[发明专利]一种基于激光雷达点云统计几何模型的非结构化道路检测方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达点云统计几何模型的非结构化道路检测方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)利用车载激光雷达获取原始三维点云数据；

(2)利用三维点云数据构造激光点云三维直方图，具体步骤如下：

(2.1)以三维激光雷达为坐标原点建立笛卡尔坐标系，X轴方向平行于地面指向无人车前进方向，Y轴方向平行于地面指向无人车左方，Z轴垂直于X-Y平面，方向为垂直地面向上；

(2.2)以X轴正方向坐标的倒数作为横轴坐标，以激光雷达线束作为纵轴坐标，并统计每一条激光雷达线束上在位置的扫描点数量，构建激光点云三维直方图；

(3)拟合三维直方图中的数据点得到道路平坦区域的基本轮廓，具体步骤如下：

(3.1)通过RANSAC算法拟合三维直方图中的数据点得到道路直线方程：

n＝km+b

式中n为激光雷达线束，m为笛卡尔坐标系中X轴正方向坐标的倒数；k和b为道路直线方程的参数；

(3.2)利用道路直线方程建立道路模型容限区间，区间上下界的直线方程为：

n＝km+αb

n＝km+βb

式中，α为确定区间容限上界的参数，α＜1，β为确定区间容限下界的参数，β＞1；

(3.3)将原始激光点云数据投射到三维直方图中，若投射到三维直方图中的数据点落在道路模型容限区间内，则为道路区域点；反之若数据点落在道路模型容限区间外，则为非道路区域点；

(3.4)利用三维直方图与原始激光点云的对应关系，统计落在道路模型容限区间内的激光点云数据，得到道路平坦区域的基本轮廓；

(4)采用最小二乘方法拟合道路平坦区域的基本轮廓上的点云数据，得到道路平坦区域的二次曲面方程；

(5)设置栅格分辨率，在笛卡尔坐标系下得到空间栅格地图，并统计各栅格单元内所有激光点云数据的最大高度差；

(6)计算激光点云数据到二次曲面的距离，并根据激光点云数据所属栅格单元点云数据的最大高度差，确定最终的可通行区域；具体为：设定激光点云数据到二次曲面的距离的最大阈值为D，计算激光点云数据到二次曲面的距离；若距离小于D且该点云数据所属的栅格单元内点云数据的最大高度差小于阈值E，则判断该点为路面点，否则为非路面点；将得到的所有路面点的集合作为道路可通行区域，得到最终的路面检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云统计几何模型的非结构化道路检测方法，其特征在于，所述步骤(3.1)中，通过RANSAC算法拟合三维直方图中的数据点得到道路直线方程的具体过程为：首先随机选取两个数据点得到直线方程，设定点到直线方程的距离阈值为T，若点到直线的距离小于T,则为内点；若点到直线的距离大于T，则为外点；计算得到包含内点最多的直线方程，即所求的道路直线方程。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云统计几何模型的非结构化道路检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用matlab最小二乘拟合工具包拟合道路平坦区域的基本轮廓上的点云数据，得到二次曲面的参数P₀,P₁,P₂,P₃,P₄,P₅，从而得到如下二次曲面方程：

f(x,y)＝P₀x²+P₁y²+P₂xy+P₃x+P₄y+P₅

式中，x为笛卡尔坐标系中X轴方向的坐标值，y为笛卡尔坐标系中Y轴方向的坐标值；采用该二次曲面方程来拟合路面满足简单平面和复杂曲面场景。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云统计几何模型的非结构化道路检测方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在栅格地图中的X-Y平面选定感兴趣范围内的栅格单元，统计每个栅格单元内点云数据的Z方向高度的最大差值。