基于3D LIDAR的无人地面车辆交叉口识别与道路边界检测方法

在现代自动驾驶技术的发展中，环境感知是实现车辆自主运行的关键组成部分。城市道路中的路缘石是定义道路表面边界的重要特征之一，而交叉口则是两条或多条道路的汇合点，它们通常出现在路缘石不存在的地方。因此，交叉口识别和路缘石检测对于无人地面车辆（UGV）的环境感知具有重要意义，它们确保了无人车辆的安全和准确运行。 本文介绍了一种基于3D激光雷达（LIDAR）的无人地面车辆交叉口识别和道路边界检测方法。该方法采用了一种新颖的双层光束模型，用于识别交叉口的形状并分类前方道路的类型。在此基础上，结合当前道路类型和空间特征，提出了一个实时的道路边界检测算法，该算法能够提取路缘石的位置。通过在校园道路上进行的广泛实验验证了所提方法的性能，实验结果表明所提出的算法具有准确和鲁棒的性能。 自动驾驶技术的发展旨在满足道路交通安全和运输效率的需求。无人地面车辆可以应用于那些不宜、危险或不可能有人操作员在场的场景。环境感知是实现车辆自主性的基本要求，而路缘石检测是感知系统中最主要的问题。在过去几年中，研究人员已应用了多种类型的传感器，包括视频传感器、毫米波雷达（MMWR）和激光扫描传感器等进行路缘石检测。在其中一些研究中，使用了立体视觉相机来定位路缘石，并利用基于多帧持久性图的Canny算法进行处理。还有的研究使用立体视觉相机，提出了条件随机场（CRF）算法来传播路缘石检测结果。另外，毫米波雷达被用于道路边界检测，并考虑了道路和非道路散射分量之间的差异，并衍生了Fisher信息矩阵来评估可实现的准确度。 本文提出的双层光束模型，能够识别交叉口的形状并根据当前道路类型和空间特征，实时检测道路边界。该方法基于3D激光雷达数据进行操作，这种传感器能够在各种天气条件下提供准确的距离和空间信息，非常适合用于环境感知系统，特别是在复杂的城市交通场景中。 该方法需要考虑实时数据处理能力，因为无人地面车辆在自主驾驶时必须快速做出决策。因此，文章中提到的实时路缘石检测算法要求具备高效的数据处理能力，以便能够快速准确地从激光雷达数据中识别出道路边界。此外，为了提升系统性能，算法还需考虑环境变量，如其他车辆、行人以及各种城市交通标志和信号等。 通过在实际的校园道路上进行自主驾驶测试，验证了该方法的有效性。实验结果表明，该方法不仅能够识别交叉口和路缘石，而且还能在不同的天气和交通条件下准确地操作，这表明了它在实际应用中的鲁棒性和可靠性。该研究成果为自动驾驶车辆的环境感知技术提供了重要的理论和实践基础，并有望在未来的智能交通系统中发挥重要作用。