[發明專利]基于點云的SLAM移動機器人機場道路檢測數據獲取方法

在審

• 申請號: 202011395509.2
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112581524A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 張繼勇;裘健鋆
• 申請（專利權）人: 浙江漢德瑞智能科技有限公司
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06K9/62;G06K9/46;G01S17/89
• 代理公司: 杭州昱呈專利代理事務所(普通合伙) 33303
• 代理人: 雷仕榮

本發明公開了基于點云的SLAM移動機器人機場道路檢測數據獲取方法，S10，開啟靜態掃描；S20，使用SLAM的動態掃描；S30，通過水平掃描確定掃描位置和掃描角度；S40，將具有顏色信息的數據融合；S50，掃描具有功能匹配的注冊點云；S60，測試與分析；S70，結果分析。本發明使點云數據采集過程自動化；即使連續掃描之間的重疊區域很低，也不需要在點云中使用目標或特征，它仍然可以工作；重建大型站點所需的掃描次數較少，從而減少了數據收集的時間和成本。

技術領域

本發明屬于三維點云技術領域，涉及一種基于點云的SLAM移動機器人機場道路檢測數據獲取方法。

背景技術

3D激光掃描技術又可理解為實景復制技術，是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命，是近幾年出現的新技術，利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖建數據。由于三維激光掃描系統可以密集地大量獲取目標對象的數據點，因此相對于傳統的單點測量，三維激光掃描技術也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術突破。三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數據，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數字地形模型。

激光掃描點云技術廣泛適用于各種需求三維數據的行業，如汽車工業、飛機工業、摩托車外殼及內飾、家電，雕塑等。其中，在飛機工業領域，激光掃描點云技術用以獲取機場和機場基礎設施的3D幾何信息，這種技術采用非接觸式測量，可以重新構建三維物體表面，速度快、精度高、真實感強，能非常真實準確的得到空間采樣點。依托3D點云數據獲得機場跑道的平整度、光滑度、坡度以及損壞度等四大重要指標可以節省大量的人力以及有效提高準確率，成為機場道路安全保障的一大重要科學檢測及維護的關鍵性手段。其中，平整度反映了機場道路上各個區域與理想平面之間的偏差程度；而機場道路異物則是指出現在道面上的碎石、廢棄金屬等外來物來衡量光滑度；坡度分為橫向坡度和縱向坡度，對飛機起飛的穩定性產生影響的主要是縱向坡度；損壞度的種類和程度具有不可抗因素以及類型多樣性。這些指標的不合格會危害機身結構，影響飛機的起降安全，給機場工作人員及乘客的生命安全帶來隱患。

隨著激光掃描和攝影測量技術的飛速發展，大小型機場頻繁收集幾何數據的目的是為了提高可施工性，生產力和現場安全性。然而，由于在典型的機場道路施工中通常存在許多閉塞，傳統的靜態激光掃描方法受到操作限制。要獲得對機場道路地面的完整掃描且不會丟失信息，則需要從施工地周圍的多個掃描位置進行激光掃描，這還需要額外的工作來注冊每個掃描的點云。作為此問題的替代解決方案，本發明介紹了一種自動移動機器人，該機器人基于不斷更新的點云圖導航掃描站點。該移動機器人系統利用2D Hector同時定位和(SLAM)技術來估計機器人在xy平面上的實時位置和方向。然后，將2D定位信息用于實時創建未知環境的3D點云，以將其導航路徑確定為預掃描過程。該框架的優點是能夠確定最佳掃描位置和掃描角度，以減少掃描時間，并減少了實時收集高分辨率點云數據的工作量。移動機器人系統能夠捕獲具有測量質量的RGB映射的點云數據，并自動注冊掃描以進行站點的幾何重建。整個系統的性能在室內環境中進行了測試，并獲得了可喜的結果。

并發建圖與定位(SLAM)是一種使機器人能夠估計其當前位置和方向以及環境圖的方法：首先，移動機器人能夠通過傳感器獲取周圍環境信息，然后再通過傳感器獲取的當前和歷史信息，推測出自身的位置和姿態，最后描繪出自身所處環境的樣貌。感知是SLAM的必要條件，只有感知到周圍環境的信息才能夠可靠地進行定位以及構建環境的地圖；而定位和建圖則是一個相互依賴的過程：建圖依賴于可靠地定位。視覺SLAM的優勢在于，與激光掃描儀相比，相機相對于更加便宜，更輕且每單位儀器功耗更低。此外，視覺SLAM能夠檢測未知環境中使用激光掃描儀難以檢測到的物體的顏色和其他視覺特征。盡管具有優勢，但仍存在一些局限性，例如：視覺SLAM會在遠距離產生錯誤，容易受到光照條件的影響。