基于三维激光雷达的动态障碍物检测和追踪方法

为解决无人驾驶车辆在城市路况下对多个动态障碍物同时检测和跟踪的关键问题,提出一种基于三维激光雷达的多目标实时检测和跟踪方法。通过对单帧激光雷达点云数据进行聚类,提取障碍物外接矩形轮廓特征;采用多假设跟踪模型(MHT)算法对连续两帧的障碍物信息进行数据关联;利用卡尔曼滤波算法对动态障碍物进行连续地预测和跟踪。试验结果表明,该算法能够在自行搭建的智能车平台上以每帧100 ms的速度准确、稳定地检测和跟踪。     

采用64线激光雷达的实时道路障碍物检测与分类算法的研究

针对64线激光雷达数据量大,导致无人自主车的障碍物检测实时性差的问题,提出一种兼顾有效性和实时性的目标检测和分类算法。该算法首先通过多特征多层高度地图分离路面、障碍物和悬挂物;然后采用基于动态距离阈值的网格聚类算法对障碍物进行聚类,并结合相邻两个障碍物的运动状态信息对聚类结果进行修正,提高聚类的准确率;最后使用SVM对障碍物进行检测和分类。实验结果表明:该算法最优识别率达89.77%,耗时约为95 ms,在保证检测和分类准确率的基础上,满足无人自主车在道路行驶时检测障碍物的实时性要求,具有显著的工程实用价值。     

基于激光雷达的无人驾驶车前方障碍物检测

无人驾驶车在越野条件下的环境感知技术是其实现自主导航功能的难题.由于越野环境复杂,障碍物种类繁多,对智能车周围环境的探测更是难上加难.选择越野环境下几种典型的障碍物作为检测目标,采用基于激光雷达面扫描的方法获取无人驾驶车前方路面图像信息,根据障碍物对于激光数据的不同特征,检测无人驾驶车前方静止的障碍物,主要包括水塘、石头或陡坡以及树木等.利用激光可直接测得障碍物距离数据的优势,基于投影变换原理进而求得障碍物的长、宽或高等三维信息.     

基于三维激光点云的目标识别与跟踪研究

针对无人车环境感知中的障碍物检测问题,设计了一套基于车载激光雷达的目标识别与跟踪方法。为降低计算量,提高处理速度,引入了点云过滤与分割算法对原始激光点云数据进行缩减,有效提高了检测的实时性。使用多特征复合判据,基于SVM分类器改进了Adaboost算法,对三维激光点云进行直接处理,最大限度保留了感知信息,提高了识别准确度。提出基于最大熵模糊聚类的数据关联方法和相应的粒子滤波器,有效提高了复杂交通流中目标跟踪的稳定性和准确性。经百度Apollo平台数据集仿真、自主研发的无人驾驶平台实验验证和针对小目标交叠和遮挡情况的实车验证表明,该套方法具有良好的实时性和鲁棒性。     

基于匈牙利匹配和卡尔曼滤波的动态多目标跟踪

为了得到无人驾驶汽车目标检测的准确信息,文章通过对标定后的原始激光雷达点云进行分割和聚类,利用霍夫直线检测提取障碍物的外包框,最后使用匈牙利算法对被跟踪的障碍物和新检测出的障碍物进行关联匹配,并求出最优解,最终使用卡尔曼滤波算法对其进行状态优化。通过实验表明,本算法可以在激光雷达一帧0.1 s内,快速、准确地跟踪被检测出的障碍物。     

基于LabVIEW和激光雷达的智能车辆障碍物检测

将LabVIEW引入智能车辆研究与应用领域,提出基于LabVIEW和激光雷达的智能车辆障碍物检测系统。该系统采用激光雷达探测智能车辆前方的物体,测到的距离数据经串口传输至计算机（LabVIEW）后,由LabVIEW对数据进行处理和分析,完成智能车辆前方障碍物检测。该系统设计了激光雷达控制、串口VISA操作、数据采集、处理及存储、直角坐标和极坐标图像、障碍物检测等程序。实验结果表明,该方案是可行的,可以作为研究智能车辆技术的一种新的方法。     

