CN104569998B - 基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置，其中，所述检测方法包括：采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据；根据所述坐标数据生成空间直角坐标形式的路面轮廓数据；对所述路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒的重心坐标数据；根据所述重心坐标数据计算所述空间盒之间的梯度值，并根据所述梯度值标记所述多个空间盒；将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域。本发明基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置与现有技术相比，能够检测出车辆安全行驶区域，提高了路面检测的准确率。

Description

基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及路面检测技术，尤其涉及一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置。

背景技术

随着人们对汽车驾驶过程中安全性要求的不断提高，希望车辆能够主动探测道路上的障碍物，并识别出路面的哪些区域是可以安全行驶的，这些信息对于自动驾驶车辆是十分关键，同时对于人工驾驶车辆，也能起到丰富车辆的主动安全驾驶的作用。

现有技术中，主要是利用毫米波雷达等传感器或图像传感器对车辆前方路面进行检测。其中，利用毫米波雷达等传感器的检测方法检测区域狭小，且对小尺寸目标无法检测，同时无法识别路面坡度信息等细节。另外，利用图像传感器的检测方法表现出识别算法功能不够完善，视场内目标的正确识别率只有60％-70％，在车辆行进过程中产生的颠簸，会使相机成像变得模糊，从而导致识别准确率进一步下降，并且，相机成像质量受环境光照影响巨大，夜间完全不能工作。因此上述两种方法检测效果十分有限。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置，能够检测出车辆安全行驶区域，以提高路面检测的准确率。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法，包括：数据采集步骤：采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据；路面轮廓数据生成步骤：根据所述坐标数据生成空间直角坐标形式的路面轮廓数据；重心坐标数据生成步骤：对所述路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒的重心坐标数据；空间盒标记步骤：根据所述重心坐标数据计算所述空间盒之间的梯度值，并根据所述梯度值标记所述多个空间盒；车辆安全行驶区域生成步骤：将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域。

本发明还提供了一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测装置，包括：数据采集模块，用于采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据；路面轮廓数据生成模块，用于根据所述坐标数据生成空间直角坐标形式的路面轮廓数据；重心坐标数据生成模块，用于对所述路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒的重心坐标数据；空间盒标记模块，用于根据所述重心坐标数据计算所述空间盒之间的梯度值，并根据所述梯度值标记所述多个空间盒；车辆安全行驶区域生成模块，用于将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域。

本发明的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置，通过激光雷达采集坐标数据，对坐标数据进行处理生成路面轮廓特征数据，并对路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒及其重心坐标数据，基于重心坐标数据标记该多个空间盒，根据标记后的多个空间盒，就能够生成车辆安全行驶区域，从而提高了路面检测的准确率。

附图说明

图1为本发明实施例的激光雷达的工作原理示意图之一；

图2为本发明实施例的激光雷达的工作原理示意图之二；

图3为本发明实施例一的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法的流程示意图；

图4为激光雷达输出的采样点的坐标数据的转换原理示意图；

图5为图3中空间盒标记步骤的原理示意图；

图6为图3中车辆安全行驶区域生成步骤的原理示意图；

图7为本发明实施例二的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测装置的结构示意图。

标号说明：

1：激光雷达；2：激光光束；3：采样点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法及装置进行详细描述，但所举实施例不作为本发明的限定。

本发明的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法的技术原理是利用激光雷达对车辆行驶的前方路面进行扫描，采集激光雷达输出的采样点的坐标数据，并对采样点的坐标数据进行处理，进而生成车辆安全行驶区域。

实施例一

如图1和图2所示，其为本发明实施例的激光雷达的工作原理示意图，将激光雷达1固定于车辆上方，但不限于图1和图2中示出的安装方式，也可安装在车辆的其它位置，例如车辆前方保险杠处，该安装方式的探测范围将缩小。安装时使激光雷达1稍微向下倾斜，使之于地面形成一定角度即激光光束的仰俯角θ对前方路面进行扫描产生激光光束2，也就是能够在x轴方向上得到连续测距的采样点3。

