AGV實現避障與導航的必要條件是環境感知，在未知或者是部分未知的環境下避障需要通過傳感器獲取周圍環境信息，包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息，因此傳感器技術在移動機器人避障中起著十分重要的作用。

AGV避障：海伯森技術自主研發的面陣固態激光雷達，集成了精密的紅外鏡頭和專業的數學算法，通過一次拍攝即可生成3D點云數據并通過高速通訊接口進行實時傳輸，而較大的視場角和分辨率也便于清晰準確的識別前方障礙物，實現AGV精準避障。

測距及地面障礙物檢測：海伯森技術自主研發的單點ToF測距傳感器，可集成于機器人內部，通過測量距離的變化來感知地面是否有障礙物，以及樓梯落差檢測等。

地感線圈是早期采用的方案，技術穩定，價格低。不過，缺點也是很明顯：對路面破壞嚴重，施工難度大，后期維護難度也高。無線地磁檢測安裝則簡單的多，也避免了大面積破壞道路，施工成本低，但也提高了成本、而且響應時間和精度也低于地感線圈。微波雷達主要用于高速公路的檢測，可以檢測到速度、距離，但無法有效檢測到停車。攝像頭檢測可以檢測出車輛的速度、進去情況，但缺點是受光線影響。

停車場頂部安裝單點ToF傳感器 感應車位是否空缺

綜上可以看出，任何一種技術都有技術上的短板。如果要實現高準確率，低施工和維護成本。需要考慮增加輔助檢測。比如，針對攝像頭在暗光環境下準確率低、有盲區的弊端，增加輔助定位傳感器。

那么，作為輔助的激光傳感器需要具備以下幾點

1. 測量精度高，達到厘米級別的檢測精度

2. 體積小，易于安裝和維護

3. 同時，作為輔助設備，成本不能過高。

海伯森技術的單點ToF激光傳感器，內置環境光、溫度、顏色補償功能，因此，具有±2%的誤差率；外觀上，小巧緊湊的設計結構，低功耗重量輕，同時具有IP67防護等級；高性價比。此外，支持UART或CAN接口

在智慧停車場應用上，海伯森為國內知名物流企業提供方案。該客戶最初采用攝像頭檢測，準確率為95%，增加ToF后準確率提高到99%。

ToF技術，即飛行時間（Time of Flight）。當傳感器發出紅外光，遇物體后反射，傳感器通過計算光線發射和反射時間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產生深度信息。ToF技術適合于中等距離的測量，具有低環境光情況下表現良好，響應時間快的特點。

海伯森技術，致力于高端智能傳感器的研發、生產和銷售。位于深圳，是一家技術驅動型的科技型企業。目前的產品包括：小視場角的單點ToF測距傳感器，3D面陣激光雷達，六維力傳感器，光譜共焦傳感器，激光三角位移傳感器。

AGV機器人的一個重要標志就是自主導航，從最初開始的磁條導航，到現在的激光導航，GPS輔助導航，慣性導航一直發展，各種導航技術都還有優缺點，目前，各種導航設備及傳感器都需要分開安裝，單獨進行數據處理和調試，沒有一個完美的整合的解決方案。

隨著SLAM技術的逐漸成熟，AGV機器人的定位導航也變得更加精準。所謂SLAM（Simultaneous Localization and Mapping），即同步定位與地圖構建，最早提出于機器人領域。 它指的是，機器人從未知環境的未知地點出發，在運動過程中通過重復觀測到的環境特征定位自身位置和姿態，再根據自身位置構建周圍環境的增量式地圖，從而達到同時定位和地圖構建的目的。

由于SLAM的重要學術價值和應用價值，一直以來都被認為是實現全自主移動機器人的關鍵技術。 目前主流的SLAM技術有兩種，一種是視覺SLAM，一種是基于激光雷達的SLAM（Lidar SLAM），通常采用2D或3D激光雷達。激光雷達作為AGV機器人的眼睛，獲取目的距離、方位、速度等數據，為導航、避撞、停車等動作提供基礎數據。 而目前主流的2D LiDAR只能掃描一個平面，采集數據相對單一，AGV機器人只能在相對簡單的場所運行，或者說用多個2D LiDAR集成來獲取更多平面的數據以適應更復雜的環境。而3D LiDAR就相當多個2D LiDAR的集成，一臺儀器多線測量獲取多層面的數據，可以給AGV機器人提供更全面的測量數據。從而實現在導航避障等領域的全面應用。

