CN106918820B - 一种多次反射回波的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多次反射回波的处理方法及装置，其中，该方法包括：获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生回波的数据；基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率；基于所述概率判断是否存在异常工况；若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；若存在异常工况，控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。本发明实施例在异常工况或者正常工况下均能对线缆、树枝等细长的障碍物进行准确监测。

Description

一种多次反射回波的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种多次反射回波的处理方法及装置。

背景技术

交通运输在国民经济中的地位举足轻重，运输安全是关系国计民生的大事。目前中国铁路企业开始采用激光雷达对铁路行车安全限界内进行扫描和测量，以发现超过安全范围大小的障碍物，避免给高速行驶的列车带来危险。

目前这种线路障碍安全监测系统通过采集回波距离、云台方向角度信息和激光雷达与监测区域相对位置信息，通过计算确定障碍物的位置、运动速度和方向，并分析障碍物对行车安全的威胁程度。

在实际应用中，激光雷达的光束有一定的散射角，在距离较远的地方就会产生一定面积的光斑。当反射物体的投影小于光斑时，除了反射物体反射探测光束外，有部分光束继续向物体后方延伸，在后方再次形成反射，这样一束探测光束在其探测路径上形成两次反射。现有技术中，对于多次反射一般采取保留最大反射功率或者最后一次反射的回波测距结果。但在交通线路中，一些细长物体(如垂落的线缆、细长的树枝等)在激光雷达的扫描中容易发生多次反射波的现象，上述的细长物体对于车辆的危害不容忽视，而且上述细长物体的最大长度也远大于交通线路中对障碍物要求的长度，因此，现有技术中在激光雷达扫描中对于多次反射获取的回波处理方式并不适合细长物体。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种多次反射的回波处理方法及装置，在异常工况或者正常工况下均能对线缆、树枝等细长的障碍物进行准确监测。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描中获取的回波处理方法，包括：

获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生各次回波的数据；

基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率；

基于所述概率判断是否存在异常工况；

若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；

若存在异常工况，控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种激光雷达扫描中获取的回波处理装置，包括：

获取模块，用于获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生各次回波的数据；

概率确定模块，用于基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率；

异常工况判断模块，用于基于所述概率判断是否存在异常工况；

第一障碍物信息确定模块，用于若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；

第二障碍物信息确定模块，用于若存在异常工况，控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。

本发明实施例提供的技术方案，通过根据多次反射的概率判断是否存在异常工况，当存在异常工况时，通过各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；当不存在异常工况时，控制激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的回波数据确定探测区域内是否存在异常障碍物以及确定异常障碍物的信息；当异常工况或者正常工况下均能够对线缆、树枝等细长的障碍物进行准确监测，提高监测的准确性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a是本发明实施例提供的一种多次反射回波的处理方法流程图；

图1b是本发明实施例提供的多次反射的原理示意图；

图1c是本发明实施例提供的探测区域内障碍物尺寸测量原理示意图；

图2是本发明实施例提供的一种多次反射回波的处理装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1a是本发明实施例提供的一种多次反射回波的处理方法流程图，所述方法由多次反射回波的处理装置来执行，所述装置由软件和/或硬件来执行，所述装置一般配置在数据处理功能的装置中。如图1a所示，所述方法包括：

S110：获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生回波的数据。

在本实施例中，激光雷达扫描的区域也可以是扇形，或者圆形或者其他图形，激光雷达的扫描角度的范围可以是0°-180°，也可以是其他的角度范围。激光雷达在每个扫描角度下均发射探测光束，当探测光束遇到障碍物时发生反射，激光雷达的测量系统根据反射回波和开始发射出的探测光束的数据，得到障碍的位置、大小等数据。其中，回波是由于探测光束遇到障碍物是发生反射产生的。

激光雷达可以用于对铁路线路上障碍物的监测，当将激光雷达用于对铁路线路上障碍物监测时，激光雷达位于靠近铁路线路的区域，且并没有设置在铁路线路上。激光雷达还可以用于对其他探测区域中障碍物的监测。

在本实施例中，激光雷达发射的探测光束具有预设的散射角，当探测光束探测到细长物体或者障碍物的边缘时，有一部分光束会在其探测路径上继续延伸，延伸的光束再次遇到障碍物时形成再次反射。因此，对于在各扫描角度下产生回波的数量由可能是多个，或者也有可能是一个。故获取的各扫描角度下产生的回波的数据可以是多组数据或者也可以是一组数据。

需要说明的是，激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生的回波可以是探测区域内的障碍物反射形成，也可以是探测区域外的障碍物反射所形成的，并且包括每一个角度上的各次回波的所有回波数据。

