一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法及系统
本发明涉及工程机械智能辅助驾驶，更具体的说是涉及一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法及系统。
背景技术：
1、轮式起重机、混凝土泵车等工程机械在行驶状态下需将上装部件收置。以轮式起重机为例，行驶时起重臂倒伏收起后，臂头和吊钩仍位于驾驶室前方中央，遮挡驾驶室前向中央视野，并形成位置固定的遮挡区域，对前方路面交通锥桶、石块、凹坑等小障碍物形成随距离扩展、远端可达约20m的中央盲区，存在严重的行驶安全隐患。现有的传感器布局及感知方法无法在遮挡工况下，实现从近距离到远距离的全范围小障碍物稳定检测。因此，如何提供一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法及系统，在0-50米的全距离范围内，实现对垂向高度或深度为0.05-0.5米的小障碍物的稳定、可靠检测，并通过视觉类别识别与激光雷达精确测距的跨模态协同，提升检测结果的可信度。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，包括以下步骤：
4、s1、在驾驶室前方高位和低位布置传感器，分别用于获取中远距离感知数据和近距离广角感知数据；
5、s2、基于上装部件的固定遮挡几何关系，建立遮挡几何模型，将前向感知区域划分为完全遮挡区、部分遮挡区和无遮挡区；
6、s3、基于区域划分结果，为各区域分配非均匀的传感器组合与融合权重；
7、s4、依据分配的融合权重，对各区域进行障碍物融合检测，输出小障碍物的类别、位置与距离；对高度或深度在预设阈值内的小障碍物的检测，通过高低位激光雷达的点云分层差分以及长焦摄像头与激光雷达的跨模态协同实现。
8、可选的，s1中在高位布置2个长焦摄像头和2个远距激光雷达，安装高度高于遮挡物下沿，通过擦过遮挡体下沿的视线获取中远距离数据；低位布置2个广角摄像头和2个近距激光雷达，安装高度低于遮挡物下沿。
9、可选的，s2具体为：基于遮挡几何模型，计算高、低位传感器分别对应的路面中央遮挡阴影边界距离和横向遮挡宽度：
10、；
11、；
12、；
13、式中，为高位传感器对应的路面中央遮挡阴影边界距离，为低位传感器对应的路面中央遮挡阴影边界距离，为距离处遮挡物在路面上的横向遮挡宽度，为遮挡物宽度，为高位传感器安装高度，为遮挡体下沿高度，为低位传感器安装高度，为遮挡物中心的
x轴坐标，将低位传感器完全被遮挡且无法覆盖的区域划分为完全遮挡区，将高低位传感器各有部分覆盖的区域划分为部分遮挡区，将所有传感器均无遮挡的区域划分为无遮挡区。
14、可选的，s3中为各区域分配非均匀的传感器组合与融合权重具体为：在完全遮挡区仅依赖高位传感器的数据，在部分遮挡区，采用高低位传感器交叉验证，当检测结果一致时提升置信度，矛盾时根据遮挡比例进行仲裁；在无遮挡区采用直接加权融合。
15、可选的，s4中高低位激光雷达的点云分层差分具体为：
16、对高位和低位激光雷达点云进行地面点滤除，构建路面基准高度图；计算每个栅格内的非地面点高度与基准高度的差分值；如果差分值在预设的小障碍物阈值范围内，则判为疑似小障碍物栅格；对疑似小障碍物栅格进行聚类，提取障碍物特征；在预设近距范围内以低位激光雷达差分结果为主，在预设远距范围内以高位激光雷达差分结果为主。
17、可选的，s4中长焦摄像头与激光雷达的跨模态协同具体为：
18、对长焦摄像头图像进行目标检测，获取障碍物类别、检测框和视觉置信度；将标定后的激光雷达点云投影至图像平面，建立检测框与点云的关联；当关联点云数量满足条件时，依据点云计算目标距离及距离置信度；当关联点云数量不足时，采用视觉测距结果并降低置信度；最终以视觉结果作为类别、以激光雷达结果作为位置，并加权计算综合置信度。
19、一种工程机械前向小障碍物分层互补检测系统，应用上述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，包括：
20、多传感器模块，用于获取中远距离感知数据和近距离广角感知数据；
21、遮挡区域划分模块，根据工程机械前向上装部件的固定遮挡几何关系，将前向感知区域划分为完全遮挡区、部分遮挡区和无遮挡区；
22、非均匀融合模块，基于区域划分结果，为各区域分配空间非均匀的传感器组合与融合权重；
23、小障碍物检测模块，基于分配后的融合权重，通过高低位激光雷达的点云分层差分和长焦摄像头与激光雷达的跨模态协同，对小障碍物进行融合检测。
24、可选的，多传感器模块包括安装于驾驶室前方高位的高位长焦摄像头和高位远距离激光雷达，以及安装于驾驶室前方低位的低位广角摄像头和低位近距离激光雷达；高位传感器用于获取中远距离感知数据，安装高度高于遮挡物下沿；低位传感器用于获取近距离广角感知数据。
25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法及系统，具有以下有益效果：
26、1.显著扩大了遮挡条件下的检测覆盖范围：本发明通过增设高位传感器组，将中央完全遮挡区域从传统的0-6米收窄至0-2米，并结合高低位传感器的互补覆盖，实现了0-50米全距离范围内的有效感知，解决了单一传感器方案存在的中央盲区过大的问题；
27、2.满足了小障碍物的可检测性要求：高位远距激光雷达在50米处的垂直点云间距约0.2米，高位长焦摄像头50米处分辨率高，而低位近距激光雷达在10米处点云密度极高，通过分层差分算法，可有效检测出高度或深度仅为0.05米的微小障碍物，鲁棒性极强；
28、3.检测性能全面占优：通过与单一传感器方案的对比，本发明在检测距离、小障碍物可检测性、遮挡鲁棒性、类别识别准确率与距离测量精度五个维度均获得显著提升，实现了视觉与激光雷达的优势互补，提供了更丰富、可信的感知信息。
1.一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，其特征在于，s1中在高位布置2个长焦摄像头和2个远距激光雷达，安装高度高于遮挡物下沿，通过擦过遮挡体下沿的视线获取中远距离数据；低位布置2个广角摄像头和2个近距激光雷达，安装高度低于遮挡物下沿。
3.根据权利要求1所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，其特征在于，s2具体为：基于遮挡几何模型，计算高、低位传感器分别对应的路面中央遮挡阴影边界距离和横向遮挡宽度：
4.根据权利要求1所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，其特征在于，s3中为各区域分配非均匀的传感器组合与融合权重具体为：在完全遮挡区仅依赖高位传感器的数据，在部分遮挡区，采用高低位传感器交叉验证，当检测结果一致时提升置信度，矛盾时根据遮挡比例进行仲裁；在无遮挡区采用直接加权融合。
5.根据权利要求1所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，其特征在于，s4中高低位激光雷达的点云分层差分具体为：
6.根据权利要求1所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，其特征在于，s4中长焦摄像头与激光雷达的跨模态协同具体为：
7.一种工程机械前向小障碍物分层互补检测系统，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测方法，包括：
8.根据权利要求7所述的一种工程机械前向小障碍物分层互补检测系统，其特征在于，多传感器模块包括安装于驾驶室前方高位的高位长焦摄像头和高位远距离激光雷达，以及安装于驾驶室前方低位的低位广角摄像头和低位近距离激光雷达；高位传感器用于获取中远距离感知数据，安装高度高于遮挡物下沿；低位传感器用于获取近距离广角感知数据。