一种用于无人船的河岸线检测及自主巡航方法技术

本发明专利技术公开了一种用于无人船的河岸线检测方法，包括以下步骤：步骤1、对无人船上的激光雷达采集的数据进行预处理、去噪，得到有效点云数据；步骤2、对雷达点云数据进行网格化，分成N*N网格；步骤3、对每个网格内的点云数据进行处理并提取满足空间特征的空间特征候选点；步骤4、对空间特征候选点进行处理获取满足几何特征的候选点，并对提取的候选点进行校正；步骤5、对步骤4中校正后的候选点进行处理并拟合，得到河岸线曲线，本发明专利技术提供了基于多特征融合的方法检测河岸线，包括空间特征：高度差、点云密度特征以及坡度特征，几何特征：距离和角度偏差；通过多特征的融合，能够提高获取的河岸线的精度。取的河岸线的精度。取的河岸线的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人船的河岸线检测及自主巡航方法


[0001]本专利技术涉及无人船智能化、自动化领域，具体是一种用于无人船的河岸线检测及自主巡航方法。

技术介绍

[0002]近年来，无人船艇(USV)技术在执行巡逻、监视、数据收集等任务中发挥着越来越重要的作用。在内陆河道中需要沿岸自主巡航行驶，例如利用无人船沿岸打捞水面垃圾的问题，因为水面漂浮垃圾大多集中河岸边缘，以及利用无人船进行沿岸自动水质监测等。此外，还有通过无人船沿岸自主巡逻需求，在禁止垂钓区域沿岸驱散河边钓鱼人群，在禁止游泳区域沿岸驱散河边游泳戏水人群等。因此，需要提供一种无人船沿岸自主巡航的方法。
[0003]无人船在内陆河道自主巡航时，路径规划需要依赖高精度地图，但是高精度地图需要精确测绘，获取成本较高；或者通过人工预设巡航路径点，尤其是在复杂弯曲的河道，需要预先设置弯曲的巡航轨迹，这使得无人船不够智能化。狭窄河道边缘还容易引起无人船搁浅，应与岸边保持一定的安全距离行驶。因此，需要一种低成本的自动化方案，能够安全的自主沿着河岸自动巡航的方法。
[0004]专利CN1134本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无人船的河岸线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对无人船上的激光雷达采集的数据进行预处理、去噪，得到有效点云数据；步骤2、对雷达有效点云数据进行网格化，分成N*N网格；步骤3、对每个网格内的有效点云数据进行处理并提取满足空间特征的空间特征候选点；步骤4、对空间特征候选点进行处理获取满足几何特征的候选点，并对提取的候选点进行校正；步骤5、对步骤4中校正后的候选点进行处理并拟合，得到河岸线曲线。2.根据权利要求1所述的一种用于无人船的河岸线检测方法，其特征在于，所述步骤1预处理包括去除噪声点以及离群点，然后对点云进行腐蚀、膨胀处理，得到预处理后的点云数据，所述去噪是为了过滤水面干扰，即过滤水面波纹、漂浮物造成的噪声点，所述过滤方法为：设点云的坐标p
i
(x
i
,y
i
,z
i
),0<i≤n,过滤后的点云集合Ω为：Ω＝{q
i
(x
i
,y
i
,z
i
)|i∈N∧|z
i
‑
z
min
|>δ}其中z
min
是水面最低点在垂直方向的坐标，q
i
是过滤后的点云坐标，N是自然数集合，δ是过滤阈值。3.根据权利要求1所述的一种用于无人船的河岸线检测方法，其特征在于，所述步骤3中的空间特征包括点云密度特征、高度差特征、坡度阈值特征。4.根据权利要求3所述的一种用于无人船的河岸线检测方法，其特征在于，所述点云密度特征提取方法为：定义满足点云分布密度条件的候选点集合N
*
其中Δρ
k
表示第k个网格C
k
与相邻网格点云密度差，l是相邻网格的序号；ρ
cell,k
表示k个网格内部点云分布密度系数，N
k
是点云个数，S
k
是面积大小，T
N1
和T
N2
是阈值；所述高度差特征提取方法为：定义满足高度差条件的候选点集合Z
*
其中ΔZ
k
表示第k个网格与相邻网格高度差，是同一河岸边缘候选网格高度差，l是相邻网格的序号，ZStd
k
为网格内部高度标准差，n
cell
是网格内点云的数量，z
k,j
是每个点云的高度z值，是均值，j是网格内点云ID，而T
z1
、T
z2
和T
z3
是阈值；
所述坡度阈值特征提取方法为：对于具有固定坡度的河道堤岸，通过设置河道边缘候选格网格(点)与相邻格网格(点)之间的坡度阈值，定义满足坡度条件的候选点集合S
*
，坡度通过斜率计算，计算公式如下：其中，Slope
k
是河道边缘候选网格点与相邻格网格点的坡度，(X
i
,Y
i
,Z
i
)为网格内的中位数，T
S1
、T
S2
是根据河道坡度设定的阈值；将满足点云密度特征、高度差特征、坡度阈值特征的特征点集合定义为空间特征候选点集：如果C
k
相应特征在阈值范围内，则保留该区域内的点作为河岸边缘候选点，之后，建立一个N
×
2矩阵，将候选点的二维坐标(x，y)存储为候选网格窗口；如果C
k
不满足阈值范围要求，则将该区域设置为空集，即该网格窗口中的点为无效点。5.根据权利要求1所述的一种用于无人船的河岸线检测方法，其特征在于，所述步骤4中的满足几何特征的点的提取方法为：候选点集经过角度排序后，提取的相邻候选点P
i
,P
i+1
满足角度和距离阈值，边界候选点满足以下条件：满足以下条件：P
launch
(X0,Y0)是激光雷达发射点的坐标位置，所有光束在此点相交，其中x，y是P(x,y,z)水平范围内点云的坐标，F
dis
是相邻候选点和发射点P
launch
之间的距离差过滤器，F
ang
是相邻候选点和发射点P
launch
之间的角度差过滤器，γ
dis
和γ
ang
是阈值；相邻三点P
j
‑1,P
j
,P
j+1
满足F
h
＝α|y
j
‑
y
j
‑1|+(1
‑
α)|y
j
‑
y
j+1
|<γ
h
其中F
h
是水平距离过滤器，α是公式的权重系数，γ
h
是阈值，且0.5<α<1；所述步骤4中对满足几何特征的候选点通过卡尔曼滤波进行校正。6.根据权利要求1所述的一种用于无人船的河岸线检测及自主巡航方法，其特征在于，所述步骤5中河岸曲线的拟合采用最小二乘法进行B样条曲线拟合，所述B样条曲线拟合为分段多项式曲线；其中，c
i
(0≤i≤n)是控制点，N
i,l
(t)是第i个l次样条基函数；
控制点集通过最小二乘法拟合河岸线候选特征点得到，拟合方程的矩阵形式表示如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，任福继，胡敏，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：