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非结构化环境下基于多源感知的导航方法研究
| 论文题名： | 非结构化环境下基于多源感知的导航方法研究 |
| 关键词： | 无人车;自主导航系统;地图构建;路径规划;地形可通行性;几何信息;语义信息;非结构化环境 |
| 摘要： | 非结构化环境下无人车自主导航对于完成野外搜救、资源勘探、区域侦察等复杂任务具有重要意义。相较高速公路等结构化环境，非结构化环境下自主导航面临更多挑战，当前基于单源感知的可通行地图构建方法较难适应不同复杂环境地形，导致可通行地图准确性下降，基于自由空间和障碍物二元空间划分的路径规划方法缺乏考虑地形可通行性，导致规划路径整体通行难度变大，降低导航系统的安全性。为了解决上述问题，本文融合几何和语义信息进行可通行地图构建，考虑地形可通行性进行路径规划，旨在提升非结构化环境下导航系统的整体性能。本文的主要研究内容如下： （1）本文集成相机、激光雷达、GNSS接收机、计算平台和线控底盘车搭建履带车自主导航系统平台在实际非结构化环境进行导航方法研究，简要叙述车辆硬件系统及履带车定位、可通行地图构建、全局路径规划和车辆运动控制等车载软件功能。 （2）针对基于几何地形特征的可通行地图构建方法缺乏地形语义信息导致地图准确性下降的问题，提出了一种几何和语义信息融合的可通行地图构建方法，减少了结构化特征不明显区域通行性的错误判断。该方法基于激光雷达数据构建环境高度地图，根据地形高度估计几何地形特征，并结合平台通过性分析结果，计算几何通行度；基于图像数据进行地形语义分割，将图像语义分割结果映射到平面地图上计算语义通行度；最后根据贝叶斯定理融合几何和语义信息判断地形可通行性。在实际建筑工地场景下本文提出的可通行地图构建方法相较基于几何地形特征的方法在平均准确率上提升了3.9%，在准确率上提升了5.74%。 （3）针对基于障碍物和自由空间二元地图模型的路径规划方法缺乏考虑地形可通行性信息导致规划路径整体通行难度较大的问题，基于构建的可通行地图提出了一种非结构化环境下考虑通行度的全局路径规划方法。该方法将地图中预计算的通行度映射为通行代价对Hybrid A*算法进行改进，采用快速行进法作为启发式函数，设计代价函数优化通行度，并考虑通行度进行路径平滑。生成的路径能够在路径长度和整体通行难度之间取得平衡，以增大较小的路径长度为代价，极大地降低了路径的整体通行难度。在基于随机地形地图的仿真和实际建筑工地场景的实验中，本文提出的方法的有效性和实用性得到验证。 |
| 作者： | 钟志超 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 李文江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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