基于电子海图矢量数据建模的无人船路径规划

栅格地图在自主船路径规划领域应用广泛.为解决栅格地图在表示多种类型障碍物共存的复杂环境时所存在精度不高及路径可靠性不足的问题,提出一种基于电子海图矢量数据——点、线、面要素建立精确环境势场的方法,可用于描述不同类型障碍物及狭窄水域.在此基础上,改进了基于静态环境势场及动态环境引力和斥力的混合路径规划算法,并结合M ariner典型船型及比例微分控制,进行了多船多障碍动态环境和狭窄水域静态环境的仿真测试.试验结果表明,该算法实现了《国际海上避碰规则》约束下的船舶实时自主避碰,并兼顾多种形状和类型的障碍物.建模方法简单实用,具有与电子海图显示与信息系统相结合的潜力.      

智能快递车避障路径规划系统设计与实现

文章提出一种基于高精度RTK惯性组合导航和激光雷达的智能快递车避障路径规划系统设计与实现方案。智能快递车利用高精度RTK惯性组合导航自主行驶,激光雷达感知前方障碍物。在障碍物聚类分析的基础上,进行避障算法的设计。将障碍物投影到二维平面上,用平行于坐标轴的矩形进行包络,将投影轮廓规则化。利用延长系数实现面积膨胀,并将膨胀后的矩形左侧边作为避障路径,进行高斯坐标的统一。之后与GPS路网曲线融合,完成避障路径的规划。     

基于差动和自主转向协调的分布式驱动无人车轨迹跟踪

分布式驱动无人车能通过差动转向和原有自主转向的共同作用保证车辆的轨迹跟踪。在2自由度车辆动力学模型基础上,基于模型预测控制算法,提出预瞄时间自适应的轨迹跟踪方法,以满足转弯和直行工况的预测要求;考虑分布式驱动无人车构型特点,基于参考横摆角,采用左右两侧驱动轮转矩差动控制,能在保证无人车总体转矩需求不变的情况下实现轨迹跟踪。为综合上述两种方法的优点,提出了利用设置权重的方法对自主转向和差动转向轨迹跟踪进行协调控制,并进行了Matlab与Car Sim的联合仿真和实车实验验证。结果表明,协调控制有效改善了转向的响应速度和灵活性,同时提高了无人车轨迹跟踪的可靠性和准确性。     

突发情况下驾驶员生心理与道路环境模型分析

本文利用动态心电分析仪、Freecod数据采集系统及动态GPS,在交通运输部试验场对紧急状况下驾驶员心率变化与车距障碍物距离以及行驶车速间的关系进行了试验研究。试验结果表明,遇到障碍物时,心率变化大体呈波浪式,上下起伏状;在傍晚,驾驶员心率变化要比中午明显。在数据分析基础上,建立驾驶员心率与车距障碍物以及心率与行车速度的回归模型,并对模型进行验证。试验结果有助于进一步明确突发事件下驾驶员的心率变化规律。     

基于差动和自主转向协调的分布式驱动无人车轨迹跟踪EI北大核心CSCD

分布式驱动无人车能通过差动转向和原有自主转向的共同作用保证车辆的轨迹跟踪。在2自由度车辆动力学模型基础上,基于模型预测控制算法,提出预瞄时间自适应的轨迹跟踪方法,以满足转弯和直行工况的预测要求;考虑分布式驱动无人车构型特点,基于参考横摆角,采用左右两侧驱动轮转矩差动控制,能在保证无人车总体转矩需求不变的情况下实现轨迹跟踪。为综合上述两种方法的优点,提出了利用设置权重的方法对自主转向和差动转向轨迹跟踪进行协调控制,并进行了Matlab与Car Sim的联合仿真和实车实验验证。结果表明,协调控制有效改善了转向的响应速度和灵活性,同时提高了无人车轨迹跟踪的可靠性和准确性。     