1. 車型識別應用技術解析

依據JT/T489-2019《中華人民共和國交通行業標準》， 收費公路車輛通行費車型分別按客車、貨車和專項作業車三個系列分類， 主要是依靠車長和車軸兩項關鍵參數實現分車。

目前， 應用在車型識別的技術十分廣泛， 主要檢測車型模塊有： 攝像頭、光幕、單線掃描激光雷達、固態面陣激光雷達以及單點測量激光雷達。各個技術方案所能實現的功能有限，具體實現功能如下表所示。

注意： 實際應用過程中， 我們需要克服的困難除了技術本身實現功能的優劣勢外， 還需考慮整體安裝施

工難度、占用警力工作時長、維護及使用壽命等等綜合因素。

整個激光雷達車型檢測系統分為兩部分， 如上圖

A 部分： 激光雷達車型識別模組。通過安裝結構件， 將兩個HPS-167U-L（ 或型號HPS-167U） 激光雷達固定成40° -50° 夾角，一個垂直向下，一個傾斜向下。可直接將整個模組通過安裝孔安裝于收費站頂、天橋下或紅綠燈桿下， 通過數據線接入主系統。這部分是識別車型的主要模塊。

B 部分： 車軸識別模組（ 輔助車型識別， 結果更加準確） 。由一個HPS-167U-L 激光雷達及一個安裝結構件組成， 安裝于收費站路邊， 用于車軸統計。這部分是作為車型識別方案的功能補足模塊， 客戶可根據自身需求選擇性安裝。

2. 激光雷達車型識別系統介紹

基于海伯森激光雷達技術的車型識別系統， 通過采集車長、車高、車軸等關鍵參數， 開發出自動匹配出車型信息，輔助收費決策。系統包含：激光雷達測距模塊+控制模塊+工裝模塊這三大模塊，系統可根據客戶的要求， 進行定制開發。

3. 車型識別系統使用方法

將系統安裝在龍門架上后， 車高信息可由垂直方向安裝的激光雷達直接測量獲取， 然后通過車輛在觸發兩個激光雷達的時間差， 可計算得出車速。最后結合垂直雷達測量的數據可還原車輛的輪廓信息。檢測流程圖如下：

通過神經網絡算法完成車型識別工作， 將原始數據進行匹配識別。原始數據形態如下圖所示：

識別檢測完成后， 主控板通過數據線將檢測結果直接傳輸至客戶主控系統。傳輸內容包括車型、車高、車長、車速及車型數量等數據。

安裝HYPERSEN 車型識別上位機， 可以進行接收、顯示、保存數據、保存調試信息、復位工裝等操作。

激光雷達限高智能防撞系統，可以高效規避意外發生，夜間檢測效果良好，在霧、雨、雪等天氣條件下性能穩定，安裝維護簡便。

激光雷達限高智能防撞系統以激光雷達為核心傳感器，可對進入檢測區域的車輛提前進行預判是否超高。當激光雷達檢測到超高車輛通過的信息，可即時觸發相應的限高警告設備，讓超高車輛的司機及時獲得預警提示，避免慘痛意外的發生。

1.安全升級,防范于未然

傳統的限高桿只考慮如何死死地卡住超高車輛，沒有考慮司乘的生命安全，一旦遇到雨霧天氣人眼無法判斷或者車速過快來不及判斷的情況，極易發生車輛撞到限高桿上的事故。針對高速公路入口、橋梁、隧道、涵洞與一些特殊路段的限高提出智能防撞解決方案，通過激光雷達的敏銳探測功能，對即將通過的超高車輛提前進行聲光警告，有效方便引導車輛。

場景一：

選用海伯森自主研發的激光雷達。如下圖所示，激光雷達可根據場景特點直接架設于定點限高（具體距離根據當前路段的車速選擇）處的門架（圖1）或側方的立桿（圖2）上，激光雷達垂直安裝，當車輛通過門架的時候，即可準確檢測出車輛的高度。該方案可實時輸出車輛的準確高度，且可以同時管控多個車道。

激光雷達可根據場景特點直接架設于限高點處的門架或側方的立桿上。激光雷達水平安裝，當車輛通過門架的時候，即可準確檢測出車輛的高度，還可靈活設置探測區域以適應復雜場景的需求，安裝簡便、靈活性高。

海伯森技術自主研發的單點ToF測距傳感器，輕至6.8g，可靈活的集成于無人機內；同時配有優化設計的發射和接收光學鏡頭，內置先進的濾波和數據處理算法，測量距離可達40m，且精度高。

