基于改进DBSCAN算法的道路障碍物点云聚类

摘要

道路点云数据的障碍物检测技术在智能交通系统和自动驾驶中至关重要.传统的基于密度的空间聚类（DensityBased Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN）算法在处理高维或不同密度区域数据时，由于距离度量低效、参数组合确定困难导致聚类效果欠佳，因此，提出了一种基于改进DBSCAN的道路障碍物点云聚类方法 .首先，在确定Eps领域时利用孤立核函数来改进传统的距离度量方式，提高了DBSCAN聚类对不同密度区域的适应性和准确性.其次，针对猎豹优化算法（Cheetah Optimizer,CO）在信息共享和迭代更新方面的不足，提出了一种基于及时更新机制与兼容度量策略的CO优化算法（Timely Updating Mechanisms and Compatible Metric Strategies for CO Algorithms,TCCO），通过实时更新操作确保每次迭代的优秀信息得到及时沟通共享，并在全局更新时基于非支配排序与拥挤距离优化淘汰机制，平衡全局搜索和局部开发能力，提高了收敛速度和收敛精度.最后，利用孤立度量改进Eps领域，并利用TCCO优化DBSCAN聚类，自适应确定参数，提高了聚类精度和效率.在八个UCI数据集上进行测试，仿真结果表明，提出的TCCO-DBSCAN算法与CO-DBSCAN,SSA-DBSCAN,DBSCAN,KMC方法相比，F-Measure,ARI,NMI指标均有明显提升，且聚类精度更优.通过激光雷达点云数据障碍物聚类的实验验证，证明TCCO-DBSCAN能够有效地适应点云数据密度变化，获得更好的道路障碍物聚类效果，为辅助驾驶中障碍物检测提供支持.

关键词

DBSCAN聚类 / 孤立核函数 / 改进猎豹优化算法 / 障碍物点云聚类

基金资助

国家自然科学基金（52472446）; 中央高校基本科研业务费（300102325501）; 陕西省留学人员科技活动择优资助项目（2023001）