基于特征几何关系的无人车轨迹回环检测

为了在GPS盲区中利用激光雷达构建地图,提出了一种基于回环检测的高精度2D激光点云地图构建方法。首先,从2D激光雷达观测数据中获得无人车的位姿,在2D高斯概率密度空间中提取每帧数据中的环境特征以及求得高斯映射值累加和。其次,利用粒子滤波对车辆位姿与环境特征进行融合优化得到低精度的点云地图和特征地图。然后,利用数据帧中环境特征的数量、车辆位姿以及高斯映射累加和,计算发生轨迹回环的可能性;遍历所有观测帧后得到无人车轨迹回环帧;利用三角剖分法求解回环帧之间的真实转换关系。最后,利用图优化方法得到全局最优的无人车位姿和高精度点云地图与特征地图。试验结果表明:特征地图中同一特征的多次识别结果之间的标准差小于5mm;利用车辆位姿、环境特征和高斯映射累加和能够有效发现路径回环的可能性,其处理2 499帧耗时1.61s;利用Delaunay三角剖分能够准确计算路径回环点,单次运行用时小于1s。     

基于激光雷达的纵向坡路动态可行驶性预测（双语出版）

为解决智能汽车在含有纵向坡路的环境中行驶时所涉及的环境感知与路面可行驶性理解问题,提出了一种基于激光雷达的动态、不确定性路面可行驶性预测方法。首先,利用PreScan,CarSim与MATLAB软件搭建虚拟行驶环境,并建立激光雷达物理模型提高虚拟点云的保真度。其次,进行基于激光雷达的动态可行驶性研究,利用路面激光雷达点云数据基于车辆未来行驶方向建立笛卡尔坐标系下的间隔栅格地图;在间隔内进行平面拟合得到路面的法向量,利用平面法向量计算路面纵向坡角并利用车辆姿态补偿得到大地坐标系下的间隔坡角和道路轮廓信息,并探讨天气对道路轮廓估计结果的影响;基于车辆纵向动力学特性和道路参数估计结果,计算可行驶性概率并预测可行驶性。为了快速仿真验证所提出的可行驶性预测方法,搭建相应的自动测试环境并设计测试方法。首先分析并测试车辆行驶过程中容易因失效造成预测失败的临界关键工况,接着在虚拟行驶环境中建立自动化测试流程,加强对关键工况区的采样,总计通过402组测试工况验证可行驶性预测算法,预测准确率达到87.81%。最后,在实车平台和真实测试道路上对算法流程进行验证。研究结果表明：该方法能够很好地对车辆在纵向坡路上的可行驶性进行动态的、基于概率性指标的预测。     

基于激光雷达的纵向坡路动态可行驶性预测

为解决智能汽车在含有纵向坡路的环境中行驶时所涉及的环境感知与路面可行驶性理解问题,提出了一种基于激光雷达的动态、不确定性路面可行驶性预测方法。首先,利用PreScan,CarSim与MATLAB软件搭建虚拟行驶环境,并建立激光雷达物理模型提高虚拟点云的保真度。其次,进行基于激光雷达的动态可行驶性研究,利用路面激光雷达点云数据基于车辆未来行驶方向建立笛卡尔坐标系下的间隔栅格地图;在间隔内进行平面拟合得到路面的法向量,利用平面法向量计算路面纵向坡角并利用车辆姿态补偿得到大地坐标系下的间隔坡角和道路轮廓信息,并探讨天气对道路轮廓估计结果的影响;基于车辆纵向动力学特性和道路参数估计结果,计算可行驶性概率并预测可行驶性。为了快速仿真验证所提出的可行驶性预测方法,搭建相应的自动测试环境并设计测试方法。首先分析并测试车辆行驶过程中容易因失效造成预测失败的临界关键工况,接着在虚拟行驶环境中建立自动化测试流程,加强对关键工况区的采样,总计通过402组测试工况验证可行驶性预测算法,预测准确率达到87.81%。最后,在实车平台和真实测试道路上对算法流程进行验证。研究结果表明:该方法能够很好地对车辆在纵向坡路上的可行驶性进行动态的、基于概率性指标的预测。     

