本发明涉及毫米波雷达，更具体地，涉及一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法及系统。
背景技术：
1、井下作业人员的定位对于煤矿管理至关重要。传统感知障碍物的方法包括热红外相机、激光雷达、传统毫米波雷达等。热红外相机虽然受光照的影响小，但是对温度低的物体检测效果很差，且无法有效的检测煤壁等环境信息。激光雷达则具有光照影响小、探测距离远和精度高等优点，但是激光雷达会受粉尘的影响产生大量噪声，影响目标的识别。而传统的毫米波雷达，虽然不受光照、粉尘的影响，但是分辨率低，无法对目标有精确感知，容易漏检、误检。因此，感知人员和设备在巷道内的相对位置是保障矿下安全作业急需解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法及系统，以解决现有技术中存在的传统毫米波雷达虽然不受光照、粉尘的影响，但是分辨率低，无法对目标有精确感知，容易漏检、误检的问题。
2、作为本发明的第一个方面，提供一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，所述4d成像毫米波雷达安装在车辆的前方，车辆在巷道内行驶过程中通过所述4d成像毫米波雷达实时采集巷道环境中的目标点云信息，所述基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法包括如下步骤：
3、步骤s11：实时获取所述巷道环境中的目标点云信息；其中，所述目标点云信息包括目标点云的水平角度、俯仰角度、径向速度和距离；
4、步骤s12：根据所述巷道环境中的目标点云信息计算出车辆的运动速度vy和航向偏转角度ω；
5、步骤s13：根据目标点云径向速度的投影速度将巷道环境中的目标点云划分为静止目标点云和运动目标点云；
6、步骤s14：根据巷道环境中的静止目标点云信息拟合出巷道曲线，并对拟合出的巷道曲线进行调整，以得到调整后的巷道曲线；
7、步骤s15：根据车辆的航向偏转角度ω和所述调整后的巷道曲线计算出车辆的x向可行驶区域，并根据所述车辆的运动速度vy计算出车辆的y向安全制动距离；
8、步骤s16：根据所述车辆的x向可行驶区域和所述车辆的y向安全制动距离计算出车辆的危险行驶区域，当所述车辆的危险行驶区域内出现危险目标时进行预警。
9、进一步地，所述根据所述巷道环境中的目标点云信息计算出车辆的运动速度vy和航向偏转角度ω，还包括：
10、利用所述巷道环境中目标点云的径向速度和水平角度，通过最小二乘法拟合出车辆的运动速度vy和航向偏转角度ω，公式如下：
11、
12、其中，vri为巷道环境中第i个目标点云的径向速度，为巷道环境中第i个目标点云的水平角度，ω为车辆的航向偏转角度，l为车辆后轴中心到前保的距离，vy为车辆的运动速度。
13、进一步地，所述根据巷道环境中的静止目标点云信息拟合出巷道曲线中，还包括：
14、对巷道环境中的静止目标点云进行密度聚类，以提取出同一巷道壁上的静止目标点云；
15、根据同一巷道壁上静止目标点云的水平角度和距离计算出巷道坐标点的横向距离值radrx和巷道坐标点的纵向距离值radry；
16、根据巷道坐标点的横向距离值radrx和巷道坐标点的纵向距离值radry拟合出巷道曲线，其中，巷道曲线的表达式如下：
17、
18、其中，rada0表示巷道曲线与x轴的截距，rada1表示巷道曲线的航向角，rada2表示0.5倍的巷道曲线曲率。
19、进一步地，所述对拟合出的巷道曲线进行调整，以得到调整后的巷道曲线中，还包括：
20、根据历史帧拟合出的巷道曲线与x轴的截距rada0、巷道曲线的航向角rada1以及0.5倍的巷道曲线曲率rada2，判断当前帧拟合出的巷道曲线与x轴的截距rada0、巷道曲线的航向角rada1以及0.5倍的巷道曲线曲率rada2是否异常；
21、若异常，则沿用上一帧拟合出的巷道曲线与x轴的截距rada0、巷道曲线的航向角rada1以及0.5倍的巷道曲线曲率rada2；
22、若正常，则对当前帧拟合出的巷道曲线与x轴的截距rada0、巷道曲线的航向角rada1以及0.5倍的巷道曲线曲率rada2均进行卡尔曼滤波，以得到滤波后的巷道曲线与x轴的截距rada0、滤波后的巷道曲线的航向角rada1以及滤波后的0.5倍的巷道曲线曲率rada2。
23、进一步地，所述当所述车辆的危险行驶区域内出现危险目标时进行预警，还包括：
24、对危险行驶区域内的目标点云进行聚类追踪，以得到稳定的目标列表信息；
25、对所述目标列表信息中的各个目标进行分类，以得到危险行驶区域内各个目标的类别，其中，目标的类别分为人、车、岩石及其他设备；
