【摘要】：車輛定位是智能車輛在城市環(huán)境中自主導航的一項關鍵技術。城市環(huán)境具有豐富的結構特征,而激光雷達具有出色的環(huán)境建模能力,十分適合城市環(huán)境下智能車輛的高精度定位。但在擁堵的城市環(huán)境,道路中存在大量的交通車輛和人群,這些物體具有很強的動態(tài)性,并且會產(chǎn)生嚴重的遮擋。在這種擁堵城市道路中,激光雷達定位方法受到動態(tài)干擾和嚴重遮擋的影響,會導致建圖、定位困難。此外,在城市復雜環(huán)境中導航要求定位算法具有良好的實時性,而傳統(tǒng)的基于點云定位的方法常存在定位實時性問題。因此,定位結果的魯棒性和實時性,是激光雷達定位方法在城市擁堵環(huán)境中應用的兩大難點。本文針對這兩個問題展開研究,通過分析不同高度點云數(shù)據(jù)的特點,提出基于八叉樹和基于柱狀特征的智能車輛定位方法,提高擁堵城市環(huán)境下激光雷達定位的魯棒性與實時性。對于道路周邊的樹木、建筑物等物體,這些物體高于交通車輛的天空部分,基本不受動態(tài)遮擋的影響。基于八叉樹的智能車輛定位方法,選取天空點云用于匹配定位,保證了定位算法的魯棒性。針對點云匹配定位的實時性問題,本文提出基于八叉樹的快速ICP匹配方法。通過建立八叉樹結構實現(xiàn)有效的空間索引,提高ICP算法中對應點的搜索效率。并且利用八叉樹的分層特性,通過多分辨率匹配策略,保證匹配定位精度的同時進一步略降低計算量,提高算法實時性。本文定位實驗證明,基于天空點云與八叉樹ICP匹配的定位方法在復雜城市道路中具有良好的魯棒性與實時性。道路環(huán)境中部的點云,受到動態(tài)車輛遮擋影響比較嚴重,需要提取穩(wěn)定可靠的特征用于定位。本文選取對車輛遮擋比較魯棒的柱狀物作為定位特征,提出了基于柱狀特征的智能車輛定位方法,利用道路環(huán)境中層點云中的樹干、電線桿等柱狀特征,進行特征地圖創(chuàng)建與車輛定位。為快速魯棒地從點云中提取柱狀特征,本文提出基于三維柵格和基于環(huán)形掃描兩種柱狀特征提取方法,并使用圓形擬合建立柱狀特征觀測誤差模型。最后提出基于柱狀特征的粒子濾波算法實現(xiàn)智能車輛在城市擁堵環(huán)境的實時魯棒定位。擁堵城市環(huán)境中的定位實驗證明,基于柱狀特征的定位方法保證了定位結果的實時性、魯棒性與精確性,同時還大大降低了地圖的數(shù)據(jù)量。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U463.6;TN958.98
【圖文】：

通大學碩士學位論文 第二章 定位激光雷達：用于掃描環(huán)境三維信息，得到三維點云數(shù)據(jù)，通過觀測模型處八叉樹點云、柱狀特征等雷達觀測，與高精度 GPS 結合建立高精度地圖；編碼器：用于獲取車輛速度信息；慣導：用于測量車輛轉向角速度信息；高精度 GPS：獲得車輛位姿真值，用于高精度地圖創(chuàng)建以及定位算法評估統(tǒng)整體算法框架如下所示：

算法提取的柱狀特征，對應的高精度地圖為柱狀特征地圖，在線定位過程中，使用粒子濾波算法匹配實時柱狀特征觀測與參考特征地圖得到定位結果。在實際實驗中，本文采用如圖2 2所示的 CyberTiggo 無人駕駛汽車平臺。該實驗平臺上裝有定位系統(tǒng)所需的激光雷達、高精度 GPS、慣導和編碼器。其中，激光雷達裝在車頂正上方，并以一定的俯仰角向前傾斜，這種安裝方式比水平安裝的優(yōu)勢在于能夠掃描到更多道路上方的樹木、建筑物等物體，減小交通車輛的遮擋影響。GPS 傳感器為高精度測向 GPS, 安裝在車輛后軸中心的正上方，能夠以 100Hz 的頻率獲得車輛實時位置和航向。編碼器安裝于車輛后輪，實際使用中，用兩輪車速的平均值作為車輛當前速度。慣導安裝在車輛重心位置，工作頻率為 100Hz。圖 2 2 本文實驗平臺Fig 2 2 Our experimental platform.計算機平臺方面，本文使用安裝在實驗車輛上的工控機。工控機通過以太網(wǎng)和激光雷達進行通信

圖 2 4 車輛與傳感器坐標系Fig 2 4 Vehicle and sensor coordinate.如圖2 3和2 4所示，本文主要涉及兩個坐標系，一個是 UTM(UniversalT ransverseMercator) 導航坐標系，一個是車輛與傳感器坐標系。UTM 坐標系是一種國際標準化的地圖投影法, 該座標系統(tǒng)采用 WGS84 系統(tǒng)作為座標基礎, 將南緯 80° 至北緯 84° 之間的所有位置展開投影到笛卡爾平面坐標系。UTM 坐標系規(guī)定向東向北為正，本文中以正東為地圖坐標系X軸的正方向，以正北為地圖坐標系Y軸的正方向，規(guī)定航向角正東方向到正西方向逆時針變化區(qū)間為, π，順時針變化區(qū)間為, π。車輛坐標系以車輛后輪中心為坐標軸原點，車輛前進方向為X軸的正方向

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 伍舜喜;楊明;;基于自然柱狀特征地圖的智能車定位[J];上海交通大學學報;2008年10期

本文編號：2779083