CN111766570B - 一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统及方法，其技术方案为：包括模型箱、目标移动系统、温控系统和激光雷达探测系统，模型箱由隔板分割成第一箱体和第二箱体；目标移动系统包括移动机构、与移动机构相连的反光片，所述反光片在移动机构的作用下能够沿第一箱体移动；温控系统包括制热系统、制冷系统，所述制热系统和制冷系统分别与第二箱体固定；激光雷达探测系统包括设于第二箱体内部的激光雷达，所述激光雷达与反光片位于同一水平线。本发明能够模拟在酷暑或严寒天气下监测、识别被雨水浸泡的目标、透过凝冰探测物体等极端情况激光雷达的工作运行，且具有可重复、环境因素可控、省时便捷等特性。

Description

一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统及方法

技术领域

本发明涉及交通监测技术领域，尤其涉及一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统及方法。

背景技术

搭建交通监测系统是实现交通智能化的重要环节。近年来随着激光雷达技术的发展以及激光雷达本身仪器成本的大幅降低，使得将激光雷达传感器广泛用于交通运营成为现实，其中常见的几种应用方式有车载、无人机、置于路侧等。这些用途的工作环境大部分为露天，各种突发情况、天气变化等无法避免的使得激光雷达传感器偶尔会处于极端的工作环境下。比如，在酷暑或寒冬天气监测交通(低温、高温)，对被雨水浸泡的车辆进行识别，探测表面附有凝冰的目标等。因此，有必要研究和测试激光雷达传感器在极端环境下的工作性能，而极端环境出现的不确定性和未知性使得相关测试数据的积累变得困难。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统及方法，能够模拟在酷暑或严寒天气下监测、识别被雨水浸泡的目标、透过凝冰探测物体等极端情况激光雷达的工作运行，且具有可重复、环境因素可控、省时便捷等特性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，包括：

模型箱，其由隔板分割成第一箱体和第二箱体；

目标移动系统，包括移动机构、与移动机构相连的反光片，所述反光片在移动机构的作用下能够沿第一箱体移动；

温控系统，包括制热系统、制冷系统，所述制热系统和制冷系统分别与第二箱体固定；

激光雷达探测系统，包括设于第二箱体内部的激光雷达，所述激光雷达与反光片位于同一水平线。

作为进一步的实现方式，所述第一箱体顶部开设有纵向孔洞和横向孔洞，纵向孔洞沿第一箱体长度方向设置，横向孔洞的开设方向与纵向孔洞垂直。

作为进一步的实现方式，所述移动机构包括轨道、移动小车和移动杆，所述移动小车与轨道滑动连接，所述移动杆一端与移动小车相连，另一端连接反光片。

作为进一步的实现方式，所述轨道与纵向孔洞开设方向平行，移动杆与反光片相连一端从纵向孔洞伸入第一箱体内部。

作为进一步的实现方式，所述目标移动系统还包括光栅测距仪，所述光栅测距仪包括固定于移动杆侧面的发射器和与激光雷达探测系统相连的接收器；所述接收器与发射器位于同一水平线。

作为进一步的实现方式，所述激光雷达安装于支座上方，所述支座一侧安装有支杆；所述支座侧面固定有温度感知器；所述激光雷达、温度感知器连接电脑端。

作为进一步的实现方式，所述制冷系统固定于第二箱体顶部，制热系统固定于第二箱体侧面。

第二方面，本发明实施例还提供了一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的方法，采用所述的系统，包括：

将所述系统放置于无光照、黑暗室内，按照工况分组试验；

模拟激光雷达在酷暑和严寒下工作时，改变温度、目标距离、激光雷达频率，进行多组试验；

模拟激光雷达识别浸泡在雨水中的目标时，向第一箱体内倒水至没过反光片，改变目标距离、激光雷达频率，进行多组试验；

模拟探测附有凝冰的目标时，向第一箱体内放入凝冰块，改变凝冰块厚度、目标距离、激光雷达频率，进行多组试验。

作为进一步的实现方式，通过制冷系统、制热系统调节模型箱内温度，通过移动小车带动反光片移动调整目标距激光雷达距离。

作为进一步的实现方式，通过横向孔洞将不同厚度的凝冰块放进模型箱内，凝冰块需遮挡住激光雷达探测目标的路径。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式设置制冷系统、制热系统，使用冰箱原理的简易制冷系统实现模型箱内的低温环境，使用电热丝实现模型箱内的高温环境，并在模型箱内装有温度感知器实时控制温度变化；整个过程安全、高效；