S120：基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率。

在本实施例中，根据在各扫描角度下获取的回波数据的数量或者根据接收到的回波的数量就可以确定探测光束在各扫描角度下是否发生多次反射。其中，多次反射是指发生至少两次反射，当在某一扫描角度下获取的回波数据的数量大于1时，确定探测光束在该扫描角度发生了多次反射。

其中，形成多次反射的原理如下：如图1b所示，11为激光雷达所在的位置，12为激光雷达的探测区域，13为探测区域内的障碍物(雨滴)，14为探测区域外的障碍物，15为激光雷达发射的探测光束，16为雨滴反射探测光束产生的回波；17为探测区域外的障碍物反射探测光束产生的回波。当激光雷达在位置11处发射的探测光束由于具有一定的散射角，且雨滴较小，除雨滴反射探测光束外，探测光束中有部分光束继续在探测路径上继续延伸，直至遇到探测区域外的障碍物14，发生再次反射，故探测光束在一个扫描角度下发生了两次反射，因此，在该扫描角度下能够接收到两个回波(图1b中的16和17)，形成两组回波数据。

在本实施例中，探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率为：在激光雷达每个扫描周期内，发生多次反射的次数与探测光束在各扫描角度下探测次数的比值；或者发生多次反射的次数与扫描线个数的比值。例如，激光雷达的扫描角度范围0°-199°，每间隔2°设置一条扫描线，则在每个周期内扫描线的个数是100条，即探测光束在各扫描角度下探测次数也是100次。若在每个周期内在扫描角度为0°、10°、20°、50°以及150°时，探测光束发生多次反射，即发生多次反射的次数是5次，则探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率是5/100＝5％。

S130：基于所述概率判断是否存在异常工况。

若否，执行S140，若是，执行S150。

在本实施例中，可选的，所述基于所述概率判断是否存在异常工况，包括：若所述概率与用于判断正常工况的第一设定值之间的差值超出第一设定范围，且与用于判断异常工况的第二设定值的差值在第二设定范围内，判断存在异常工况；否则，判断不存在异常工况。

在本实施例中，异常工况包括异常的气象情况，异常工况还可以是其他工况。第一设定值为正常工况时发生多次反射的概率值，第一设定值也可以为0，也可以为大于0的值，第一设定值与激光雷达设置的位置以及探测区域相关。第二设定值为异常工况时发生多次反射的概率值。对于同一激光雷达，相同的探测区域而言，第二设定值大于第一设定值。第一设定范围和第二设定范围均可以根据需要进行设置。

举例说明，若第一设定值为1％，第二设定值为5％，第一设定范围为0-0.5％，第二设定范围为-1％-1％；若得到发生多次反射的概率是4％。发生多次反射的概率(4％)与用于判断正常工况的第一设定值(1％)的差值超出了第一设定范围(0-0.5％)，且与用于判断异常工况的第二设定值(5％)的差值在第二设定范围(-1％-1％)，判断探测区域内存在异常工况。

需要说明的是，基于概率判断是否存在异常工况的具体形式还可以是其他形式。例如，通过判断发生多次反射的概率与用于判断异常工况的第二设定值是否相同，确定是否存在异常工况；或者通过发生多次反射的概率与用于判断异常工况的第二设定值的差值是否在第二设定范围内，确定是否存在异常工况。

S140：基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息。

在本实施例中，可选的，若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息，包括：若不存在异常工况，将设定背景物体反射的回波的数据进行过滤，基于过滤后的各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息。

其中，背景物体为探测区域内长时间固定的物体，例如，铁路线路中的电线杆等。在激光雷达发射探测光束对探测区域进行扫描时，能够接收到背景物体反射的回波，背景物体在探测区域中并不是异常障碍物，对列车的安全行驶并不会造成影响，因此，需要对背景物体反射的回波的数据进行过滤，基于过滤后的数据确定探测区域内异常障碍物的信息。若探测区域内不存在背景物体，基于各扫描角度对应的各次回波数据探测区域内确定异常障碍物的信息。障碍物的信息包括障碍物的位置或者障碍物的大小，或者还可以包括障碍物的其他信息。

