基于四线激光雷达的道路与障碍物检测

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智能车辆(Intelligent Vehicle,简称IV)作为智能机器人中的一种,在国防军事、民用交通及科研领域都有重大的研究价值和广阔的应用前景。激光雷达因测距精度高,受环境影响小,在IV中的应用日益增多。因此,在室内外环境下,如何利用激光雷达获取环境、障碍信息成为环境感知的关键问题。  本文旨在从理论和实践上对激光雷达在IV环境感知中的方法和技术进行研究,完成的主要工作包括:  (1)结合四线激光雷达的性能参数和本文提出的道路边缘检测算法,实现了对激光雷达数据的分类,并成功的检测出道路边缘。本文采用了传统的Hough变换,结合雷达的扫描特性,提出了一种基于序列激光雷达数据的道路边缘检测方法,通过统计极坐标系中不同角度下相同径向值的雷达回波点的数目,寻找道路边界点,完成路沿检测的任务。  (2)在道路边缘检测算法中,采用了分层融合的方法。对四个扫描层的雷达回波点分层拟合,根据雷达安装俯仰角决定需要拟合的层级,再将拟合结果进行融合,最后结合最小二乘法,得到最终的道路边缘线。  (3)扫描到路面上的数据点聚集程度高,密度大,会对聚类结果产生影响,在本文中被归为信息无关点,根据z轴信息将其剔除,避免了后续不必要的处理,节省了处理时间。  (4)考虑到传统聚类算法(DBSCAN和K-Means)的缺陷,在K-Means算法的应用中,采用了寻找最远中心点(SFC)的思想寻找下一个聚类中心;在DBSCAN算法的应用中,根据排序后相邻两点之间的差值,选择很可能为扫描到障碍物上的数据点,同时排除了干扰点和杂波的影响,在一定程度上起到了滤波的作用,同时可准确的划分出不同的障碍物。  最后,通过实车试验验证了上述方法能够较好的检测道路边缘及障碍物,实现了道路与障碍物检测的任务。
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