(2)本发明的一个或多个实施方式通过向模型箱内倾倒水的方式模拟激光雷达识别被雨水浸泡的目标；通过在模型箱内竖立凝冰的方式模拟激光雷达探测附有凝冰的物体；实现了激光雷达极端环境探测识别目标的模拟，备环境因素可控、可重复试验、省时便捷等特点；

(3)本发明的一个或多个实施方式安装光栅测距仪，并通过移动小车带动目标反光片移动，使得激光雷达距目标距离的改变过程自动化；整个模型试验装置的仪器和设备均与电脑连接，完成获取数据的实时处理和整合，且通过无线设备远程控制电脑端，使试验过程安全、智能；

(4)本发明的一个或多个实施方式的模型箱为钢化玻璃，具备可视化，方便试验的顺利进行；且试验系统设置在黑暗环境中，排除了光照条件对激光雷达点云监测数据的影响，提高试验精度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的俯视图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的侧视图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式移动机构结构示意图；

其中，1、模型箱，1-1、第一箱体，1-2、第二箱体，2、支撑架，3、隔板，4、纵向孔洞，5、横向孔洞，6、电脑端，7、温度感知器，8、制冷系统，8-1、蒸发器，8-2、制冷箱，9、制热系统，9-1、电热丝，9-2、电箱，10、移动小车，11、移动杆，12、反光片，13、轨道，13-1、挡板，13-2、凸起，14、光栅测距仪，14-1、发射器，14-2、接收器，15、支杆，16、激光雷达，17、支座，17-1、托片，17-2、支杆，17-3、底座，18、通孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

实施例一：

本实施例提供了一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，包括模型箱1、目标移动系统、温控系统、激光雷达探测系统，如图1-图3所示，模型箱1通过隔板3分隔成第一箱体1-1和第二箱体1-2。在本实施例中，模型箱1为长方体，且第一箱体1-1的长度大于第二箱体1-2的长度。可以理解的，在其他实施例中，模型箱1也可以为其他形状，只要能够满足试验要求即可。模型箱1的底部安装支撑架2，通过支撑架2实现模型箱1的稳定支撑。

模型箱1整体采用钢化玻璃制成，具备可视化，方便试验的顺利进行；且用玻璃胶密封严密，确保不透水。所述第一箱体1-1的顶部开设有纵向孔洞4和横向孔洞5，本实施例以模型箱1长度方向为纵向，以其宽度方向为横向。纵向孔洞4、横向孔洞5为矩形孔，纵向孔洞4、横向孔洞5的长度可以根据试验要求设定。目标移动系统能够沿纵向孔洞4移动，横向孔洞5用于向模型箱1内填充凝冰。

如图1和图4所示，所述目标移动系统包括移动机构、反光片12和光栅测距仪14，移动机构包括移动小车10、轨道13、移动杆11，轨道13设置于模型箱1一侧，移动小车10与轨道13滑动连接；所述移动小车10可以为遥控车。移动小车10移动距离的控制以光栅测距仪14传输给电脑端6的数据为依据，其作用在于实时量测目标距激光雷达16的距离。所述移动杆11安装于移动小车10上方，反光片12与移动杆11相连，移动小车10能够沿轨道13移动，反光片12在移动杆11的连接作用下随移动小车10移动。

具体的，轨道13的两端安装有挡板13-1，通过挡板13-1限制移动小车10的移动距离，且能够避免移动小车10在移动过程中脱离轨道13。在本实施例中，轨道13的表面具有凸起13-2，移动小车10的车轮位于凸起13-2两侧。当然，在其他实施例中，移动小车10与轨道13也可以采用其他滑动连接方式，例如，移动小车10底部设置两组车轮，车轮开设环形槽，轨道13表面具有与所述环形槽相适配的凸起。

进一步的，移动杆11包括连接为一体的第一杆体、第二杆体和第三杆体，其中，第一杆体为竖直杆，其垂直于移动小车并与之固定。第二杆体的一端与第一杆体顶端连接，其与第一杆体垂直、与模型箱1宽度方向平行；第三杆体与第二杆体的另一端相连，且第三杆体竖直设置。第三杆体的长度小于第一杆体长度，所述反光片12固定于第三杆体末端，并位于第一箱体1-1内部，反光片12的高度应确保与激光雷达16保持平齐。所述第三杆体的宽度小于纵向孔洞4的宽度，使第三杆体能沿纵向孔洞4移动。

