采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法技術

本發明專利技術涉及一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，包括如下步驟：步驟1：車頂上設置可旋轉360°的多線式激光掃描雷達，激光掃描雷達發射激光束對周圍環境進行掃描；步驟2：激光掃描雷達對激光束進行接收；步驟3：獲取每束激光束所返回信息的參數，步驟4：將每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)；步驟5：建立環境地圖；步驟6：環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑。本發明專利技術采用多線式激光掃描雷達對無人駕駛汽車的路徑進行識別，可以有效的完成在實際交通中的路徑識別信息，路徑識別精度高，具有很好的易用性和魯棒性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及無人駕駛汽車的路徑識別方法
，尤其是一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法。
技術介紹
無人駕駛汽車是一個集環境感知、規劃與決策、控制等多項功能與一體的綜合智能系統，涵蓋了多學科的技術知識。主要包括機械、控制、傳感器技術、信號處理、模式識別、人工智能和計算機技術等。無人駕駛車輛起源于軍事應用，主要用于地面戰場漫游并發現敵軍部隊或設備的陸地設備。經過多年的發展，應用環境從地面發展到空中、水下、水面等。無人駕駛汽車在軍事國防、公共安全、城市交通、汽車制造等領域具有廣闊的前景和潛在的使用價值，得到眾多國家的重視，同時也是衡量一個國家科研實力和工業水平的一個重要標志。目前無人駕駛汽車路徑識別的最主要途徑是通過攝像裝置將圖片信號處理為數字信號，再由計算機控制系統進行處理，但這種處理方式也是常用于平坦的道路，對于蜿蜒崎嶇的山路，并不能進行有效的識別路徑信息。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：提供一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，采用多線式激光掃描雷達對無人駕駛汽車的路徑進行識別。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，包括如下步驟：步驟1：車頂上設置可旋轉360°的多線式激光掃描雷達，激光掃描雷達發射激光束對周圍環境進行掃描；步驟2：激光掃描雷達對激光束進行接收；步驟3：獲取每束激光束所返回信息的參數，參數包括距離校正因子Dcorr、垂直偏移量V0、水平偏移量H0、垂直校正角θ、旋轉校正角α；步驟4：對參數進行標定，標定后，將每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)；步驟5：通過激光雷達中的笛卡爾坐標，建立環境地圖；步驟6：環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑。進一步地，步驟3中，距離校正因子Dcorr是指一條激光束的距離偏差，返回的距離值Dret加上距離校正因子Dcorr表示激光束測得的真正距離D；垂直偏移量V0是指在豎直平面內激光束測量的起點到雷達坐標系原點的偏移量；水平偏移量H0是指在xy平面激光束測量的起點到激光雷達坐標系原點的偏移量；垂直校正角θ是指激光束相對于激光雷達坐標系xy平面的角度偏移量，向上偏移為正，向下偏移為負；旋轉校正角α是指激光束與激光雷達編碼盤零度角之間的角度偏移量，當激光雷達旋轉時，假設其當前旋轉角度為γ，每一條激光束都有一個不同的旋轉校正角α，定義另一個角β＝γ-α表示激光束相對于yz平面的角度。進一步地，每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)，公式如下：D＝Dret+Dcorr；Dxy＝Dcosθ-V0sinθ；Px＝Dxysinβ-H0cosβ；Py＝Dxycosβ+H0sinβ；Pz＝Dsinθ+V0cosθ；進一步地，步驟6中，環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑，具體步驟如下：(1)建立環境地圖，環境地圖用拓撲地圖表示法表示；(2)對每個道路節點設計一個估價函數，如下公式所示：f(s)＝g(s)+h(s)；其中：f(s)表示從起始節點經過節點s到目標節點的估計長度；g(s)表示從起始節點到當前節點的路徑長度；h(s)為啟發函數，是當前節點到目標節點的估計值。(3)對上述公式進行改進，擴大啟發函數值，改進后的公式為：key(s)＝g(s)+ε*h(s)；其中：key(s)為估價函數；ε(ε≥1)為權值系數；g(s)表示從起始節點到當前節點的路徑長度。(4)確定能夠搜到最優路徑的前提條件，如下公式：h(s)≤cost*(s,sgoal)；其中：cost*(s,sgoal)為當前節點到目標節點的最優距離。(5)改進確定能夠搜到最優路徑的前提條件，如下公式：ε×h(s)≤ε×cost*(s,sgoal)；(6)啟發函數的選用，將曼哈頓距離或對角線距離或歐幾里德距離作為啟發函數，對于給定的兩個點的位置坐標(xi,yi)和(xj,yj)，兩點間的曼哈頓距離dm，對角線距離dd和歐幾里德距離de的公式如下所示：dm＝|xi-xj|+|yi-yj|；dd＝max(|xi-xj|,|yi-yj|)；(7)道路節點的管理采用OPEN集合和CLOSE集合來管理道路節點；(8)搜索算法開始后，從OPEN集合中選擇最小節點進行擴展，初始OPEN集合只存放sstart節點，CLOSE集合為空；(9)此時估價函數轉化為如下公式：f(sstart)＝g(sstart)+h(sstart)；g(sstart)＝0；(10)改進上述公式為：key(sstart)＝g(sstart)+ε*h(sstart)；g(sstart)＝0；(11)節點s被擴展到的子節點存放于OPEN集合中，擴展完成后，從OPEN集合中移到CLOSE集合中；(12)循環上述過程，直到擴展到目標節點或者OPEN集合為空時，結束；若OPEN集合為空，表明沒有可行路徑，規劃失敗；擴展到目標節點則最優路徑規劃成功，結束。