26、根据所述危险行驶区域内各个目标的类别、高度和速度划分各个目标的危险等级；
27、当所述车辆的危险行驶区域内出现危险等级大于一定等级阈值的危险目标时进行预警。
28、进一步地，所述危险行驶区域内的人和车均为一级报警，所述危险行驶区域内高度大于一定高度阈值的岩石和其他设备均为二级报警，所述危险行驶区域内高度低于一定高度阈值的岩石和所述危险行驶区域外的其他设备均不报警。
29、进一步地，以所述4d成像毫米波雷达为原点建立坐标系，平行于车头的方向为x方向，且左边为负方向，右边为正方向；垂直于车头的方向为y方向，前面是正方向，后面是负方向，垂直于大地并向上的方向是z轴正方向。
30、作为本发明的第二个方面，提供一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警系统，所述基于4d成像毫米波雷达的巷道预警系统包括：
31、获取模块，用于实时获取所述巷道环境中的目标点云信息；其中，所述目标点云信息包括目标点云的水平角度、俯仰角度、径向速度和距离；
32、第一计算模块，用于根据所述巷道环境中的目标点云信息计算出车辆的运动速度vy和航向偏转角度ω；
33、划分模块，用于根据目标点云径向速度的投影速度将巷道环境中的目标点云划分为静止目标点云和运动目标点云；
34、拟合模块，用于根据巷道环境中的静止目标点云信息拟合出巷道曲线，并对拟合出的巷道曲线进行调整，以得到调整后的巷道曲线；
35、第二计算模块，用于根据车辆的航向偏转角度ω和所述调整后的巷道曲线计算出车辆的x向可行驶区域，并根据所述车辆的运动速度vy计算出车辆的y向安全制动距离；
36、预警模块，用于根据所述车辆的x向可行驶区域和所述车辆的y向安全制动距离计算出车辆的危险行驶区域，当所述车辆的危险行驶区域内出现危险目标时进行预警。
37、本发明提供的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法具有以下优点：
38、①仅使用4d成像毫米波雷达作为传感器，具有稳定性高、测量精度高、抗干扰能力强等优点，且适应各种环境，不受天气等因素的影响，可以24小时全天候工作，易用性高；
39、②利用4d成像毫米波雷达精度高、点云可成像的特点，对环境和目标进行感知；
40、③可以通过环境点云计算车辆运动状态，结合环境边界信息得到危险行驶区域；
41、④利用深度学习算法对目标进行分类识别，可识别设备、人员、岩石等目标类别，大幅提高预警的准确性。
1.一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，所述4d成像毫米波雷达安装在车辆的前方，车辆在巷道内行驶过程中通过所述4d成像毫米波雷达实时采集巷道环境中的目标点云信息，其特征在于，所述基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，所述根据所述巷道环境中的目标点云信息计算出车辆的运动速度vy和航向偏转角度ω，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，所述根据巷道环境中的静止目标点云信息拟合出巷道曲线中，还包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，所述对拟合出的巷道曲线进行调整，以得到调整后的巷道曲线中，还包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，所述当所述车辆的危险行驶区域内出现危险目标时进行预警，还包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，所述危险行驶区域内的人和车均为一级报警，所述危险行驶区域内高度大于一定高度阈值的岩石和其他设备均为二级报警，所述危险行驶区域内高度低于一定高度阈值的岩石和所述危险行驶区域外的其他设备均不报警。
7.根据权利要求1所述的一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，以所述4d成像毫米波雷达为原点建立坐标系，平行于车头的方向为x方向，且左边为负方向，右边为正方向；垂直于车头的方向为y方向，前面是正方向，后面是负方向，垂直于大地并向上的方向是z轴正方向。
8.一种基于4d成像毫米波雷达的巷道预警系统，用于实现权利要求1至7中任一项所述的基于4d成像毫米波雷达的巷道预警方法，其特征在于，所述基于4d成像毫米波雷达的巷道预警系统包括：
