jìn)入到軌道內(nèi)。除此之外，在惡劣的自然環(huán)境下還會(huì)存在道路塌方、山體滑坡等突發(fā)的自然狀況。

3、而突然進(jìn)入到軌道內(nèi)的物體如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)造成非常嚴(yán)重的交通事故。所以在駕駛軌道列車時(shí)，需要駕駛員集中注意力，觀察視野內(nèi)是否存在突發(fā)狀況，如果出現(xiàn)突發(fā)狀況則緊急制動(dòng)。這種方式在軌道列車駕駛中存在很大的缺陷，駕駛員的視野距離會(huì)受到雨水天氣、地形遮擋、霧霾等因素的影響，所以在實(shí)踐中很容易出現(xiàn)駕駛員發(fā)現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，列車已經(jīng)無(wú)法減速，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)交通事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的內(nèi)容部分用于以簡(jiǎn)要的形式介紹構(gòu)思，這些構(gòu)思將在后面的具體實(shí)施方式部分被詳細(xì)描述。本技術(shù)的內(nèi)容部分并不旨在標(biāo)識(shí)要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保護(hù)的技術(shù)方案的范圍。

2、作為本技術(shù)的第一個(gè)方面，為了解決駕駛員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)狀況的技術(shù)問(wèn)題，本技術(shù)提供了一種基于三維建模的軌道列車的輔助駕駛系統(tǒng)包括：

3、激光雷達(dá)，沿著軌道兩側(cè)布置有多個(gè)，位于軌道同一側(cè)的相鄰的兩個(gè)激光雷達(dá)的最大探測(cè)范圍在軌道延伸方向上相交；

4、攝像頭，沿著軌道兩側(cè)布置有多個(gè)，位于軌道同一側(cè)的相鄰的兩個(gè)攝像頭的視野范圍在軌道延伸方向上相交；

5、三維模型構(gòu)建裝置，分別與激光雷達(dá)、攝像頭信號(hào)連接，基于激光雷達(dá)和攝像頭上傳的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建軌道兩側(cè)的原始三維模型；

6、預(yù)警裝置，設(shè)置在用于輔助駕駛的列車上，與三維模型構(gòu)建裝置信號(hào)連接；

7、其中，所述預(yù)警裝置實(shí)時(shí)更新、并展示軌道兩側(cè)的三維模型。

8、本技術(shù)所提供的技術(shù)方案中，通過(guò)在軌道兩側(cè)設(shè)置大量的激光雷達(dá)和攝像頭，構(gòu)建了軌道兩側(cè)完整立體的三維模型，所以駕駛?cè)藛T在駕駛列車時(shí)，對(duì)于能見(jiàn)度低、視野范圍小的情況下，可以輔助參考預(yù)警裝置提供的三維模型，從而在軌道上出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，駕駛?cè)藛T能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并做出救濟(jì)手段。并且，本方案中相比較于將激光雷達(dá)和攝像機(jī)設(shè)置在列車上的方案，一方面可以避免遠(yuǎn)距離物體受到物體遮擋和探測(cè)精度的影響，另一方面探測(cè)精度不會(huì)因?yàn)榱熊囋谛旭倳r(shí)的移動(dòng)、震動(dòng)等因素而受到影響，保證三維模型的精度。除此之外，在軌道上設(shè)置大量的激光雷達(dá)和攝像頭雖然成本較高，但是在該鐵路上運(yùn)行的所有車次的列車都能夠起到預(yù)警作用，如此相比較于軌道上大量運(yùn)行的大量車次，本方案的平均成本并不高。

9、進(jìn)一步的，激光雷達(dá)用于獲取軌道兩側(cè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，攝像頭用于獲取軌道兩側(cè)的圖像數(shù)據(jù)。

10、本方案中分別用激光雷達(dá)和攝像頭獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，所以可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建高精度的三維模型。

11、在軌道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，存在特別多的軌道，同時(shí)也存在特別多的列車。如果預(yù)警裝置需要接收所有軌道的三維模型信息，會(huì)導(dǎo)致信息接收量大、三維模型構(gòu)建時(shí)間長(zhǎng)，降低預(yù)警的及時(shí)性。針對(duì)這一問(wèn)題，本技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：

12、三維模型構(gòu)建裝置包括：

13、信息收集單元，與各激光雷達(dá)和攝像頭信號(hào)連接；

14、軌道模型構(gòu)建單元，設(shè)置有多個(gè)，每個(gè)軌道對(duì)應(yīng)有一個(gè)軌道模型構(gòu)建單元，每個(gè)軌道模型構(gòu)建單元用于構(gòu)建對(duì)應(yīng)軌道的三維模型；

15、信息分配單元，與各預(yù)警裝置信號(hào)連接，預(yù)警裝置用于向信息分配單元上傳自身所在列車的軌道，信息分配單元根據(jù)列車所在軌道將對(duì)應(yīng)的三維模型發(fā)送至預(yù)警模塊。

16、本技術(shù)所提供的技術(shù)方案中，每個(gè)軌道模型構(gòu)建單元用于構(gòu)建與自身對(duì)應(yīng)的軌道的三維模型。如此，信息收集單元收集到的信息可以根據(jù)其所在的軌道，有序的轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的軌道模型構(gòu)建單元，增加信息分配的效率。同時(shí)，對(duì)于預(yù)警模塊而言，通過(guò)向信息分配單元發(fā)送自身需要進(jìn)入的軌道，所以可以直接匹配對(duì)應(yīng)的軌道模型構(gòu)建單元，如此預(yù)警模塊不需要收集所有軌道的三維模型信息，降低了信息的傳輸量，增加了預(yù)警的及時(shí)性。