進一步地，所述多線式激光掃描雷達為64線激光掃描雷達。本專利技術的有益效果是：本專利技術采用多線式激光掃描雷達對無人駕駛汽車的路徑進行識別，在無人駕駛汽車的行駛過程中，通過車頂所載多線式激光掃描雷達對車身周圍的360°環境進行掃描；由激光掃描雷達發射與接收激光束，對激光束返回的距離和角度信息進行采集；使返回距離和激光雷達的旋轉角度轉化為笛卡爾坐標，生成道路路面信息，根據搜索算法進行路徑規劃，確定最佳可供選擇的可行駛路徑。本專利技術可以有效的完成在實際交通中的路徑識別信息，路徑識別精度高，具有很好的易用性和魯棒性，可適用于對蜿蜒崎嶇的山路的路徑識別。附圖說明下面結合附圖對本專利技術進一步說明。圖1是本專利技術的流程圖；圖2是本專利技術的搜索算法的流程圖；圖3是本專利技術的搜索示意圖；圖4是本專利技術的最優路徑圖；圖5是本專利技術的搜索算法的搜索過程表。具體實施方式現在結合附圖對本專利技術作進一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本專利技術的基本結構，因此其僅顯示與本專利技術有關的構成。如圖1所示，一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，包括如下步驟：步驟1：車頂上設置可旋轉360°的多線式激光掃描雷達，激光掃描雷達發射激光束對周圍環境進行掃描；步驟2：激光掃描雷達對激光束進行接收；步驟3：獲取每束激光束所返回信息的參數，參數包括距離校正因子Dcorr、垂直偏移量V0、水平偏移量H0、垂直校正角θ、旋轉校正角α；步驟4：對參數進行標定，標定后，將每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)；步驟5：通過激光雷達中的笛卡爾坐標，建立環境地圖；步驟6：環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑。具體地，步驟3中，距離校正因子Dcorr是指一條激光束的距離偏差，返回的距離值Dret加上距離校正因子Dcorr表示激光束測得的真正距離D；垂直偏移量V0是指在豎直平面內激光束測量的起點到雷達坐標系原點的偏移量；水平偏移量H本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：車頂上設置可旋轉360°的多線式激光掃描雷達，激光掃描雷達發射激光束對周圍環境進行掃描；步驟2：激光掃描雷達對激光束進行接收；步驟3：獲取每束激光束所返回信息的參數，參數包括距離校正因子Dcorr、垂直偏移量V0、水平偏移量H0、垂直校正角θ、旋轉校正角α；步驟4：對參數進行標定，標定后，將每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)；步驟5：通過激光雷達中的笛卡爾坐標，建立環境地圖；步驟6：環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑。

【技術特征摘要】
1.一種采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：車頂上設置可旋轉360°的多線式激光掃描雷達，激光掃描雷達發射激光束對周圍環境進行掃描；步驟2：激光掃描雷達對激光束進行接收；步驟3：獲取每束激光束所返回信息的參數，參數包括距離校正因子Dcorr、垂直偏移量V0、水平偏移量H0、垂直校正角θ、旋轉校正角α；步驟4：對參數進行標定，標定后，將每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)；步驟5：通過激光雷達中的笛卡爾坐標，建立環境地圖；步驟6：環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑。2.根據權利要求1采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，其特征在于，步驟3中，距離校正因子Dcorr是指一條激光束的距離偏差，返回的距離值Dret加上距離校正因子Dcorr表示激光束測得的真正距離D；垂直偏移量V0是指在豎直平面內激光束測量的起點到雷達坐標系原點的偏移量；水平偏移量H0是指在xy平面激光束測量的起點到激光雷達坐標系原點的偏移量；垂直校正角θ是指激光束相對于激光雷達坐標系xy平面的角度偏移量，向上偏移為正，向下偏移為負；旋轉校正角α是指激光束與激光雷達編碼盤零度角之間的角度偏移量，當激光雷達旋轉時，假設其當前旋轉角度為γ，每一條激光束都有一個不同的旋轉校正角α，定義另一個角β＝γ-α表示激光束相對于yz平面的角度。3.根據權利要求2所述的采用多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，其特征在于，每一條激光束返回的距離值Dret和當前激光雷達的旋轉角度γ轉化為激光雷達坐標系中的笛卡爾坐標(Px，Py，Pz)，公式如下：D＝Dret+Dcorr；Dxy＝Dcosθ-V0sinθ；Px＝Dxysinβ-H0cosβ；Py＝Dxycosβ+H0sinβ；Pz＝Dsinθ+V0cosθ。4.根據權利要求1所述的多線式激光掃描雷達的無人駕駛汽車的路徑識別方法，其特征在于，步驟6中，環境地圖用拓撲地圖表示法，利用路徑識別搜索算法進行路徑規劃，確定最優路徑，具體步驟如下...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓毅，李林聰，樊曉楠，薛諾諾，方海洋，
申請(專利權)人：張家港長安大學汽車工程研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32