基于行驶空间的地面无人平台越野自主导航研究

Autonomous off-road navigation continues to pose a big challenge to the Unmanned Ground Vehicles community. As to problems of environment perception and autonomous navigation of UGVs, this project intends to research on detecting, perceiving and motion planning under off-road environment based on the combination of image information with depth information. We introduce the concept of "metric-semantic-behavioral" travel space based on metric space, semantic space and behavior space. On the basis of travel space configuration, our research includes the following parts: (1) space registration of image and depth information based on RGBID comprehensive feature; (2) 6D-SLAM of off-road environment based on Level Set Contour; (3) nonparametric semantic description under off-road environment based on RGBID; (4) motion planning of UGVs under off-road environment based on nonparametric learning. Based on the results of our research, we hope to enhance accuracy and speed of environment perception and description of UGVs under off-road environment, and to improve the performance of autonomous motion planning of UGVs. Besides, we expect the adaptability of UGVs could be robust with our research.

越野环境中的自主导航是地面无人平台研究领域的一项巨大挑战，本项目以地面无人平台越野自主行驶需求为牵引，针对越野环境的复杂多样和高度非结构特点，拟开展基于图像信息与深度信息融合的越野环境探测、认知及运动规划研究。本项目基于度量空间、语义空间与行为空间的"度量-语义-行为"的行驶空间架构，研究工作拟主要针对以下四个方面展开：（1）基于RGBID综合特征的图像信息与深度信息的空间配准问题；2）基于水平集等高线特征的越野环境6D-SLAM问题；3）基于RGBID信息的越野环境非参数语义描述问题；4）基于非参数学习的地面无人平台越野环境行驶规划问题。基于以上内容的研究成果，提高地面无人平台在越野环境中的环境认知、描述的精度与速度，提高越野环境下地面无人平台的自主运动规划能力，增强地面无人平台对越野环境的适应性。

本项目在国家自然科学基金委项目支持下，面向打赢未来无人化战争的国家需求与机器人发展国家战略，持续围绕地面无人平台自主导航理论方法开展研究。基于所提出的地面无人平台自主导航行驶空间概念，开展了①多图像、深度图像等动态拼接、检测及装置设计；②非结构环境关键点自适应粒子滤波SLAM、多相机协同全景SLAM以及立体视觉语义地图构建；③基于视觉特征与概率模型的路口认知、度量-语义混合地图构建；④基于立体视觉的车道认知与避碰预测、基于CNN与粒子滤波的地空协同定位；⑤基于增强学习的自适应2.5D路径规划、复杂地形基于模糊推理的双相混合A*路径规划等研究工作；突破了多源信息融合与人工智能专项技术，实现了复杂环境中度量、语义、行为子空间的准确构建，形成了探测、认知、决策到规划的有特色的地面无人平台自主导航新方法体系，并研制出基于行驶空间架构的“特立笃行”系列地面无人平台。研究成果已在“九.三”阅兵、边境巡逻等多项国防及国家重要项目中应用，并推广应用于民用领域，例如，研制成功我国第一台具有金融业务办理功能的银行服务机器人并已批量应用等，取得了显著的军事、社会和经济效益。相关研究成果发表已标注学术论文27篇，其中期刊论文12篇、会议论文15篇，SCI论文7篇，EI论文27篇；授权发明专利21项，申请发明专利5项，授权软件著作权2项；相关研究成果获得国防科技进步一等奖1项，本项目负责人排名第一；陆军装备部“跨越险阻2018”陆上无人系统挑战赛地空协同搜索第一名；2017年中国智能车未来挑战赛高架快速道路测试第一名；2015年日内瓦国际发明博览会金奖：人车交互式自主泊车系统；获得纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵装备保障先进单位；参加特邀报告2次（海鹰科技论坛2016、2018 The 2nd Anual Princeton Smart Driving Car Summit），参加重要国际学术会议8次；等。