其中，探测区域为设定的区域，探测区域包含预设的铁路线路区域。例如，距离激光雷达15m-45m的区域为探测区域。

需要说明的是，在各扫描角度下获取的最后一次回波的数据可以来自于探测区域内的障碍物反射形成回波的数据，或者也可以来自于探测区域外的障碍物反射形成回波的数据。

S150：控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。

在本实施例中，可选的，所述基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息，包括：基于每次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定存在障碍物的位置；若目标位置在连续的预设周期内均确定存在障碍物，确定目标位置存在障碍物，并确定所述障碍物的信息；否则，除最后一次获取的回波数据外，将与非目标位置对应的回波数据进行过滤，基于过滤后的回波数据确定障碍物的信息。其中，非目标位置为在连续预设周期内并不是均确定存在障碍物的位置。确定存在障碍物的具体方式可以是：从多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据中选取探测区域中多次在相同的角度和位置出现的回波数据，并将选取的回波数据确认为障碍物的数据，以确认探测区域内存在异常障碍物。当异常工况为下雨的气象情况时，由于雨滴能够反射激光雷达发射的探测光束而产生回波，且雨滴并不是探测区域内的障碍物，所以需要控制激光雷达进行至少两个周期的扫描，以判断多次反射是由于雨滴造成还是障碍物造成的。具体地，控制激光雷达进行至少两个周期的扫描，在每个周期内，根据获取到的回波的数据确定存在障碍物的位置。若探测区域内的目标位置在预设周期内均确定存在障碍物，则确定目标位置存在异常障碍物。原因在于：由于雨滴是运动的物体，在不同的时间雨滴所在的位置不同，因此在预设的扫描周期内，在同一位置出现雨滴的概率几乎为0。因此，若在预设的扫描周期内，在探测区域内的同一位置均确定存在障碍物，则确定探测区域内存在异常障碍物。

例如，在探测区域内，且在扫描角度为20°下，经过两次周期扫描，在距离激光雷达20米处均确定存在障碍物，则确定在该位置存在异常障碍物。根据扫描角度为20°时对应的回波数据确定异常障碍物的大小等信息。如果确定不存在异常障碍物时，确定多次反射是由于雨滴造成的，除最后一次回波的数据外，其他的回波的数据进行过滤，基于各扫描角度下的最后一次回波的数据进行确定障碍物的信息。通过上述的方法，能够排出雨、雪等异常工况对异常障碍物监测的影响，准确监测探测区域内的障碍物，并且在异常工况或者正常工况下均能够基于多次反射回波的数据准确监测细长障碍物。

在确定异常障碍物的信息时，现有技术中由于对多次反射采取保留最大反射功率或者最后一次反射的回波测量结果，有时会导致探测的异常障碍物尺寸较小，影响行车安全。其探测异常障碍物尺寸较小的原因在于：如图1c所示，21为激光雷达所在的位置，22为探测区域，23为探测区域内的异常障碍物，24为探测区域外的障碍物，25为N-1扫描角度下的探测光束，26为N扫描角度下的探测光束，27为N+1扫描角度下的探测光束，28为N-1扫描角度下的探测光束第一次反射产生的回波，29为N-1扫描角度下的探测光束第二次反射产生的回波，30为N+1扫描角度下的探测光束第一次反射产生的回波，31为N+1扫描角下的探测光束第二次反射产生的回波。如图1c所示，探测区域内的异常障碍物23完全遮挡N扫描角度下的探测光束26，并没有完全遮挡N-1扫描角度下的探测光束25以及N+1扫描角度下的探测光束27。因此，N-1扫描角度下的探测光束25以及N+1扫描角度下的探测光束会在各自探测路径下进行延伸，直至被探测区域外的障碍物24反射，从而发生多次反射。

由于现有技术中对于多次反射采用最大反射功率或者最后一次反射的回波数据确定障碍物的信息，将N-1扫描角度下以及N+1扫描角度下的由异常障碍物反射的回波数据(N-1扫描角度下的探测光束第一次反射产生的回波28的数据以及N+1扫描角度下的探测光束第一次反射产生的回波30的数据)进行过滤，仅仅通过N扫描角度下的探测光束26在异常障碍物处产生的回波(图1c中未示出)计算障碍物的大小。N扫描角度下的探测光束对应的发散角的弧度值相对于扫描光束在异常障碍物上的投影对应的弧度值偏小，因此，现有技术中，测得障碍物的尺寸(与图1c中32所示线段的长度相同)较小。

而本实施例中，确定障碍物的信息时，测量异常障碍物的尺寸大于或者等于异常障碍物的实际尺寸，能够确保行车安全。本实施例测量异常障碍物尺寸的原理如下：如图1c所示，通过N-1扫描角度下的探测光束25发生的两次反射产生的回波数据，N扫描角度下的探测光束26发生一次反射产生的回波数据、以及N+1扫描角度下探测光束27发生两次反射产生的回波数据确定异常障碍物的大小，由于N-1到N+1扫描角度下对应的发散角的弧度值大于扫描光束在异常障碍物的投影对应的弧度值，因此，本实施例中测量异常障碍物的尺寸大小(与图1c中33所示线段的长度)略大于异常障碍物的实际尺寸。