融合毫米波雷达与深度视觉的多目标检测与跟踪

针对现有融合毫米波雷达与传统机器视觉的车辆检测算法准确率较低与实时性较差的问题,本文中对多目标检测与跟踪进行研究.首先,利用阈值筛选和前后帧数据关联方法对毫米波雷达数据进行预处理,进而提出一种用于毫米波雷达数据跟踪的自适应扩展卡尔曼滤波算法.然后,为提高目标检测精度与速度,基于采集到的实车数据集训练卷积神经网络,完成深...     

基于三维激光雷达的道路可通行区域分割提取方法

为实现无人驾驶车辆利用车载三维激光雷达提取道路可通行区域,提出了一种基于小波变换结合模糊线段拟合的道路分割提取方法。利用探测倾角聚类的方法分割激光雷达扫描线在地面上的投影,通过小波变换初步确定路沿和障碍物位置,再使用模糊线段的方法精确定位路沿和障碍物。试验结果表明,该方法具有较高的精度与实时性。     

面向对象的无人车电源故障检测专家系统设计

为提升现有无人车车载电源故障检测专家系统的准确性和诊断效率,使用改进的深度优先搜索算法进行推理机的设计;为解决静态树模型难以应用于复杂车辆电源系统的问题,设计了动态树生成算法;运用面向对象的程序设计方法,设计了无人车电源故障检测专家系统,实现故障原因推理和故障定位,并对该专家系统进行了模拟和实车测试。测试结果表明,该专家系统可以准确、快速地推理故障原因并定位故障位置。     

野外环境下基于改进 Faster R-CNN的无人车障碍物检测方法

针对无人车在越野环境中障碍物检测存在特征提取能力不足和检测准确率低等问题,提出一种基于改进型Faster R-CNN卷积神经网络模型的障碍物检测方法。通过构建FPN与ResNet50组合的网络结构来实现对野外障碍物的特征提取,有效解决了特征提取时障碍物细节特征丢失和尺度变换大的问题。使用Soft-NMS代替NMS,避免了NMS非极大值抑制由于阈值难调整带来的误删除和误检问题。在每个卷积层残差块最后嵌入注意力机制,有助于特征图中有效特征信息筛选和减小计算量。试验结果表明,构建的改进型Faster R-CNN卷积神经网络模型可准确识别野外环境中的障碍物,从而验证了该模型有良好的检测能力,对提升无人车的野外感知能力具有重要意义。     

基于矢量道路栅格化的海量浮动车数据快速处理

针对海量浮动车数据特点和快速处理要求,提出了一种基于矢量道路地图栅格化的海量浮动车数据方法,该算法的关键是矢量道路栅格化过程中包括了道路缓冲区和属性信息。道路缓冲区的宽度由一个与浮动车数据位置误差和道路宽度相关的置信区域决定;矢量道路缓冲区转换成栅格图后,栅格图中像素的位置对应着实际地理坐标,而像素值的灰度值表示道路的等级、名称、编号等属性或方向等信息;然后将海量浮动车数据与栅格道路地图进行叠加处理。这种方法不仅可以精确地计算出城市道路地图坐标系与浮动车数据坐标系之间的变换参数,而且还能够快速地获取区域路网以及特定道路的行驶速度。最后,通过超过一千万个真实的武汉市浮动车数据,并与经典的浮动车数据处理算法进行比较,验证了矢量道路栅格化方法处理海量浮动车数据的可行性和有效性。     

基于图优化的室外无人车多图层地图构建

地图构建是实现无人驾驶的重要前提,针对传统单一地图无法准确实现无人车自主导航的问题,本文中提出一种低成本的室外多图层地图,分轨迹层-静态层-动态层.轨迹层为GNSS拓扑地图,静态层为基于图优化构建的点云-栅格地图,动态层为实时激光点云信息.首先轨迹层的绝对位置信息用于实现无人车的全局路径规划,然后基于动态层实时信息与静...