点云地面检测

源码路径: modules/perception/pointcloud_ground_detection/

概述

点云地面检测模块负责从激光雷达点云中识别地面点与非地面点。模块采用插件化架构，通过 BaseGroundDetector 基类定义统一接口，支持两种检测器实现：GroundServiceDetector 基于场景管理器的地表服务进行查询，适用于已有地面模型的场景；SpatioTemporalGroundDetector 基于平面拟合算法进行检测，支持 ROI 过滤、语义信息融合和时域地面高度平均。检测结果写入 LidarFrame 的 non_ground_indices 和 points_height 字段，供下游感知模块使用。

核心类

BaseGroundDetector

抽象基类，定义地面检测器的统一接口，位于 interface/base_ground_detector.h。

cpp

class BaseGroundDetector {
 public:
  virtual bool Init(const GroundDetectorInitOptions& options =
                        GroundDetectorInitOptions()) = 0;
  virtual bool Detect(const GroundDetectorOptions& options,
                      LidarFrame* frame) = 0;
  virtual std::string Name() const = 0;
};

通过 PERCEPTION_REGISTER_REGISTERER 宏注册工厂，子类使用 PERCEPTION_REGISTER_GROUNDDETECTOR 宏完成注册。

PointCloudGroundDetectComponent

Cyber RT 组件，封装地面检测流程，位于 pointcloud_ground_detection_component.h。继承 cyber::Component<LidarFrameMessage>，接收激光雷达帧消息，调用插件化的地面检测器，并将结果通过 Writer 发送到输出 channel。

cpp

class PointCloudGroundDetectComponent
    : public cyber::Component<LidarFrameMessage> {
 public:
  bool Init() override;
  bool Proc(const std::shared_ptr<LidarFrameMessage>& message) override;
 private:
  bool InternalProc(const std::shared_ptr<LidarFrameMessage>& message);
  std::shared_ptr<apollo::cyber::Writer<onboard::LidarFrameMessage>> writer_;
  std::string output_channel_name_;
  BaseGroundDetector* ground_detector_;
};

GroundServiceDetector

基于场景管理器地表服务的检测器，位于 ground_detector/ground_service_detector/。从 SceneManager 获取 GroundService，对每个点查询到地面距离，距离大于阈值则归类为非地面点。

cpp

class GroundServiceDetector : public BaseGroundDetector {
 private:
  GroundServicePtr ground_service_ = nullptr;
  GroundServiceContent ground_service_content_;
  double ground_threshold_ = 0.25;
};

SpatioTemporalGroundDetector

基于平面拟合的时空地面检测器，位于 ground_detector/spatio_temporal_ground_detector/。使用 PlaneFitGroundDetector 进行网格化平面拟合，支持近/中/远距离差异化阈值、语义地面信息融合、单帧/世界坐标系两种检测模式，以及时域地面高度滑动平均。

cpp

class SpatioTemporalGroundDetector : public BaseGroundDetector {
 private:
  algorithm::PlaneFitGroundDetectorParam* param_ = nullptr;
  algorithm::PlaneFitGroundDetector* pfdetector_ = nullptr;
  bool use_roi_ = true;
  bool use_ground_service_ = false;
  bool use_semantic_ground_ = false;
  float ground_thres_ = 0.25f;
  int grid_size_ = 256;
  std::list<float> origin_ground_z_array_;
  const size_t ground_z_average_frame = 5;
};

核心函数

PointCloudGroundDetectComponent::Init

从配置文件读取 PointCloudGroundDetectComponentConfig，创建输出 Writer，通过工厂注册器实例化指定的地面检测器插件并调用其 Init。

PointCloudGroundDetectComponent::Proc

接收 LidarFrameMessage，调用 InternalProc 执行地面检测，成功后将消息写入输出 channel。

GroundServiceDetector::Detect

遍历世界坐标系点云，通过 GroundService::QueryPointToGroundDistance 获取每个点到地面的距离，距离超过 ground_threshold_ 的点加入 non_ground_indices，其余标记为 GROUND。

SpatioTemporalGroundDetector::Detect

核心检测流程：

根据 use_roi_ 决定使用 ROI 索引还是全量点云
拷贝点坐标到内部缓冲区，同时统计近距离语义地面点的平均高度
调用 PlaneFitGroundDetector::Detect 进行平面拟合
遍历所有点，根据拟合结果和分段阈值（近/中/远距离）判定地面/非地面
计算时域滑动平均的原始地面高度 original_ground_z
若启用 use_ground_service_，将检测到的地面平面参数更新到 GroundService

配置

组件配置

PointCloudGroundDetectComponentConfig（proto 定义）：

字段	类型	说明
`output_channel_name`	string	输出 channel 名称
`plugin_param`	PluginParam	插件参数，包含检测器名称、配置路径和配置文件

GroundServiceDetector 配置

GroundServiceDetectorConfig：

字段	类型	默认值	说明
`ground_threshold`	double	0.25	地面距离阈值，超过此值判定为非地面

SpatioTemporalGroundDetector 配置

SpatioTemporalGroundDetectorConfig 主要字段：

字段	类型	默认值	说明
`big_grid_size`	uint32	256	粗网格尺寸
`small_grid_size`	uint32	64	细网格尺寸
`roi_rad_x` / `roi_rad_y` / `roi_rad_z`	float	120.0 / 120.0 / 100.0	ROI 区域半径
`near_range`	float	32.0	近距离范围
`near_z_min` / `near_z_max`	float	-3.0 / -1.0	采样 Z 范围
`ground_thres`	float	0.20	通用地面判定阈值
`near_range_dist` / `near_range_ground_thres`	float	10.0 / 0.10	近距离范围及其阈值
`middle_range_dist` / `middle_range_ground_thres`	float	3.0 / 0.05	中距离范围及其阈值
`use_roi`	bool	true	是否使用 ROI 过滤
`use_semantic_ground`	bool	false	是否融合语义地面信息
`single_ground_detect`	bool	false	是否使用单帧坐标系检测
`use_ground_service`	bool	true	是否更新地面服务
`planefit_dist_thres_near` / `planefit_dist_thres_far`	float	0.10 / 0.20	平面拟合近/远距离阈值
`nr_smooth_iter`	uint32	5	平滑迭代次数
`inliers_min_threshold`	uint32	4	最小内点数
`debug_output`	bool	false	是否输出调试文件

调用关系

text

PointCloudGroundDetectComponent::Proc
  -> InternalProc
    -> BaseGroundDetector::Detect (多态调用)
        |
        +-- GroundServiceDetector::Detect
        |     -> GroundService::QueryPointToGroundDistance
        |
        +-- SpatioTemporalGroundDetector::Detect
              -> PlaneFitGroundDetector::Detect (平面拟合)
              -> 阈值分段判定 (近/中/远距离)
              -> GroundService::UpdateServiceContent (可选)

PointCloudGroundDetectComponent 通过 Cyber RT 消息机制接收上游 LidarFrameMessage，经地面检测后将结果发送到输出 channel，供下游模块（如点云分割、目标检测）使用。

贡献者

Steven Moder

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点云地面检测 ​

概述 ​

核心类 ​

BaseGroundDetector ​

PointCloudGroundDetectComponent ​

GroundServiceDetector ​

SpatioTemporalGroundDetector ​

核心函数 ​

PointCloudGroundDetectComponent::Init ​

PointCloudGroundDetectComponent::Proc ​

GroundServiceDetector::Detect ​

SpatioTemporalGroundDetector::Detect ​

配置 ​

组件配置 ​

GroundServiceDetector 配置 ​

SpatioTemporalGroundDetector 配置 ​

调用关系 ​

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