CN110515091A - 一种用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法及水面区域探测装置、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供的用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法及水面区域探测装置、计算机可读存储介质，水面区域探测方法包括S1，以获取河岸点云数据；S2，得到第一水面边界模型；S3，对每条第一河岸模型边界进行遍历；S4得到第二水面边界模型；S5，获得水面边界模型；S6，通过粒子滤波过滤水面噪声点。基于激光雷达来提取水面可通行区域，构建水面边界模型，对于水面噪声点进行粒子滤波过滤，提高了水面可通行区域检测的鲁棒性和精度，解决水面上可通行区域提取问题，提高无人船自动驾驶的安全性。

Description

一种用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法及水面区域探 测装置、计算机可读存储介质

技术领域

本发明属于无人船自动驾驶技术领域，具体涉及一种用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法及水面区域探测装置、计算机可读存储介质。

背景技术

目前，无人船多应用于海洋航运，而随着无人船的应用推广，在河流上，尤其是内河使用无人船的需求日渐增大，但目前的无人船在河流水面上的自动驾驶能力较弱，无法满足用户要求。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种实现无人船在河流自动驾驶的水面区域探测方法。

本发明的第二目的是提供一种可实现上述无人船在河流自动驾驶的水面区域探测方法的水面区域探测装置。

本发明的第三目的是提供一种可实现上述无人船在河流自动驾驶的水面区域探测方法的计算机可读存储介质。

为实现上述的第一目的，本发明提供的用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法包括S1，激光雷达对水域环境进行探测以获取河岸点云数据；S2，根据河岸点云数据通过凸包算法得到第一水面边界模型，第一水面边界模型为多边形，第一水面边界模型的每条边为第一河岸模型边界；S3，对每条第一河岸模型边界进行遍历，判断每条第一河岸模型边界与其对应的河岸点云数据之间的误差是否大于预设值，如是，则第一河岸模型边界为误差边；S4，对误差边对应的河岸点云数据重新通过凸包算法以得到第二水面边界模型，第二水面边界模型为多边形，第二水面边界模型的每条边为第二河岸模型边界，误差边为其中一条第二河岸模型边界；S5，删除误差边，余下的第一河岸模型边界与余下的第二河岸模型边界围成水面边界模型；S6，通过粒子滤波过滤水面噪声点，对河岸点云数据进行随机采样和重要性采样以在连续帧中进行数据追踪，若数据未在连续帧中出现，则数据为水面噪声点，滤除水面噪声点。

由上述方案可见，基于激光雷达来提取水面可通行区域，构建水面边界模型，对于水面噪声点进行粒子滤波过滤，提高了水面可通行区域检测的鲁棒性和精度，解决水面上可通行区域提取问题，提高无人船自动驾驶的安全性。

为实现上述的第二目的，本发明提供的用于无人船自动驾驶的水面区域探测装置，其包括激光雷达和控制激光雷达工作的计算机，计算机包括存储器、总控制器及存储在存储器上的程序，总控制器执行程序时实现上述水面区域探测方法。

由上述方案可见，基于激光雷达来提取水面可通行区域，构建水面边界模型，对于水面噪声点进行粒子滤波过滤，提高了水面可通行区域检测的鲁棒性和精度，解决水面上可通行区域提取问题，提高无人船自动驾驶的安全性。

为实现上述的第三目的，本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被总控制器执行时实现上述水面区域探测方法。

由上述方案可见，基于激光雷达来提取水面可通行区域，构建水面边界模型，对于水面噪声点进行粒子滤波过滤，提高了水面可通行区域检测的鲁棒性和精度，解决水面上可通行区域提取问题，提高无人船自动驾驶的安全性。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明所述的一种水面区域探测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的水面区域探测方法应用在具有激光雷达的水面区域探测装置上，优选的，水面区域探测装置包括激光雷达和控制激光雷达工作的计算机，计算机包括存储器、总控制器及存储在存储器上的程序，总控制器执行程序时实现本发明的水面区域探测方法。计算机可以为PC机或工控机。

