基于基点斜率法的列车高安全环境感知技术研究
发布时间：2021-11-16 10:20
最新的列车视觉感知技术联合使用摄像机和激光雷达作为视觉设备,摄像机采集的图像经过深度学习识别来确定轨道位置,激光雷达采集的点云数据通过聚类分析来获得物体的位置,二者结合即可对轨道上是否出现异物做出检测。这种技术完全依靠图像对轨道进行定位,当图像信息失效时,雷达无法判断物体是否在轨道内,列车将失去检测功能。为了补充这一缺陷,本文对激光雷达采集的点云数据进行分析,提出了基点斜率法来提取轨道边界,使系统可以依靠激光雷达采集的数据识别轨道的位置,以提高感知系统的稳定性。研究证明了激光雷达单独识别轨道是可行的,能够提高多传感器融合的列车视觉系统的稳定性和安全性。本文主要研究内容如下:（1）论文分类整理了轨道线路检测方面的技术,发现目前还没有激光雷达单传感器在轨道环境感知应用上的先例,已有的列车环境感知系统不使用激光雷达做轨道识别。（2）对车载激光雷达进行道路检测的数据处理方式进行了详细调研,并分析了铁路区别于道路的结构特征,对如何将道路检测方法与铁路特征结合以实现轨道环境感知功能进行了研究。（3）利用高程分类法,将点云的水平投影网格化,以网格内点的高程最大值进行分类,判断并分割轨道所在位置。（4...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１脉冲激光测距原理图??
??图２．１脉冲激光测距原理图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｐｕｌｓｅｄ?Ｌａｓｅｒ?Ｒａｎｇｉｎｇ??雷达工作时，激光发射器发出能量脉冲，这个能量脉冲其中一部分直接由接??收器接收到，作为参考信号输入计数电路，此时触发器发生反转，计数器开始计??算晶体＿荡器发出的脉冲数目。脉冲激光打到物体时发生反射，接收器接收到反??射光线后转换成电信号，这个信号经过整形电路后使触发器的输出无效，计数器??停止计数［１３】。此时通过计算计数器获得的脉冲数目＃，结合晶体振荡器的输出频??率／，于是激光往返所需的时间那么发射器与反射点之间的距离￥由下式??求得：??ｃｔ?ｃｎ??ｓ?＝—＝—??２?Ｉｆ?（２－３）??测距仪的分辨力Ｐ取决于计数脉冲的频率／。??Ｃ??＾?￣２Ｐ?（２－４）??式中Ｃ为光速。??（３）角度测量原理。??为了得到激光反射点的空间坐标，激光发射的角度测量也非常重要。由于激光??扫描系统由激光测距装置和扫描角自动记录装置集成＇
坐标的球坐标系。点云的三维坐标计算简单来说就是将球坐标系转化为空间直角??坐标系的过程。对于激光在物体表面某一反射点Ｐ，雷达会自动获取发射点到Ｐ??点的距离和角度。那么在三维直角坐标系中，Ｐ点的方位表示如图２．３所示。图中??线段０Ｐ的长度？？、水平偏移角ａ、垂直偏移角ｙ？为系统己知量，因此Ｐ点的三维??坐标计算公式为：??１ｘ?＝?ｓｃｏｓ＾ｃｏｓａ??ｙ?＝?ｓｃｏｓ／？ｓｉｎａ?（２－６）??ｚ?＝?ｓｃｏｓ／３??ｏ?￣１?＾??图２．３点的坐标的计算方法??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｔｈｅ?Ｍｅｔｈｏｄ?ｆｏｒ?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ?ａ?Ｐｏｉｎｔ’ｓ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ??２．１．３点云数据的分类??由于各类雷达设备存在机械结构和工作方式上的差异，点云表现出不同的几??何分布状况，依照点的排列特征可将点云分成四种类别［１５］：??（１）无序点云：集合中各点的位置分布呈随机、无序的状态，点与点之间不??存在或存在不明显的相互关系，称作无序点云。??（２）线式点云：相邻的点在某一平面上呈线状分布，具备很明显的直线特征，??为线式点云。??（３）阵列式点云：点云在空间中不同且相互平行的平面内呈阵列状整齐排列，??阵列点都对应着平面内一个均匀网格的顶点
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维激光雷达在无人车环境感知中的应用研究[J]. 张银,任国全,程子阳,孔国杰. 激光与光电子学进展. 2019(13)
[2]基于32线激光雷达的道路边界识别算法[J]. 王晓原,孔栋,孙亮,王建强,王方. 科技通报. 2018(09)
[3]一种基于3D激光雷达的实时道路边缘提取算法[J]. 李广敬,鲍泓,徐成. 计算机科学. 2018(09)
[4]基于激光雷达点云的滤波算法研究[J]. 许志勇,严尉剑. 信息通信. 2018(02)
[5]浅谈轨道交通列车前视障碍物智能检测系统发展状况[J]. 石晶,蔡洋涛,吴启勇,魏义. 科技展望. 2017(15)
[6]协同助力青岛地铁“加速”[J]. 孙震,吴先瑜,汪凌云. 企业管理. 2016(11)
[7]基于SICK激光测距仪的三维图形显示[J]. 孔令晓. 自动化应用. 2016(04)
[8]激光雷达技术及应用[J]. 许惠慧. 山东工业技术. 2016(05)
[9]铁路远程瞭望系统研究与应用[J]. 宁滨,余祖俊,朱力强,王尧. 铁道学报. 2014(12)
[10]车载激光扫描数据的地物分类方法[J]. 谭贲,钟若飞,李芹. 遥感学报. 2012(01)
硕士论文
[1]基于激光雷达点云图像的目标识别方法研究[D]. 杨文辉.西安工业大学 2018
[2]铁路轨道异物入侵的智能识别研究[D]. 李丹丹.兰州交通大学 2016
[3]基于三维激光的林区障碍识别建模研究[D]. 樊丽.北京林业大学 2016
[4]列车障碍物检测方法的研究[D]. 靳尚宇.北京交通大学 2015
[5]接触网几何参数的非接触检测系统研究[D]. 黄艺丹.西南交通大学 2006
本文编号：3498692
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１脉冲激光测距原理图??