将在一个数据采集路段单元内(例如车辆行驶过L米距离)，车辆行驶起始处的激光雷达的激光发射点设定为空间直角坐标系的圆点(0,0,0)，X轴为与路面平行的方向，Y轴为车辆行驶方向，Z轴为垂直于路面的方向。例如采样点的极坐标为(r_i,η_i)，其对应的空间直角坐标为(x_i,y_i,z_i)，i为激光雷达的采样点的序号。例如车辆沿y轴方向行驶，则激光雷达能够以固定的扫描频率对前方路面进行扫描，从而得到大量具有空间坐标信息的离散的采样点，这些采样点即可还原道路表面的空间信息。在实际应用中，激光雷达能够给出采样点的极坐标数据，也可以直接给出采样点的经换算后的直角坐标数据。

基于图1和图2的工作原理，并参阅图3，本发明实施例一的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法包括：

数据采集步骤301：采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据。具体地，根据激光雷达的工作原理可以获知激光雷达可输出采样点的坐标数据，另外，根据激光雷达的型号不同，采样点的极坐标η_i的最大范围可能是30～90度之间。

路面轮廓数据生成步骤302：根据坐标数据生成空间直角坐标形式的路面轮廓数据。具体地，如果激光雷达输出的采样点的坐标数据为极坐标形式，就需要将采样点的坐标数据由极坐标形式转化成直角坐标形式，进而生成直角坐标形式的路面轮廓数据。

重心坐标数据生成步骤303：对路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒的重心坐标数据。

空间盒标记步骤304：根据重心坐标数据计算空间盒之间的梯度值，并根据梯度值标记多个空间盒。在本发明实施例中，空间盒的含义为将空间区域划分为固定尺寸的单位盒体，便于将空间区域中的采样点放入对应的单位盒体中，从而直观、简单得计算出盒体的重心坐标，为本步骤的梯度值计算提供数据基础。

车辆安全行驶区域生成步骤305：将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域。需要说明的是，本发明实施例中，中线生长的含义为在由固定尺寸的正方形格子组成的平面区域内，从每一行的中线位置沿水平轴正负两个方向上进行查找，根据查找结果获得车辆可安全行驶区域的边界点。

本发明的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法，通过激光雷达采集坐标数据，对坐标数据进行处理生成路面轮廓特征数据，并对路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒及其重心坐标数据，基于重心坐标数据标记该多个空间盒，根据标记后的多个空间盒，就能够生成车辆安全行驶区域，与现有技术相比，本发明的车辆安全行驶区域的检测方法对路面检测的准确率更高。

进一步地，为了提高路面检测的准确率，该方法还可以包括数据校正步骤：采集与激光雷达联动的惯性测量装置输出的激光雷达在俯仰方向上的角度变化值，利用角度变化值对坐标数据或者路面轮廓数据进行校正。

这里，需要说明的是激光光束的仰俯角在车辆静止时是固定值，在车辆行驶过程中由于发生振动从而产生误差，因此需要对其进行校正。具体的，可以将惯性测量装置与激光雷达紧固在一起，由于车辆在行驶过程中会产生振动，能够测量XYZ三个坐标轴加速度和每个坐标轴上的角加速度，通过上述数据计算能够计算出激光雷达的俯仰方向上的角度变化σ_j，然后利用该角度变化值对坐标数据或者路面轮廓数据进行校正。例如，可采用下式(1)计算校正后的第i个采样点的激光光束的俯仰角θ_i：

θ_i＝θ-σ_j......................................................式(1)

其中，i为激光雷达的采样点的序号，θ为车辆静止时激光雷达的激光光束的仰俯角，σ_j为惯性测量装置输出的激光雷达在俯仰方向上的角度变化值，θ_i为校正后的第i个采样点的激光光束的俯仰角。

进一步地，激光雷达输出的采样点的坐标数据可以是极坐标形式，如图4所示，其为激光雷达输出的采样点的坐标数据的转换原理示意图，结合图4所示的原理，路面轮廓数据生成步骤302可以具体包括：将采样点的坐标数据由极坐标形式转化成直角坐标形式，可以采用下式(2)、式(3)及式(4)计算采样点在直角坐标系下的X轴坐标值x_i、Y轴坐标值y_i和Z轴坐标值z_i：

x_i＝r_isin(η_i).................................................式(2)

................................式(3)

z_i＝r_icos(η_i)sin(θ_i)...........................................式(4)