光栅测距仪14包括发射器14-1和接收器14-2，其中，发射器14-1固定于第一杆体侧面，接收器14-2与激光雷达探测系统固定连接。需要注意的是，接收器14-2和发射器14-1位置应对齐，且在同一水平线上。

温控系统连接电脑端6，由电脑端6控制、协调，实时感知及调整温度变化，变化极端温度等诸多工况。所述温控系统包括制冷系统8、制热系统9、温度感知器7，在本实施例中，制冷系统8固定于第二箱体1-2顶部，制热系统9固定于第二箱体1-2侧面。当然，在其他实施例中，制冷系统8、制热系统9也可以安装在第二箱体1-2的其他位置。

进一步的，制冷系统8包括制冷箱8-2、蒸发器8-1，制冷箱8-2固定于第二箱体1-2顶部外侧，蒸发器8-1位于第二箱体1-2内部；制冷箱8-2中装有制冷需要的冷凝器、压缩机、节流毛细管等。制热系统9包括电热丝9-1、电箱9-2，电箱9-2为电热丝9-1供电以加热电热丝9-1，从而实现加温作用。所述电热丝9-1位于第二箱体1-2内右侧面，电热丝9-1与电箱9-2相连，电箱9-2置于第二箱体1-2外侧。

激光雷达探测系统包括激光雷达16、支座17，所述激光雷达16安装于支座17顶端，且位于第二箱体1-2内部。具体的，支座17包括立柱、托片17-1和支撑板，所述托片17-1固定于立柱顶端，支撑板连接于立柱底端。所述激光雷达16安装于托片17-1上方，且温度感知器7与托片17-1固定连接。

所述立柱的内部中空，立柱侧面开设有通孔18，托盘17-1同样开设有通孔，以使激光雷达16的连接线从通孔18穿过与电脑端6相连。为了使光栅测距仪14的发射器14-1和接收器14-2位于同一水平线上，在立柱的侧面连接有支杆15，支杆15与立柱垂直。所述接收器14-2固定于支杆15末端。

本实施例的光栅测距仪14、制冷系统8、制热系统9、激光雷达16均与电脑端6连接，电脑端16控制各仪器的运行，实时整合处理仪器采集的数据，把控试验过程。另外电脑端16还设有无线装置，可被远程操控。

实施例二：

本实施例提供了一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，包括模型箱1、目标移动系统、温控系统、激光雷达探测系统。其结构与实施例一相同，此处不再赘述。

具体的，模型箱1为长2.5m的长方体箱体结构，整个箱体由厚2cm的钢化玻璃制成，箱体结构分成两部分，即第一箱体1-1、第二箱体1-2。第一箱体1-1和第二箱体1-2之间由一厚度为2cm的钢化玻璃板(隔板3)隔开，并用玻璃胶密封严密，确保不透水。

第一箱体1-1长2m，第一箱体1-1上部开有一沿模型箱1长度方向设置、长1.8m的纵向孔洞4，以及靠近隔板3的一个横向设置、长35cm的横向孔洞5。纵向孔洞4宽6cm，横向孔洞5宽5cm。第二箱体1-2长0.5m，形成激光雷达16的工作空间。

第二箱体1-2上部、侧面及下部分别设有供温控系统8和激光雷达探测系统通过需要的诸多孔洞。使用时，整个模型箱1在支撑架2的承托下置于地面上，支撑架2沿模型箱1长度方向摆放，其长1m、宽45cm，且与模型箱1焊接固定确保稳定。

实施例三：

本实施例提供了一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的方法，包括以下步骤：

(1)设计模型装置的尺寸及型号：

根据需要选择合适的激光雷达16型号，确定所选激光雷达16的标定极限温度(如-10℃～40℃)，设计合理的模型箱1尺寸(如长2.5m，宽高0.5m)。选择合适的光栅测距仪14、制冷系统8、制热系统9、温度感知器7型号和大小。

(2)安装试验系统：

安装并固定轨道13、移动小车10、模型箱1、移动杆11、反光片12、支撑架2、制冷系统8、制热系统9、激光雷达16、支座17、支杆15、电脑端6等各部件仪器；将通电线、连接线均连接妥当，并检查设备的运行正常。需要注意的是，整个模型装置放于一间无光照的黑屋内，以防止光照条件对激光雷达16探测效果的干扰影响。