??图２．１脉冲激光测距原理图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｐｕｌｓｅｄ?Ｌａｓｅｒ?Ｒａｎｇｉｎｇ??雷达工作时，激光发射器发出能量脉冲，这个能量脉冲其中一部分直接由接??收器接收到，作为参考信号输入计数电路，此时触发器发生反转，计数器开始计??算晶体＿荡器发出的脉冲数目。脉冲激光打到物体时发生反射，接收器接收到反??射光线后转换成电信号，这个信号经过整形电路后使触发器的输出无效，计数器??停止计数［１３】。此时通过计算计数器获得的脉冲数目＃，结合晶体振荡器的输出频??率／，于是激光往返所需的时间那么发射器与反射点之间的距离￥由下式??求得：??ｃｔ?ｃｎ??ｓ?＝—＝—??２?Ｉｆ?（２－３）??测距仪的分辨力Ｐ取决于计数脉冲的频率／。??Ｃ??＾?￣２Ｐ?（２－４）??式中Ｃ为光速。??（３）角度测量原理。??为了得到激光反射点的空间坐标，激光发射的角度测量也非常重要。由于激光??扫描系统由激光测距装置和扫描角自动记录装置集成＇
坐标的球坐标系。点云的三维坐标计算简单来说就是将球坐标系转化为空间直角??坐标系的过程。对于激光在物体表面某一反射点Ｐ，雷达会自动获取发射点到Ｐ??点的距离和角度。那么在三维直角坐标系中，Ｐ点的方位表示如图２．３所示。图中??线段０Ｐ的长度？？、水平偏移角ａ、垂直偏移角ｙ？为系统己知量，因此Ｐ点的三维??坐标计算公式为：??１ｘ?＝?ｓｃｏｓ＾ｃｏｓａ??ｙ?＝?ｓｃｏｓ／？ｓｉｎａ?（２－６）??ｚ?＝?ｓｃｏｓ／３??ｏ?￣１?＾??图２．３点的坐标的计算方法??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｔｈｅ?Ｍｅｔｈｏｄ?ｆｏｒ?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ?ａ?Ｐｏｉｎｔ’ｓ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ??２．１．３点云数据的分类??由于各类雷达设备存在机械结构和工作方式上的差异，点云表现出不同的几??何分布状况，依照点的排列特征可将点云分成四种类别［１５］：??（１）无序点云：集合中各点的位置分布呈随机、无序的状态，点与点之间不??存在或存在不明显的相互关系，称作无序点云。??（２）线式点云：相邻的点在某一平面上呈线状分布，具备很明显的直线特征，??为线式点云。??（３）阵列式点云：点云在空间中不同且相互平行的平面内呈阵列状整齐排列，??阵列点都对应着平面内一个均匀网格的顶点
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维激光雷达在无人车环境感知中的应用研究[J]. 张银,任国全,程子阳,孔国杰. 激光与光电子学进展. 2019(13)
[2]基于32线激光雷达的道路边界识别算法[J]. 王晓原,孔栋,孙亮,王建强,王方. 科技通报. 2018(09)
[3]一种基于3D激光雷达的实时道路边缘提取算法[J]. 李广敬,鲍泓,徐成. 计算机科学. 2018(09)
[4]基于激光雷达点云的滤波算法研究[J]. 许志勇,严尉剑. 信息通信. 2018(02)
[5]浅谈轨道交通列车前视障碍物智能检测系统发展状况[J]. 石晶,蔡洋涛,吴启勇,魏义. 科技展望. 2017(15)
[6]协同助力青岛地铁“加速”[J]. 孙震,吴先瑜,汪凌云. 企业管理. 2016(11)
[7]基于SICK激光测距仪的三维图形显示[J]. 孔令晓. 自动化应用. 2016(04)
[8]激光雷达技术及应用[J]. 许惠慧. 山东工业技术. 2016(05)
[9]铁路远程瞭望系统研究与应用[J]. 宁滨,余祖俊,朱力强,王尧. 铁道学报. 2014(12)
[10]车载激光扫描数据的地物分类方法[J]. 谭贲,钟若飞,李芹. 遥感学报. 2012(01)
硕士论文
[1]基于激光雷达点云图像的目标识别方法研究[D]. 杨文辉.西安工业大学 2018
[2]铁路轨道异物入侵的智能识别研究[D]. 李丹丹.兰州交通大学 2016
[3]基于三维激光的林区障碍识别建模研究[D]. 樊丽.北京林业大学 2016
[4]列车障碍物检测方法的研究[D]. 靳尚宇.北京交通大学 2015
[5]接触网几何参数的非接触检测系统研究[D]. 黄艺丹.西南交通大学 2006
本文编号：3498692
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