基于平面拟合的智能车辆三维激光点云地面分割方法研究开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1 课题研究来源、目的及意义

1.1 课题研究来源

2018年1月5日,发改委发布《智能汽车创新发展战略》(征求意见稿)公开征求意见公告,该战略提出了中国智能汽车的战略愿景:到2020年,智能汽车新车占比达到50%,中高级别智能汽车实现市场化应用,重点区域示范运行取得成效。2018年2月,北京市率先颁发了《北京市自动驾驶车辆道路测试能力评估内容与方法(试行)》和《北京市自动驾驶车辆封闭测试场地技术要求(试行)》,对自动驾驶汽车的路测标准进一步细化。2018年3月1日,上海发放了全国首批智能网联汽车开放道路测试牌照,并划定道路进行开放测试。

智能车辆作为现在汽车发展的趋势之一,能够优化车辆控制,更高的前瞻性、更快的响应时间可以带来更少的燃油消耗和污染以及碰撞事故。为提高道路的交通流量和减少交通事故起到了极大的促进作用[1]

为了避免碰撞实现车辆安全导航,无人驾驶车辆必须对环境中的各种障碍物进行精确的感知[2-6],由于三维激光雷达可以实时、精确地获取车辆周围的环境信息且很少受到光照、天气变化的影响,因此被广泛应用到无人驾驶车辆的环境感知系统中。在城市交通环境下,最常见的障碍物有车辆、行人、树木、建筑物等,要实现对这些障碍物精确的感知必须首先将这些障碍物从雷达数据中精确地分割出来,而这些障碍物都是分布在地面上,并通过地面点连接在一起,因此必须首先将地面提取出来,地面点云提取的结果会直接影响到障碍物分割、识别的精度[7-8]

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2. 研究的基本内容与方案

2 国内外的研究现状分析

现有的地面点云分割方法主要有基于3d点云投影的方法[14-19]、基于函数模型的方法[20-23]、基于扫描线的方法[24-25]、基于图的方法[7,26-27],国内外研究人员针对这几种主要方法和其他方法均进行了相关的研究。

2.1 国内研究状况分析

孙朋朋等[14]提出了一种采用延伸顶点的地面点云实时提取算法,原始数据进行扭曲修正后根据三维雷达的原理构建柱状极坐标网格地图,提取每个网格中障碍物的延伸顶点,并结合地面平滑一致性提取出所有的地面点,但面对复杂的环境该分割方法容易过度分割;张名芳等[20]提出了一种基于三维不规则点云的地面分割算法,在构建连接图的基础上建立了相应的测量代价和平滑性代价函数模型,得到地面高度最优估计值,实现地面点与非地面点的分割,但是对于城市环境下大规模的三维lidar点云,该方法计算量较大;周等[24]提出了一种基于扫描线的局部地面检测方法,根据扫描线中近邻点之间的高度和坡度属性提取每一扫描线中的地面点,并通过实验验证了该算法的有效性,此类算法充分利用了近邻点之间相关性,具有较高的分割精度,但是不能处理大量的无序点云数据;赵凯等[26]提出了一种基于均值高程图的城市环境三维lidar点云地面分割方法,将城市三维环境的lidar扫描点云转化为均值高程图,再根据设定的高度梯度阈值将网格划分为障碍物和候选地面,最后将候选地面的最大连通域作为参考地面,该方法计算量较小但精确度较低。

2.2 国外研究状况分析

moosman等[6]提出一种新的局部凸面标准用于分割地面与非地面,其特点是能充分利用所有扫描点的三维信息,但是计算量较大;biosca等[17]由邻近估计点的法向量提取局部点特征,利用欧式聚类和区域增长算法快速分割地面和非地面,但是选取不同种子点将得到不同的分割区域,导致鲁棒性较差;m.himmelsbach等[18]提出一种基于极坐标分块直线拟合的地面提取算法,首先将极坐标地图分成若干个扇区,然后利用直线提取算法如增量采样一致性等提取直线作为每个扇区的地面模型,该方法能够很好地处理悬挂障碍物,并对城市中平坦的区域能够很好地提取出地面点,但对于起伏路面分割效果不理想。

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3. 研究计划与安排

5 研究进度安排

课题研究进度安排如表1所示:(拟采用,实际进度安排将根据研究需要做调整)

表1 课题研究进度安排表

学期

周次

工作任务

第7学期

18周——20周

赴校外实习、搜集设计资料,并提交实习日记、实习报告

19周——20周

确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料

第8学期

01周——02周

提交文献检索摘要,撰写开题报告,并完成网上提交开题报告,整理论文提纲、设计概要

03周——04周

进行外文翻译,并提交外文翻译译文。

05周——06周

制定试验方案或下达编程任务,开始试验及编程

07周——08周

继续完成绘图、试验或编程任务;撰写毕业论文

09周——11周

完成绘图、试验或编程;完善毕业论文;

第12周

网上提交毕业论文、绘图等附件材料;提交答辩申请。

13周——14周

教师审阅毕业论文,审查确定学生答辩资格并予以公示

第15周

根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文,并网上提交;准备答辩PPT

第16周

毕业设计答辩

4. 参考文献(12篇以上)

6 主要参考文献

[1] luettel t ,himmelsbach m , wuensche h j . autonomous ground vehicles—concepts and a pathto the future[j]. proceedings of the ieee, 2012, 100(special centennialissue):1831-1839.

[2] 王肖, 王建强, 李克强, et al. 智能车辆3-d点云快速分割方法[j]. 清华大学学报(自然科学版),2014(11):1440-1446.

[3] 赵成伟. 地面激光点云分割技术的研究[d].

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