(3)按工况分组试验、测试性能：

①模拟在酷暑和严寒下工作：

根据激光雷达16标定的界限温度设置试验温度，包括但不限于最低及最高温度，调节温度的过程通过温度感知器7、制冷系统8、制热系统9、电脑端6合作协调实现、使用光栅测距仪14以及遥控器控制移动小车10移动以调整合适的目标距激光雷达距离。同时激光雷达16的频率也是需要变化的变量；即以激光雷达16点云数据点的波动和点的强度为测试指标(即观察这两个指标的变化来衡量工作性能)，改变温度、目标距离、激光雷达16频率等变量，进行多组试验，记录指标变化的数据，完成测试。

②模拟激光雷达识别浸泡在雨水中的目标：

向第一箱体1-1部分倾倒水直至没过反光片12且能够遮挡住激光雷达探测目标的路径，以这种方式模拟激光雷达16识别浸泡在雨水中的目标。用同样的方法调整距离及激光雷达16频率；以激光雷达16点云数据点的波动及点的强度为测试指标，改变目标距离、激光雷达频率，进行多组试验，记录指标数据。

③模拟探测附有凝冰的目标：

选取不同厚度的凝冰块从模型箱1的横向孔洞5放进模型箱1内，凝冰块需有足够的高度使其能够竖立在箱内遮挡住激光雷达16探测目标的路径，以这种方式模拟激光雷达16探测附有凝冰目标的过程。用同样的方法调整距离及激光雷达16频率；以激光雷达16点云数据点的波动及点的强度为测试指标，改变凝冰块厚度、目标距离、激光雷达16频率，进行多组试验，记录指标数据。

④综合各极端环境共同作用：

为了考虑多重极端环境下激光雷达的工作性能表现，综合上述极端环境，调整目标距离、激光雷达频率，进行多组试验，完成多因素综合测试。

以上所有试验过程均在黑屋中进行，各仪器设备的实时数据均体现在电脑端6，试验操作者借助无线设备远程遥控屋内电脑进行一系列复杂的改变工况操作及数据采集工作，移动小车10的移动通过遥控器操纵，使试验过程智能化、自动化，同时保证了试验人员的安全，防止意外发生。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，其特征在于，包括：

模型箱，其由隔板分割成第一箱体和第二箱体；所述第一箱体顶部开设有纵向孔洞和横向孔洞，纵向孔洞沿第一箱体长度方向设置，横向孔洞的开设方向与纵向孔洞垂直；通过横向孔洞将凝冰块放进第一箱体内，凝冰块需遮挡住激光雷达探测目标的路径；

目标移动系统，包括移动机构、与移动机构相连的反光片，所述反光片在移动机构的作用下能够沿第一箱体移动；所述移动机构包括轨道、移动小车和移动杆，所述移动小车与轨道滑动连接，所述移动杆一端与移动小车相连，另一端连接反光片；所述轨道与纵向孔洞开设方向平行，移动杆与反光片相连一端从纵向孔洞伸入第一箱体内部；

温控系统，包括制热系统、制冷系统，所述制热系统和制冷系统分别与第二箱体固定；

激光雷达探测系统，包括设于第二箱体内部的激光雷达，所述激光雷达与反光片位于同一水平线；所述目标移动系统还包括光栅测距仪，所述光栅测距仪包括固定于移动杆侧面的发射器和与激光雷达探测系统相连的接收器；所述接收器与发射器位于同一水平线。

2.根据权利要求1所述的一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，其特征在于，所述激光雷达安装于支座上方，所述支座一侧安装有支杆；所述支座侧面固定有温度感知器；所述激光雷达、温度感知器连接电脑端。

3.根据权利要求1所述的一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，其特征在于，所述制冷系统固定于第二箱体顶部，制热系统固定于第二箱体侧面。

4.一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一所述用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统，包括：

将所述用于测试激光雷达极端环境下工作性能的系统放置于无光照、黑暗室内，按照工况分组试验；

模拟激光雷达在酷暑和严寒下工作时，改变温度、目标距离、激光雷达频率，进行多组试验；

模拟激光雷达识别浸泡在雨水中的目标时，向第一箱体内倒水至没过反光片，改变目标距离、激光雷达频率，进行多组试验；

模拟探测附有凝冰的目标时，向第一箱体内放入凝冰块，改变凝冰块厚度、目标距离、激光雷达频率，进行多组试验。

5.根据权利要求4所述的一种用于测试激光雷达极端环境下工作性能的方法，其特征在于，通过制冷系统、制热系统调节模型箱内温度，通过移动小车带动反光片移动调整目标距激光雷达距离。

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