1 激光雷達簡介

激光雷達是感受外界環境的傳感器，傳感器指的是可以根據某些規律變換待測量信息然后輸出的檢測裝置。它是感受外部環境的重要硬件。它主要分為視覺，位置感，速度感，力感，觸覺感，例如高速攝像頭等[1]。視覺輸入系統，如攝像頭和3D激光雷達，激光掃描儀等環境視覺輸入系統。在智能設備中，傳感器相當于諸如無人駕駛汽車或機器人等設備的感覺器官，作為除手動設置參數之外的唯一自主輸入。它決定了設備與外部環境之間的交互能力以及設備信息輸入的準確性和豐富性。

激光雷達是一種基于非接觸式激光測距技術的傳感器。它可以通過發射激光束來檢測目標，從而獲得準確的三維圖像。它可以實時獲得局部環境的高精度輪廓信息，測距精度可達到厘米級，具有精度高，速度快，效率高的優點，是導航，測繪等領域不可或缺的一部分。

表1 各種激光雷達功能及應用場景

激光雷達主要分為一維激光雷達、二維激光雷達和三維激光雷達，不同的激光雷達所應用的環境有所不同（見表1）。

目前，隨著人工智能的迅猛發展，三維激光雷達的優勢越來越突出，應用范圍越來越廣泛。

2、3D激光雷達工作原理

激光雷達通過發射反射周圍物體并返回傳感器的激光脈沖來確定其周圍的幾何位置。它會計算脈沖到達物體、反射和返回到傳感器所需的時間，并利用這段時間來計算物體所處的距離。掃描器通過旋轉發射器 ( 或一組發射器 ) 來構建一個完整的點云，這樣脈沖就會向多個方向發送。不同的激光雷達掃描器在許多方面各有不同，從它們的精度、它們可以掃描的面積或體積、收集了多少信息，以及在此基礎上，它們必須如何安裝才能對特定的應用程序有用。另一個考慮因素是有哪些軟件工具可以與硬件接口和收集數據，以便以一種有用的方式呈現或處理數據。

3D激光導航的核心部件包括 3D 激光雷達，陀螺儀和編碼器，其核心技術主要是地圖等比構造和激光數據實時匹配定位。它首先進行信息融合從而求解位置，然后通過激光測距計算機器人的全局位置坐標，根據坐標位置，實現無軌導航[2]。

當機器人首次進入巡邏場所時，會利用3D激光雷達掃描周圍環境，并通過同步地圖構造和定位算法生成環境地圖。在執行巡檢任務中，精確匹配3D激光實時掃描地形和環境地形，以計算全球的位置信息，如圖1。在一些特殊情況下，3D激光雷達掃描的地形特征很容易受到干擾，例如，在地形特征稀疏的一些室外環境中。為了保證導航的準確性和可靠性，警用巡邏機器人采用慣性導航技術來修改3D激光雷達所匹配的地形，從而達到對全局環境的了解。通過測量其加速度和角速度以及單元融合編碼器的反饋信息，生成精確的軌跡遞歸運動模型，最后輸出機器人的速度和位置信息。為了保證機器人導航的可靠性，復雜。為了保證機器人導航的可靠性，避免3D激光受到干擾，導航系統引入了冗余傳感器數據交叉診斷技術來隔離干擾信號。三維激光導航的算法流程如下：讀取三維點云圖，慣性和里程數據 ; 光柵化，降噪和雜質處理；計算初始圖像位置；計算機器人姿勢推測；計算機器人姿態觀測值；計算機器人的最佳位置和方向。

圖 1 3D激光雷達工作原理

3、3D激光雷達在警用巡邏機器人導航中的優勢

三維激光導航技術對外部環境的依賴性比較小，對定位有較高的精度，可以測量較長的距離，能處理大量的環境信息。當機器人的周圍環境變化不大的時候，它可以比較穩定，對全局信息的影響很小，從而減少了對環境中固定參考的依賴。3D激光導航的主要優點是：高信噪比（SNR）：點云信息量是具有相同分辨率的2D激光器的16倍。位置和姿勢信息：對于惡劣的路況，可以獲得統一坐標系下的點云圖，并輸出準確的位置信息；定位精度高：大多數情況下，位置精度可達±2 cm，角度精度達到±1°，可避免障礙物避免：可以檢測前方立體區域，完全避免障礙物 并且可以防止跌落[3]。