其中，i为激光雷达的采样点的序号，j为激光雷达的扫描线的序号，r_i为激光雷达的采样点的极坐标数据，空间直角坐标系的圆心位于在一个数据采集路段单元内、车辆行驶起始处的激光雷达的激光发射点，X轴为与路面平行的方向，Y轴为车辆行驶方向，Z轴为垂直于路面的方向，激光发射点向XY平面作垂线得到第一交点，由第一交点向采样点所在的扫描线作垂线得到的第二交点，η_i为激光光束与激光发射点和第二交点的连线之间的夹角，θ_i为第i个采样点的激光光束的俯仰角，v_j为第i个采样点所在的第j条扫描线对应的车辆速度，f为激光雷达的扫描频率，x_i为采样点的X轴坐标，y_i为采样点的Y轴坐标，z_i为采样点的Z轴坐标。

这里，需要说明的是可使用例如光电编码器等车速传感器来获得准确的车速信息。通常情况下，车速传感器的采样频率要小于激光雷达的扫描频率，这里可以对车速数据进行差值运算，使得激光雷达每一条扫描线都能对应一个同时刻的车速数据。也就是由于激光雷达的每次扫描速度非常快，但每两次扫描的时间间隔相对较长，因此可近似认为该条扫描线上所有采样点获得的是同一个时刻的车速数据。

进一步地，重心坐标数据生成步骤303可以具体包括：以空间直角坐标系的圆心为起点，生成设定边长的多个空间盒，多个空间盒在空间直角坐标系的三个轴向上紧密相连；依据路面轮廓数据将所有采样点都放入对应的空间盒，并去除不包含任何采样点的空间盒；标识每个空间盒的序号，并计算每个空间盒的重心坐标，利用下式(5)、式(6)及式(7)实现：

...............................................式(5)

...............................................式(6)

...............................................式(7)

其中，m为空间盒在X轴方向的序号，n为空间盒在Y轴的序号，q为空间盒在Z轴方向的序号，x_m,n,q为空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n,q为空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n,q为空间盒的重心的Z轴坐标，p为空间盒内包含的采样点的个数，x_p为空间盒内包含的采样点的X轴坐标，y_p为空间盒内包含的采样点的Y轴坐标，z_p为空间盒内包含的采样点的Z轴坐标。因此，对路面轮廓数据进行处理后，便得到了标识序列后的多个空间盒及其重心坐标数据，从而为下一步空间盒标记步骤提供了数据基础。

进一步地，考虑到激光雷达可能的检测误差，以及检测空间内可能飞过的小飞虫等极小干扰物的存在，要将一些相对离散的采样点去除掉，重心坐标数据生成步骤303还可以包括：检查每个空间盒内包含采样点的个数，将包含采样点的个数少于预定阈值的空间盒及空间盒包含的采样点一并去除。具体的，假设预定阈值为2，检查所有空间盒，对于只包含1个或2个采样点的空间盒，就可将上述空间盒及其包含的采样点一起摒弃。

进一步地，空间盒标记步骤304可以具体包括：对每个空间盒进行如下处理：

查找与空间盒在Y轴正向上相邻的至少一个空间盒，比较至少一个空间盒的Z轴方向的序号，选取最大Z轴方向的序号的空间盒；

计算空间盒与最大Z轴方向的序号的空间盒之间的梯度值，如果梯度值大于第一设定阈值，则将最大Z轴方向的序号的空间盒标记为非安全行驶区域，如果梯度值小于第一设定阈值，则将最大Z轴方向的序号的空间盒标记为安全行驶区域。

具体的，图5为图3中空间盒标记步骤的原理示意图，参照图5，假设从空间盒(m,n,q)开始，找到该空间盒所在y轴正向相邻的空间盒，从图5可以看出有两个空间盒，比较这两个空间盒的Z轴方向的序号，选取最大Z轴方向的序号的空间盒，也就是空间盒(m,n+1,q+1)，然后计算这两个空间盒之间的梯度值，可利用下式(8)实现：

....式(8)

其中，(m,n,q)为空间盒，(m,n+1,q+1)为最大Z轴方向的序号的空间盒，为第(m,n,q)个空间盒和第(m,n+1,q+1)个空间盒之间的梯度，x_m,n,q为第(m,n,q)个空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n,q为第(m,n,q)个空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n,q为第(m,n,q)个空间盒的重心的Z轴坐标，为第(m,n+1,q+1)个空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n+1,q+1为第(m,n+1,q+1)个空间盒的重心的Y轴坐标，为第(m,n+1,q+1)个空间盒的重心的Z轴坐标。

