基于激光雷達(dá)的智能機(jī)器人環(huán)境理解關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、地面移動智能機(jī)器人是一種可以在室內(nèi)外環(huán)境中連續(xù)自主運(yùn)動，集環(huán)境感知與理解、動態(tài)決策、動態(tài)路徑規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等諸多功能于一體的高度自動化智能裝置，智能機(jī)器人技術(shù)已成為各國高科技領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。環(huán)境理解是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主移動的關(guān)鍵技術(shù)之一，激光雷達(dá)是一種主動探測傳感器，由于其具有能夠直接得到三維空間信息、幾乎不受光照條件影響等特點(diǎn)，因而成為一種重要的環(huán)境感知傳感器。
　　 針對基于激光雷達(dá)的地面智能機(jī)器人環(huán)境理解關(guān)鍵技術(shù)，本

2、文從底層數(shù)據(jù)融合、點(diǎn)云聚類、幀匹配技術(shù)、環(huán)境特征提取和可通行區(qū)域檢測等方面展開研究工作。研究中使用的激光雷達(dá)傳感器包括單線雷達(dá)、多線雷達(dá)、面陣?yán)走_(dá)以及線掃描雷達(dá)等多種系列，涉及到了當(dāng)前國內(nèi)外地面機(jī)器人平臺上配備的主要激光雷達(dá)類型。
　　 本論文的主要研究成果如下：
　　 針對點(diǎn)云聚類問題，提出一種基于密度變化和空間分布不同的點(diǎn)云聚類算法，將基于信息理論的聚類優(yōu)化方法融入基于密度的聚類算法，使用局部壓縮編碼值作為評判點(diǎn)云聚

3、類結(jié)果的依據(jù)。該算法可以自適應(yīng)計(jì)算近鄰半徑，在一定程度上可以區(qū)分密度相似但是空間分布明顯不同的點(diǎn)云區(qū)域。
　　 針對可通行區(qū)域檢測問題，提出一種基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的可通行區(qū)域提取方法。算法首先使用模糊預(yù)測模型結(jié)合可通行區(qū)域特征，在單條激光雷達(dá)掃描線數(shù)據(jù)中提取初始可通行區(qū)域，然后利用幀間或掃描線間的時空關(guān)聯(lián)，優(yōu)化提取結(jié)果，提高可通行區(qū)域檢測正確率。
　　 針對激光雷達(dá)與攝像機(jī)聯(lián)合標(biāo)定問題，設(shè)計(jì)一種箭頭形標(biāo)定板，使用基于點(diǎn)特征

4、的方法進(jìn)行激光雷達(dá)和攝像機(jī)的聯(lián)合標(biāo)定。
　　 針對高密度彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用結(jié)合幾何特征和顏色特征的復(fù)合特征向量訓(xùn)練分類器，進(jìn)行地形分類，得到了比單獨(dú)使用幾何特征更高的分類正確率。
　　 針對激光雷達(dá)數(shù)據(jù)幀匹配問題，分別提出適用于單線激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的基于點(diǎn)-線匹配的幀匹配算法和適用于面陣激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的基于點(diǎn)-面匹配的幀匹配算法。算法在激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中分別提取線、面等幾何特征，根據(jù)廣義距離關(guān)聯(lián)兩幀數(shù)據(jù)間的幾何特征，利用線、面特征