17、列車在行駛過(guò)程中，需要給駕駛員提供足夠的信息，以讓其能盡早做出預(yù)警。所以在實(shí)踐中，不僅需要得到處于軌道上的所有物體的三維信息，實(shí)際上是需要得到軌道兩側(cè)及軌道上的所有物體的三維信息。例如，在列車的前方存在一個(gè)物體向著軌道上移動(dòng)，但是還沒(méi)有到軌道上，如果是在物體到了軌道上再向駕駛員展示，此時(shí)該物體與列車之間的距離可能小于列車的最短剎車距離，所以為了增加預(yù)警的及時(shí)性，就需要將軌道兩側(cè)的三維物體信息也發(fā)送至預(yù)警模塊，進(jìn)而起到預(yù)警作用。在該方案下，會(huì)導(dǎo)致預(yù)警模塊需要關(guān)注的范圍太大，進(jìn)而需要接收的信息量和處理信息量增多，降低了三維模型的建立效率，減少了預(yù)警的及時(shí)性。針對(duì)這一問(wèn)題，本技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：

18、所述預(yù)警模塊包括：

19、速度獲取單元，用于獲取列車的行駛速率和最短剎停距離，并將行駛速率和最短剎停距離發(fā)送至信息分配單元；

20、模型信息獲取單元，與信息分配單元信號(hào)連接；

21、其中，模型信息獲取單元于列車進(jìn)入對(duì)應(yīng)軌道前預(yù)先獲取該軌道的所有三維模型信息，構(gòu)建出靜態(tài)三維模型；

22、信息分配單元，實(shí)時(shí)獲取列車的行進(jìn)速率和當(dāng)前位置，根據(jù)列車的行進(jìn)速率和當(dāng)前位置得到列車的觀察范圍，將觀察范圍內(nèi)相較于靜態(tài)三維模型存在變化的更新信息發(fā)送至模型信息獲取單元；

23、其中，觀察范圍相較于地面的高度為定值，觀察范圍兩側(cè)邊緣的任意一點(diǎn)l相較于列車中心線的水平距離為l1，沿著列車前進(jìn)路線列車當(dāng)前位置距離觀察范圍最遠(yuǎn)的路線長(zhǎng)度為l2；l1=（v1/l0）v2；l2=sv+λs0v1，其中，v1為當(dāng)前的列車速度，v2為軌道周圍移動(dòng)物體的平均移動(dòng)速度，l0點(diǎn)l沿著列車前進(jìn)方向到達(dá)列車所在平面的長(zhǎng)度，sv為列車當(dāng)前速度下的最短剎停距離，s0為預(yù)先設(shè)置的補(bǔ)償距離，λ為補(bǔ)償系數(shù)，0＜λ＜1。

24、本技術(shù)所提供的方案中，觀察范圍和列車的速度以及最短剎停距離相關(guān)，如果列車的速度快、剎停距離長(zhǎng)，則對(duì)應(yīng)的觀察范圍就會(huì)更遠(yuǎn)，而如果列車的速度慢、最短剎停距離短，則觀察范圍就相對(duì)而言更短一點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于不同速度的列車而言，速度越快則l2就越大，需要觀察范圍的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，但同樣的l1就會(huì)更小，所以在實(shí)踐中，不同速率、不同質(zhì)量的列車觀察范圍會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整，在盡量減少各列車的觀察范圍的情況下，保證列車行駛的安全性。

25、在實(shí)際的野外環(huán)境中，存在很多突發(fā)狀況，并且天氣也會(huì)發(fā)生變化。所以激光雷達(dá)和攝像頭拍攝到的原始信息非常復(fù)雜、變化多端。如果直接將激光雷達(dá)和攝像頭拍攝到的原始信息的變化情況，來(lái)作為發(fā)送給列車預(yù)警模塊中三維模型更新信息的依據(jù)，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)警模塊需要接收的信息太多，并且會(huì)傳輸過(guò)來(lái)很多對(duì)輔助駕駛無(wú)關(guān)的信息，影響了輔助駕駛響應(yīng)的及時(shí)性，針對(duì)這一問(wèn)題，本技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：

26、進(jìn)一步的，軌道模型構(gòu)建單元包括：

27、點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理器，用于對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理；

28、圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理器，用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理；

29、圖像融合模塊，用于將點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)融合，得到融合數(shù)據(jù)；

30、信息分辨器，用于接收融合數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)探測(cè)組接收到的融合數(shù)據(jù)與之前的融合數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果融合數(shù)據(jù)未發(fā)生改變，則不屬于更新信息，如果發(fā)生改變，則屬于更新信息。

31、本方案中，軌道模型構(gòu)建單元在接收到了點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)后，會(huì)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后生成融合數(shù)據(jù)。根據(jù)融合數(shù)據(jù)生成的三維模型與原始三維模型是否相同來(lái)判斷融合數(shù)據(jù)是否屬于更新信息。所以在實(shí)踐中，融合數(shù)據(jù)不需要深度解析并構(gòu)成三維模型，如此融合數(shù)據(jù)不需要復(fù)雜的運(yùn)算，只需要表示其對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)既可。在列車的預(yù)警模塊需要該區(qū)域的更新信息時(shí)，則直接將存在變化的融合數(shù)據(jù)作為更新信息發(fā)送，如此預(yù)警模塊需要接收的數(shù)據(jù)量少，并且需要計(jì)算的數(shù)據(jù)量也少，增加了預(yù)警的及時(shí)性。