在上述实施例的基础上，还可以包括当监测到探测区域存在障碍物时，控制报警器报警，以警示工作人员对障碍物进行移除，保证行车安全。

需要说明的是，本实施例中示例性的采用图1b和图1c中探测光束发生两次反射进行多次反射的原理表述，但图1b和图1c所示的情形只是一种示例，其他多次反射还可以是探测光束发生三次反射，或者其他次数的反射。并且本实施例中探测光束发生最后一次反射，采用图1b、图1c所示的探测区域外的障碍物反射探测光束进行示例说明，但是图1b和图1c所示的情形只是一种示例，在本发明其他实施例中，探测光束发生最后一次反射可以是探测区域内的障碍物对探测光束进行反射。

本实施例通过根据多次反射的概率判断是否存在异常工况，当存在异常工况时，通过各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；当不存在异常工况时，控制激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的回波数据确定探测区域内是否存在异常障碍物以及确定异常障碍物的信息；当异常工况或者正常工况下均能够对线缆、树枝等细长的障碍物进行准确监测，提高监测的准确性。

图2是本发明实施例提供的一种多次反射回波的处理装置结构框图，所述装置用于执行对此反射回波的处理方法。所述装置包括：

获取模块201，用于获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生回波的数据；

概率确定模块202，用于基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率；

异常工况判断模块203，用于基于所述概率判断是否存在异常工况；

第一障碍物信息确定模块204，用于若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；

第二障碍物信息确定模块205，用于若存在异常工况，控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。

进一步的，所述基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息，包括：

基于每次周期扫描中获取的各扫描角度对应的回波数据确定存在障碍物的位置；

在连续预设周期内，若探测区域内的目标位置均确定存在障碍物，则确定目标位置存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息；

否则，除最后一次获取的回波数据外，将与非目标位置对应的回波数据进行过滤，基于过滤后的回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物。

进一步的，所述异常工况判断模块203，用于若所述概率与用于判断正常工况的第一设定值之间的差值超出第一设定范围，且与用于判断异常工况的第二设定值的差值在第二设定范围内，判断存在异常工况；否则，判断不存在异常工况。

进一步的，所述第一障碍物信息确定模块204，用于若不存在异常工况，将设定背景物体反射的回波的数据进行过滤，基于过滤后的各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息。

进一步的，所述障碍物的信息包括障碍物的位置以及障碍物的大小。

本实施例所提供的用于执行上述实施例所述的方法，具有相应的功能模块和技术效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多次反射回波的处理方法，其特征在于，包括：

获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生回波的数据；

基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率；

基于所述概率判断是否存在异常工况；

若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；

若存在异常工况，控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息，包括：

基于每次周期扫描中获取的各扫描角度对应的回波数据确定存在障碍物的位置；

在连续预设周期内，若所述探测区域内的目标位置均确定存在障碍物，则确定所述目标位置存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息；

否则，除各扫描角度对应的最后一次获取的回波数据外，将与非目标位置对应的回波数据进行过滤，基于过滤后的回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述概率判断是否存在异常工况，包括：

若所述概率与用于判断正常工况的第一设定值之间的差值超出第一设定范围，且与用于判断异常工况的第二设定值的差值在第二设定范围内，判断存在异常工况；否则，判断不存在异常工况。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息，包括：

若不存在异常工况，将设定背景物体反射的回波的数据进行过滤，基于过滤后的各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述异常障碍物的信息包括异常障碍物的位置以及异常障碍物的大小。

6.一种多次反射回波的处理装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取激光雷达发射的探测光束在各扫描角度产生各次回波的数据；

概率确定模块，用于基于所述回波的数据确定所述探测光束在各扫描角度发生多次反射的概率；

异常工况判断模块，用于基于所述概率判断是否存在异常工况；

第一障碍物信息确定模块，用于若不存在异常工况，基于各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息；

第二障碍物信息确定模块，用于若存在异常工况，控制所述激光雷达进行多次周期扫描，并基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基于多次周期扫描中获取的各扫描角度对应的所有回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息，包括：

基于每次周期扫描中获取的各扫描角度对应的回波数据确定存在障碍物的位置；

在连续预设周期内，若探测区域内的目标位置均确定存在障碍物，则确定目标位置存在异常障碍物，并确定所述异常障碍物的信息；

否则，除各扫描角度对应的最后一次获取的回波数据外，将与非目标位置对应的回波数据进行过滤，基于过滤后的回波数据确定所述探测区域内是否存在异常障碍物。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述异常工况判断模块，用于若所述概率与用于判断正常工况的第一设定值之间的差值超出第一设定范围，且与用于判断异常工况的第二设定值的差值在第二设定范围内，判断存在异常工况；否则，判断不存在异常工况。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一障碍物信息确定模块，用于若不存在异常工况，将设定背景物体反射的回波的数据进行过滤，基于过滤后的各扫描角度对应的各次回波的数据确定探测区域内异常障碍物的信息。

10.根据权利要求6-9任一所述的装置，其特征在于，所述异常障碍物的信息包括异常障碍物的位置以及异常障碍物的大小。