在经过上一步骤计算得到两个空间盒之间的梯度值之后，如果该梯度值大于第一设定阈值(例如0.8)，则将第(m,n+1,q+1)个空间盒标记为非安全行驶区域，用“l”来表示，如果该梯度值小于第一设定阈值，则将第(m,n+1,q+1)个空间盒标记为安全行驶区域，用“0”来表示。

然后继续在x轴正向上，找出第(m+1,n,q)个空间盒，使用上述方法找到第(m+1,n,q)个空间盒所在的y轴正向上相邻且z轴方向序号最大的空间盒，也就是第(m+1,n+1,q)个空间盒，同样通过上述式(8)计算这两个空间盒之间的梯度值。再将梯度值与第一设定阈值进行比较，根据比较的结果对第(m+1,n+1,q)个空间盒进行标记。重复上述步骤，直到完全计算出数据采集路段单元内的所有空间盒之间在y轴方向上的梯度值，并将那些大于第一设定阈值的空间盒标记为1。

进一步地，标记为非安全行驶区域的空间盒所在的空间内，可能是路面不平坦造成的凹凸路面形状，也可能是路面上的各种形状的障碍物的距离车辆较近一侧的边界，因此，空间盒标记步骤304还可以包括：将多个空间盒的重心坐标数据中Z轴坐标大于第二设定阈值的空间盒标记为非安全行驶区域。

具体的，检查重心坐标数据生成步骤303中的所有空间盒的重心坐标的Z轴坐标，将Z轴坐标大于第二设定阈值(例如0.3)的空间盒，全部标记为非安全行驶区域。这些空间盒所在的空间内，就是路面上的各种障碍物，如行人、车辆、树木、栏杆等等具有一定高度的物体。

进一步地，车辆安全行驶区域生成步骤305可以具体包括：将标记后的空间盒投影至XY平面，生成由标记为非安全行驶区域或安全行驶区域的多个正方形格子组成的平面区域；

在该平面区域内，以空间直角坐标系的圆心在XY平面的投影为起点，对每一行的正方形格子都进行如下处理：从每一行的中线位置沿X轴正负两个方向上进行查找，对第一个查找到的标记为非安全行驶区域的正方形格子进行标记；

连接所有被标记的正方形格子对应的空间盒的重心坐标，在Y轴两侧生成两条连接线，由这两条连接线之间的区域生成车辆安全行驶区域。

具体的，图6为图3中车辆安全行驶区域生成步骤的原理示意图。参照图6，经过上一步骤，根据重心坐标数据计算空间盒之间的梯度值，并根据梯度值标记多个空间盒，得到多个被标记了“1”或者“0”的空间盒，再将标记后的空间盒投影至XY平面，就可生成如图6所示的由多个正方形格子组成的平面区域，在所形成的平面内，沿着零点所在的Y轴正向，从每一行的中线位置向X轴正负两个方向生长。也就是逐个检查每个空间盒，直到遇到标记为“1”的空间盒则停止，同时标记在每一行的两个方向上遇到的第一个标记为“1”的空间盒，这就是车辆可安全行驶区域的边界点，按照上述方法将每一行的空间盒都做检查，找到所有边界点。最后连接所有被标记的正方形格子对应的空间盒的重心坐标，则在Y轴两侧生成了两条连接线，这两条连接线之间的区域就是车辆安全行驶区域。

在实际应用中，这个车辆安全行驶区域的信息就可以送给自主行驶车辆(或无人车)的中央控制单元，控制车辆安全前进。对于非自主行驶车辆来说，这个信息可作为车辆主动安全辅助驾驶功能的重要信息来源，在车辆接近非安全行驶区域时，向驾驶人员报警，甚至主动控制车辆刹车和转弯。

实施例二

如图7所示，其为本发明实施例二的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测装置的结构示意图，其包括：数据采集模块701，用于采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据；路面轮廓数据生成模块702，用于根据坐标数据生成空间直角坐标形式的路面轮廓数据；重心坐标数据生成模块703，用于对路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒的重心坐标数据；空间盒标记模块704，用于根据重心坐标数据计算空间盒之间的梯度值，并根据梯度值标记多个空间盒；车辆安全行驶区域生成模块705，用于将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域。

本发明的基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测装置，通过激光雷达采集坐标数据，对坐标数据进行处理生成路面轮廓特征数据，并对路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒及其重心坐标数据，基于重心坐标数据标记该多个空间盒，根据标记后的多个空间盒，就能够生成车辆安全行驶区域，与现有技术相比，本发明的车辆安全行驶区域的检测方法对路面检测的准确率更高。