4、巡邏機器人關鍵技術

移動機器人技術和安全監控功能是巡邏機器人的重要組成部分呢。移動系統，傳感器，控制器，報警器和通信設備是其一般的組成部分。移動機構可以做成步行形式、輪式、履帶式和混合式，它是巡邏機器人的主體，決定了巡邏機器人的運動空間和活動能力。傳感系統一般采用ccD攝像頭傳感系統，超聲波測距儀，激光測距儀，觸摸和接近傳感器，紅外傳感器等。近年來，由于通信技術，計算機技術，人工智能技術和傳感技術發展飛快，對巡邏機器人的研發也進入了飛速發展的時期，迎來了比較美好的發展前景。巡邏機器人的工作環境往往是不確定和隨時間變化的，所以必須考慮其安全性，可靠性和抗干擾性。因此，多傳感器信息融合技術被用于檢測環境，以增加信息的互補性和容錯性。目前關鍵技術有多傳感器信息融合技術，導航技術，智能控制等。下面對導航技術做具體的闡述。

巡邏機器人的導航是根據預先給出的安全任務，根據已知的地圖信息進行全局路徑規劃，并持續感知本地工作環境信息，并在旅行過程中自行做出各種決策。隨時調整姿勢和姿勢，避開障礙物，引導自己安全駕駛。同時，完成定時，定點或循環巡檢的安全工作。機器人的工作環境可分為靜態環境，動態已知環境和動態不確定環境。路徑規劃的研究內容可以根據機器人獲取環境信息的不同方式分為基于模型的路徑規劃和基于傳感器的路徑規劃。根據機器人了解環境信息的程度，可以將其分為全局路徑規劃和完全未知或部分未知的環境信息。可以通過傳感器在線檢測機器人的工作環境。用于獲取有關障礙物的位置，形狀和大小的信息的本地路徑規劃。隨著應用場景數量的增加和適用環境日益復雜，警用巡邏機器人的導航技術要求越來越高。現有的導航方法主要包括磁條，激光，GPS等，這些方法對環境的適應性和穩定性存在明顯的缺陷。3D激光導航技術可以有效彌補這些缺點，它較少依賴于固定參考對象，并且對周圍環境中的微小變化不敏感。因此，3D激光導航技術可以提高機器人環境的適應性和穩定性。

導航系統的關鍵是解決自定位，目標規劃和導航規劃。警用巡邏機器人的地圖創建和定位是其導航研究的基礎，也是實現“自治”的重要保證。全局路徑動態規劃是警用巡邏機器人導航中最重要的任務之一。警用巡邏機器人路徑規劃系統的主要要求是在環境地圖中找到一條路徑。確保警察巡邏機器人沿路徑移動時不會與外界發生碰撞 ; 它可以處理傳感器感知環境模型中的不確定因素和路徑執行中的誤差，并通過使警察巡邏機器人避開外部物體來最小化對機器人傳感器的感測范圍的影響。可以根據需要找到最佳路徑。常見的路徑尋找算法包括兩類：基于靜態數據的路由算法和基于實時數據的路由算法[4]。靜態數據路由算法是一種在歷史數據的基礎上，在地圖網絡環境不變的情況下，計算最優路徑的方法。靜態數據路由算法很簡單，但需要一次計算才能得到最優路徑。然而，該算法缺乏實時信息收集和反饋，因此不適合在復雜多變的環境中應用。

5、3D激光雷達在警用巡邏機器人導航中的應用

在重大節日期間，都會有警察巡邏機器人在人群密集及重要場所進行值班巡邏。起初普遍使用2D激光導航技術，但是由于2D激光導航技術對環境依賴性大，而這些場所一般面積較大，標記少，人員密集，所以導航效果差，經常出現失去問題的立場。3D激光導航技術主要用于解決這個問題，它借助垂直尺寸信息，大大提高了導航的穩定性和準確性。3D點云用于構建場景環境的地圖，它所導航呈現的地面，圍欄，安全棚，人群和樹木都清晰可見。機器人使用這些豐富的數據準確定位其在環境中的位置，從而可以獲得有關周圍環境的更多信息。當警察巡邏機器人的周圍環境略有變化時，對整體情況的影響顯著減小，從而減少了對環境中固定參考的依賴。減少了周圍環境變化引起的定位誤差，大大提高了導航的穩定性和準確性。

1、車輛捕獲率達99%以上，有效避免砸車、砸人事件。

2、具有可區分行人和車輛的特點，實現車輛通過時提示落桿，行人通過時不予響應的智能化控制。

3、傳感器尺寸小，可以安裝在道閘側面或者封裝在道閘箱內，集成度高

4、內置抗干擾算法，具有極好的抗干擾能力，產品具有較高的穩定性和適應性。