[發明專利]露天礦無人駕駛中的排土場及排土邊緣線實時更新方法

有效

• 申請號: 202110603480.0
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113256588B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 顧清華;宋江珊;盧才武;胡聰;王倩;陳露;李學現;劉迪
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06V10/77;G06F17/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種露天礦無人駕駛中的排土場及排土邊緣線實時更新方法，包括：

步驟1，將三維激光雷達安裝于露天礦排土場附近，采集露天礦排土場周邊環境點云數據；

步驟2，對獲取到的點云數據，采用保留露天礦排土場排土邊緣區域特征的簡化方法進行簡化，并利用簡化之后的點云數據建立露天礦排土場模型；

步驟3，定期對露天礦排土場點云數據進行對比，判斷露天礦排土場模型是否需要更新；

步驟4，當判斷需要更新時，對露天礦排土場模型進行更新；

步驟5，對露天礦排土場排土邊緣線進行更新；

其特征在于，所述步驟2中露天礦排土場模型的建立過程如下：

步驟2.1，采用kd-tree建立點云數據之間的拓撲關系，獲取點云數據之間的k個鄰近點；

步驟2.2，根據得到的各個點云數據的k個鄰近點建立局部曲面，采用PCA方法估計曲面的法向量及特征點；

步驟2.3，綜合露天礦排土場周圍環境特點，利用點云及周圍點云數據的分布均勻性來判斷排土邊緣點，篩選出排土邊緣點；

步驟2.4，保留所有排土邊緣點，并對非排土邊緣點采用曲面變化進行點云數據簡化，以反映露天礦排土場真實場景；

步驟2.5，運用Geomagic?Studio軟件對判斷出來的排土邊緣點和進行點云數據簡化之后的非排土邊緣點進行建模，獲得露天礦排土場模型。

2.根據權利要求1所述露天礦無人駕駛中的排土場及排土邊緣線實時更新方法，其特征在于，所述點云數據包括露天礦排土場周邊環境中每個點所在的位置，即在三維空間中的x,y,z坐標以及激光反射強度特征。

3.根據權利要求1所述露天礦無人駕駛中的排土場及排土邊緣線實時更新方法，其特征在于，所述步驟2.2獲取法向量及特征點的方法為：

給定點云數據集P＝{p₁，p₂，...，p_i，...，p_n}，其中n為點云總數，對于第i點云p_i，p_i的鄰近點云記為p_m∈Nb(p_i)，Nb(p_i)表示離p_i最近的k個點云，p_i周圍鄰近點均值為點云p_i的協方差矩陣定義為：

協方差矩陣C_i定義了由點云p_i和其臨近點云p_m組成的局部曲面的幾何信息，由于協方差矩陣C_i為對稱半正定矩陣，其存在三個實數特征值，設三個特征值分別為：λ₁，λ₂，λ₃，λ₁≤λ₂≤λ₃，三個特征值對應的特征向量分別v₁，v₂，v₃；v₂和v₃組成p_i處的最小二乘擬合平面，v₁點云p_i和其臨近點云p_m組成的局部曲面的法向量；

最小特征值λ₁表示點沿著曲面法矢的變化情況，因此可以利用各點云數據的最小特征值的變化來估計高曲率區域，點云p_i的曲面變化表示為：

ω_i＝0時，p_i為平面點，ω_i值越大，曲面越彎曲，據此可根據ω_i值判斷點p_i是否處于高曲率區域，如果ω_i大于給定閾值f，則表示點p_i處于高曲率區域，稱為特征點，否則為非特征點；

所述步驟2.3包括如下步驟：

步驟2.3.1，設點云p為點云數據中的某一點云，由點云p及點云p的鄰近點，計算出p點的法向量，然后構造最小二乘平面T；

步驟2.3.2，將點云p及其鄰近點投影到最小二乘平面T上；

步驟2.3.3，過點云p作平行于xoy,xoz,yoz的平面，并計算出位于三個平面兩側的點云數量；

步驟2.3.4，若位于平面兩側的點云數量之差占鄰近點云總數的比例大于或等于特定值w，該點即為排土邊緣點，否則判定其為非排土邊緣點；

所述步驟2.4中，保留步驟2.3計算出來的排土邊緣點，對于非排土邊緣區域的點根據步驟2.2中點云p_i的曲面變化判斷出特征點和非特征點；對于判斷出的特征點進行保留，非特征點根據其k近鄰點個數的比例進行簡化。