进一步地，重心坐标数据生成模块703可以包括：

空间盒生成单元，用于以空间直角坐标系的圆心为起点，生成设定边长的多个空间盒，多个空间盒在空间直角坐标系的三个轴向上紧密相连；

采样点分放单元，用于依据路面轮廓数据将所有采样点都放入对应的空间盒，并去除不包含任何采样点的空间盒；

空间盒重心坐标计算单元，用于标识每个空间盒的序号，并计算每个空间盒的重心坐标，利用下式实现：

其中，m为空间盒在X轴方向的序号，n为空间盒在Y轴的序号，q为空间盒在Z轴方向的序号，x_m,n,q为空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n,q为空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n,q为空间盒的重心的Z轴坐标，p为空间盒内包含的采样点的个数，x_p为空间盒内包含的采样点的X轴坐标，y_p为空间盒内包含的采样点的Y轴坐标，z_p为空间盒内包含的采样点的Z轴坐标。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

数据采集步骤：采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据，所述坐标数据为极坐标形式；

路面轮廓数据生成步骤：将所述采样点的坐标数据由极坐标形式转化成空间直角坐标形式，利用下式实现：

$x_i=r_{i}sin\left({\mathrm{\η}}_i\right),y_i=r_{i}cos\left({\mathrm{\η}}_i\right)cos\left({\mathrm{\θ}}_i\right)+\frac{1}{f}\underset{1}{\overset{j}{\Σ}}{v}_j,z_i=r_{i}cos\left({\mathrm{\η}}_i\right)sin\left({\mathrm{\θ}}_i\right),$

其中，i为激光雷达的采样点的序号，j为激光雷达的扫描线的序号，r_i为激光雷达的采样点的极坐标数据，空间直角坐标系的圆心位于在一个数据采集路段单元内、车辆行驶起始处的激光雷达的激光发射点，X轴为与路面平行的方向，Y轴为车辆行驶方向，Z轴为垂直于路面的方向，激光发射点向XY平面作垂线得到第一交点，由所述第一交点向采样点所在的扫描线作垂线得到的第二交点，η_i为激光光束与激光发射点和所述第二交点的连线之间的夹角，θ_i为第i个采样点的激光光束的俯仰角，v_j为第i个采样点所在的第j条扫描线对应的车辆速度，f为激光雷达的扫描频率，x_i为采样点的X轴坐标，y_i为采样点的Y轴坐标，z_i为采样点的Z轴坐标；

重心坐标数据生成步骤：以空间直角坐标系的圆心为起点，生成设定边长的多个空间盒，所述多个空间盒在空间直角坐标系的三个轴向上紧密相连；依据路面轮廓数据将所有采样点都放入对应的空间盒，并去除不包含任何采样点的空间盒；标识每个空间盒的序号，并计算每个空间盒的重心坐标，利用下式实现：

$x_{m,n,q}=\frac{1}{p}\underset{1}{\overset{p}{\Σ}}{x}_p,y_{m,n,q}=\frac{1}{p}\underset{1}{\overset{p}{\Σ}}{y}_p,z_{m,n,q}=\frac{1}{P}\underset{1}{\overset{p}{\Σ}}{z}_p,$

其中，m为空间盒在X轴方向的序号，n为空间盒在Y轴的序号，q为空间盒在Z轴方向的序号，x_m,n,q为所述空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n,q为所述空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n,q为所述空间盒的重心的Z轴坐标，p为所述空间盒内包含的采样点的个数，x_p为所述空间盒内包含的采样点的X轴坐标，y_p为所述空间盒内包含的采样点的Y轴坐标，z_p为所述空间盒内包含的采样点的Z轴坐标；

空间盒标记步骤：根据所述重心坐标数据计算所述空间盒之间的梯度值，并根据所述梯度值标记所述多个空间盒；

车辆安全行驶区域生成步骤：将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述重心坐标数据生成步骤还包括：检查每个空间盒内包含采样点的个数，将包含采样点的个数少于预定阈值的空间盒及所述空间盒包含的采样点一并去除。

