[发明专利]一种基于三维激光雷达的无人艇假目标检测方法

说明书

本发明提出一种基于三维激光雷达的无人艇假目标检测方法，以不影响无人艇航行的障碍物目标为假目标，在无人艇上安装三维激光雷达、差分GNSS接收机和姿态角传感器；对三维激光雷达数据进行预处理，用姿态角传感器所得无人艇实时姿态角数据和差分GNSS接收机所得实时自身运动状态数据，对激光点云进行校正；用三维激光雷达进行假目标检测，包括对栅格分割得到障碍物目标，进行多项特征提取，将每一项特征分别作为判断目标类型的证据，建立目标类型识别框架，根据各个焦元可信度判断假目标。本发明利用可靠性高的三维激光雷达，将三维激光雷达假目标作为检测目标单独考虑，使无人艇避障时能够不受假目标的干扰，提升了目标检测的准确度。

技术领域

本发明属于障碍物目标识别领域，同时涉及三维激光雷达的信息处理，具体为一种基于三维激光雷达的无人艇假目标检测方法。

背景技术

无人艇的自动避障是实现船舶智能化的关键技术难题。激光雷达作为一种主动测量传感器，具有较强的环境适应能力和较高的测距精度，在复杂条件下能为无人艇提供精确可靠的环境障碍物信息。用于避障的激光雷达一般可分为二维激光雷达和三维激光雷达。三维激光雷达扫描一周可以同时获取多个平面点的距离和角度值，在垂直方向具有较大的视场角，当无人艇摇晃时也能保证可以获取到障碍物目标。而二维激光雷达在无人艇摇晃时经常会扫描到水面或天空，导致没有目标信息返回。因此，三维激光雷达在无人艇避障领域得到了更多的关注。

利用激光雷达进行障碍物目标检测，在无人车中应用较为广泛，并且取得了较好的效果。针对无人艇复杂的航行环境，激光雷达在近年来也逐渐开展了一些应用，主要是利用激光雷达来获取目标船舶、岸基、桥梁等障碍物的位置、速度、大小等信息。然而，激光雷达发射的激光束遇到船舶尾浪(水中含有很多气泡)、浮游生物(海藻等)、漂浮垃圾等目标会产生较强的反射，产生激光点云数据，而这些目标对无人艇航行几乎没有影响，因此将这些目标称之为假目标。如不将这些假目标检测出来，无人艇会将可航行区域当成不可航行区域，从而影响无人艇的正常航行。因此，有必要利用这些假目标的特征对其进行识别和检测，以保证无人艇能够安全可靠地完成自动避障过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种基于三维激光雷达的无人艇假目标检测方法，能够实现对船舶尾浪、浮藻等假目标的精确检测，获取假目标的位置和大小等信息。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种基于三维激光雷达的无人艇假目标检测方法，以不影响无人艇航行的障碍物目标为假目标，检测过程包括以下步骤，

步骤1，在无人艇上安装三维激光雷达、差分GNSS接收机和姿态角传感器，支持对无人艇目标障碍物的检测；

步骤2，对三维激光雷达数据进行预处理，包括坐标转换、点云校正、异常噪声点去除、栅格表示；所述点云校正，是利用姿态角传感器所得无人艇实时姿态角数据和差分GNSS接收机所得实时自身运动状态数据，对激光点云进行校正；所述栅格表示，是根据激光雷达检测范围建立二维栅格地图，无人艇始终为栅格地图的原点，栅格属性包括栅格坐标、有无激光返回点、栅格包含的返回点数量、平均高度值和最大高度差；

步骤3，利用三维激光雷达进行假目标检测，包括以下子步骤，

步骤3.1，进行对栅格的分割得到障碍物目标，

步骤3.2，根据步骤2所得栅格属性对步骤3.1所得障碍物目标进行多项特征提取；

步骤3.3，目标分类，包括将步骤3.2提取到的障碍物目标每一项特征分别作为判断目标类型的证据，建立目标类型识别框架，将每一项证据分别对目标类型可信度进行分配，计算识别框架内每一个焦元的可信度；根据各个焦元可信度，通过预设阈值判断障碍物目标是否为假目标。

而且，步骤1中，将三维激光雷达安装在无人艇上，使雷达扫描平面与水平面平行，获取实时三维点云数据。