水面区域探测方法实施例：

参见图1，本实施例的应用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法包括S1，激光雷达对水域环境进行探测以获取河岸点云数据；S2，根据河岸点云数据通过凸包算法得到第一水面边界模型，第一水面边界模型为多边形，第一水面边界模型的每条边为第一河岸模型边界；S3，对每条第一河岸模型边界进行遍历，判断每条第一河岸模型边界与其对应的河岸点云数据之间的误差是否大于预设值，如是，则第一河岸模型边界为误差边；S4，对误差边对应的河岸点云数据重新通过凸包算法以得到第二水面边界模型，第二水面边界模型为多边形，第二水面边界模型的每条边为第二河岸模型边界，误差边为其中一条第二河岸模型边界；S5，删除误差边，余下的第一河岸模型边界与余下的第二河岸模型边界围成水面边界模型；S6，通过粒子滤波过滤水面噪声点，对河岸点云数据进行随机采样和重要性采样以在连续帧中进行数据追踪，若数据未在连续帧中出现，则数据为水面噪声点，滤除水面噪声点。

基于激光雷达来提取水面可通行区域，构建水面边界模型，对于水面噪声点进行粒子滤波过滤，提高了水面可通行区域检测的鲁棒性和精度，解决水面上可通行区域提取问题，提高无人船自动驾驶的安全性。

水面区域探测装置实施例：

本发明的水面区域探测方法应用在具有激光雷达的水面区域探测装置上，优选的，水面区域探测装置包括激光雷达和控制激光雷达工作的计算机，计算机包括存储器、总控制器及存储在存储器上的程序，总控制器执行程序时实现本发明的水面区域探测方法。计算机可以为PC机或工控机。

例如，程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由总控制器执行，以完成本发明的各个模块。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。

本发明所称总控制器的处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。

存储器可用于存储计算机程序和/或模块，总控制器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现终端设备的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本实施例的水面区域探测装置可实现应用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法包括S1，激光雷达对水域环境进行探测以获取河岸点云数据；S2，根据河岸点云数据通过凸包算法得到第一水面边界模型，第一水面边界模型为多边形，第一水面边界模型的每条边为第一河岸模型边界；S3，对每条第一河岸模型边界进行遍历，判断每条第一河岸模型边界与其对应的河岸点云数据之间的误差是否大于预设值，如是，则第一河岸模型边界为误差边；S4，对误差边对应的河岸点云数据重新通过凸包算法以得到第二水面边界模型，第二水面边界模型为多边形，第二水面边界模型的每条边为第二河岸模型边界，误差边为其中一条第二河岸模型边界；S5，删除误差边，余下的第一河岸模型边界与余下的第二河岸模型边界围成水面边界模型；S6，通过粒子滤波过滤水面噪声点，对河岸点云数据进行随机采样和重要性采样以在连续帧中进行数据追踪，若数据未在连续帧中出现，则数据为水面噪声点，滤除水面噪声点。

基于激光雷达来提取水面可通行区域，构建水面边界模型，对于水面噪声点进行粒子滤波过滤，提高了水面可通行区域检测的鲁棒性和精度，解决水面上可通行区域提取问题，提高无人船自动驾驶的安全性。

计算机可读存储介质实施例：

水面区域探测装置的存储器所存储的程序如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被总控制器执行时，可实现上述点胶控制方法的各个步骤。

其中，程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于无人船自动驾驶的水面区域探测方法，其特征在于，包括：

S1，激光雷达对水域环境进行探测以获取河岸点云数据；

S2，根据所述河岸点云数据通过凸包算法得到第一水面边界模型，所述第一水面边界模型为多边形，所述第一水面边界模型的每条边为第一河岸模型边界；

S3，对每条所述第一河岸模型边界进行遍历，判断每条所述第一河岸模型边界与其对应的所述河岸点云数据之间的误差是否大于预设值，如是，则所述第一河岸模型边界为误差边；

S4，对所述误差边对应的河岸点云数据重新通过凸包算法以得到第二水面边界模型，所述第二水面边界模型为多边形，所述第二水面边界模型的每条边为第二河岸模型边界，所述误差边为其中一条所述第二河岸模型边界；

S5，删除所述误差边，余下的所述第一河岸模型边界与余下的所述第二河岸模型边界围成水面边界模型以获得所述水面边界模型；

S6，通过粒子滤波过滤水面噪声点，对河岸点云数据进行随机采样和重要性采样以在连续帧中进行数据追踪，若所述数据未在连续帧中出现，则所述数据为所述水面噪声点，滤除所述水面噪声点。

2.一种应用于无人船自动驾驶的水面区域探测装置，其包括激光雷达和控制所述激光雷达工作的计算机，所述计算机包括存储器、总控制器及存储在所述存储器上的程序，其特征在于：所述总控制器执行所述程序时实现权利要求1所述的水面区域探测方法。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于：所述程序被总控制器执行时实现权利要求1所述的水面区域探测方法。