3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述空间盒标记步骤具体为：

对所述每个空间盒进行如下处理：

查找与所述空间盒在Y轴正向上相邻的至少一个空间盒，比较所述至少一个空间盒的Z轴方向的序号，选取最大Z轴方向的序号的空间盒；

计算所述空间盒与所述最大Z轴方向的序号的空间盒之间的梯度值，如果所述梯度值大于第一设定阈值，则将所述最大Z轴方向的序号的空间盒标记为非安全行驶区域，如果梯度值小于第一设定阈值，则将所述最大Z轴方向的序号的空间盒标记为安全行驶区域。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述计算所述空间盒与所述最大Z轴方向的序号的空间盒之间的梯度值的步骤，利用下式实现：

$g_{m,n+1,q+1}=\frac{|z_{m,n+1,q+1}-z_{m,n,q}|}{\sqrt{{(x_{m,n,q}-x_{m,n+1,q+1})}^2+{(y_{m,n,q}-y_{m,n+1,q+1})}^2+{(z_{m,n,q}-z_{m,n+1,q+1})}^2}},$

其中，(m,n,q)为所述空间盒，(m,n+1,q+1)为所述最大Z轴方向的序号的空间盒，g_m,n+1,q+1为所述第(m,n,q)个空间盒和所述第(m,n+1,q+1)个空间盒之间的梯度，x_m,n,q为所述第(m,n,q)个空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n,q为所述第(m,n,q)个空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n,q为所述第(m,n,q)个空间盒的重心的Z轴坐标，x_m,n+1,q+1为所述第(m,n+1,q+1)个空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n+1,q+1为所述第(m,n+1,q+1)个空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n+1,q+1为所述第(m,n+1,q+1)个空间盒的重心的Z轴坐标。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述空间盒标记步骤还包括：将所述多个空间盒的重心坐标数据中Z轴坐标大于第二设定阈值的空间盒标记为非安全行驶区域。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述车辆安全行驶区域生成步骤具体为：

将标记后的空间盒投影至XY平面，生成由标记为非安全行驶区域或安全行驶区域的多个正方形格子组成的平面区域；

在所述平面区域内，以空间直角坐标系的圆心在XY平面的投影为起点，对每一行的正方形格子都进行如下处理：从每一行的中线位置沿X轴正负两个方向上进行查找，对第一个查找到的标记为非安全行驶区域的正方形格子进行标记；

连接所有被标记的正方形格子对应的空间盒的重心坐标，在Y轴两侧生成两条连接线，由所述连接线之间的区域生成车辆安全行驶区域。

7.一种基于激光雷达的车辆安全行驶区域的检测装置，其特征在于，所述装置包括：

数据采集模块，用于采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据；

路面轮廓数据生成模块，用于根据所述坐标数据生成空间直角坐标形式的路面轮廓数据；

重心坐标数据生成模块，用于对所述路面轮廓数据进行处理，得到多个空间盒的重心坐标数据；

空间盒标记模块，用于根据所述重心坐标数据计算所述空间盒之间的梯度值，并根据所述梯度值标记所述多个空间盒；

车辆安全行驶区域生成模块，用于将标记后的空间盒进行投影处理，并对投影处理结果进行中线生长，生成车辆安全行驶区域；

所述重心坐标数据生成模块包括：

空间盒生成单元，用于以空间直角坐标系的圆心为起点，生成设定边长的多个空间盒，所述多个空间盒在空间直角坐标系的三个轴向上紧密相连；

采样点分放单元，用于依据路面轮廓数据将所有采样点都放入对应的空间盒，并去除不包含任何采样点的空间盒；

空间盒重心坐标计算单元，用于标识每个空间盒的序号，并计算每个空间盒的重心坐标，利用下式实现：

$x_{m,n,q}=\frac{1}{p}\underset{1}{\overset{p}{\Σ}}{x}_p,y_{m,n,q}=\frac{1}{p}\underset{1}{\overset{p}{\Σ}}{y}_p,z_{m,n,q}=\frac{1}{P}\underset{1}{\overset{p}{\Σ}}{z}_p,$

其中，m为空间盒在X轴方向的序号，n为空间盒在Y轴的序号，q为空间盒在Z轴方向的序号，x_m,n,q为所述空间盒的重心的X轴坐标，y_m,n,q为所述空间盒的重心的Y轴坐标，z_m,n,q为所述空间盒的重心的Z轴坐标，p为所述空间盒内包含的采样点的个数，x_p为所述空间盒内包含的采样点的X轴坐标，y_p为所述空间盒内包含的采样点的Y轴坐标，z_p为所述空间盒内包含的采样点的Z轴坐标。