多线激光雷达越野环境障碍检测

　　1　引言

　　自主车能够自主行驶的首要条件是能够感知外界环境。障碍作为妨碍车体正常运行的特殊外部环境,其识别是环境感知中首先要解决的问题。激光雷达作为主动三维视觉传感器,具有感知误差小,鲁棒性强的特点[1],是自主车环境感知的重要传感器,在结构化环境中获得了广泛的应用[2, 3],并拓展到了越野条件下的地形分类[4],障碍检测[5-7]。

　　2　传感器配置

　　障碍检测系统所用的传感器是由德国IBEO公司生产的四线扫描激光雷达LDML。LDML每次发射四个激光扫描点,通过测量各个扫描点从发射到返回传感器的时间差,计算得出各个障碍的距离。利用电机的旋转,完成一周的扫描。雷达的水平分辨率可以选择为0. 25°, 0. 5°和1. 0°,分别对应着不同的扫描频率10Hz, 20Hz和40Hz。

　　激光雷达在车体安装位置和姿态决定了障碍检测模块的感知范围和检测能力。检测能力是同车辆的通过性能,设计目标相联系的。因此在进行障碍检测之前,首先结合车辆的性能和预期目标,对传感器进行配置。决定检测能力和检测范围的是车辆行驶的安全性和避障的灵活性[8, 9],下面将分别从这两方面进行分析。

　　2.1　安全性

　　系统的设计目标是能够以每小时20km(5. 5m /s)的速度自主行驶。当车辆自主行驶时,正常情况下,最大减速度为2m /s2,则从检测到障碍到停车约需要9米的距离。因此障

　　碍检测系统应该能够至少看到离车大于9米障碍。当障碍出现在传感器的视野,为了降低虚警,在系统设计中,要求只有连续三帧出现障碍,才认为是真正障碍的出现。同时考虑控制系统的反应时间,刹车力的逐渐增大过程,要求视野达到20米是必要的。

　　2.2　灵活性

　　设车辆的最小转弯半径为R,视野的宽度为2D, L为车体到障碍物距离的一半,规划的路径为两条半径相同的弧,则如图1所示,此时R2=L2+(R -D /2)2。

　　2.3　激光雷达安装参数的确定

　　激光雷达的四个扫描平面之间的夹角固定为0.8度,同一扫描面内扫描点之间的间隔角度在设定了扫描速度之后自动设定。因此垂直视野主要由安装高度和倾斜角度决定。对于越野环境下障碍物的检测,传感器应该尽量装得高一些,安装的越高,就越能看清楚车辆前方的区域,并且安装的越高,视野被遮挡的可能性越小。对于LDML而言,由于它的垂直方向的视角是一定的,安装高度增加,所能看到的前方区域就越小,并且安装高度增加,检测小障碍的能力就会降低。综合前面的考虑,参照激光雷达手册,结合车辆物理空间的限制,确定安装高度H = 65cm。