[發(fā)明專利]基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的船岸距離計(jì)算方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211067367.6
• 申請(qǐng)日: 2022-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115421150A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐馳騁;張婷;周航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一一研究所
• 主分類號(hào): G01S17/08
• 分類號(hào): G01S17/08;G06F17/10
• 代理公司: 深圳紫藤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44570
• 代理人: 黃威

1.一種基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的船岸距離計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括：

采集步驟，通過(guò)激光雷達(dá)掃描并獲取目標(biāo)岸線的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

降噪步驟，對(duì)所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波降噪處理，得到第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

采樣步驟，對(duì)所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理，得到第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

計(jì)算步驟，對(duì)所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷計(jì)算，得到所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的各位置點(diǎn)與所述激光雷達(dá)之間的距離，取最小值作為船岸距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集步驟包括：

通過(guò)所述激光雷達(dá)掃描并獲取所述目標(biāo)岸線的基于極坐標(biāo)系的第零點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以所述激光雷達(dá)所在的位置作為原點(diǎn)并建立直角坐標(biāo)系，將所述第零點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基于所述直角坐標(biāo)系的所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

x＝r*cos(w)*sin(a)

y＝r*cos(w)*con(a)

其中，x為所述直角坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)，y為所述直角坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)，r為各所述位置點(diǎn)與所述激光雷達(dá)之間的距離，w為所述激光雷達(dá)發(fā)射的激光在豎直方向上的偏轉(zhuǎn)角度，a為所述激光雷達(dá)發(fā)射的激光在水平方向上的偏轉(zhuǎn)角度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述降噪步驟中，所述濾波降噪處理包括無(wú)效值濾除，所述無(wú)效值濾除包括：

根據(jù)位置約束刪除無(wú)效值，所述位置約束由所述激光雷達(dá)的有效探測(cè)范圍進(jìn)行設(shè)定，所述無(wú)效值為所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)中超出所述有效探測(cè)范圍的數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濾波降噪處理包括離群點(diǎn)去除，所述離群點(diǎn)去除包括：

計(jì)算所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每一所述位置點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的相鄰點(diǎn)之間的平均距離，通過(guò)高斯分布剔除所述平均距離中的離群點(diǎn)；

所述高斯分布具有全局距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差，所述離群點(diǎn)為位于由所述全局距離均值與所述標(biāo)準(zhǔn)差定義的可信區(qū)間之外的所述位置點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采樣步驟中，所述采樣處理包括最遠(yuǎn)點(diǎn)采樣法，所述最遠(yuǎn)點(diǎn)采樣法包括：

步驟一，建立一點(diǎn)集，從所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取任一所述位置點(diǎn)并添加至所述點(diǎn)集內(nèi)；

步驟二，所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)中未添加至所述點(diǎn)集內(nèi)的所述位置點(diǎn)為剩余點(diǎn)，計(jì)算每一所述剩余點(diǎn)與所述點(diǎn)集內(nèi)的所述位置點(diǎn)之間的距離，并且均取最小值作為每一所述剩余點(diǎn)與所述點(diǎn)集之間的距離；

步驟三，將與所述點(diǎn)集之間的具有最大距離的所述剩余點(diǎn)添加至所述點(diǎn)集中，以更新所述點(diǎn)集；

步驟四，依次重復(fù)所述步驟二與所述步驟三，以更新所述點(diǎn)集，直到所述點(diǎn)集中含有N個(gè)所述位置點(diǎn)，其中N為正整數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述最遠(yuǎn)點(diǎn)采樣法中，任意兩個(gè)所述位置點(diǎn)之間的距離至多計(jì)算一次。

7.根據(jù)權(quán)利要求1、5或6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟中包括：將所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各所述位置點(diǎn)與所述激光雷達(dá)之間的距離與同一所述位置點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)聯(lián)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采樣步驟中，所述采樣處理包括體素采樣法，所述體素采樣法包括：

第一步驟，將所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射于一具有至少一個(gè)柵格的柵格圖上；

第二步驟，對(duì)所述柵格圖中各所述柵格內(nèi)的全部所述位置點(diǎn)取質(zhì)心。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二步驟中的所述質(zhì)心的選取方法為：

各所述柵格中包含m個(gè)所述位置點(diǎn)，各所述柵格中的各所述位置點(diǎn)的坐標(biāo)為(x_i,y_i)，其中i＝1～m并且m是正整數(shù)，進(jìn)而所述質(zhì)心的坐標(biāo)為

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟中包括：將所述柵格圖中各所述柵格的所述質(zhì)心與所述激光雷達(dá)之間的距離與同一所述質(zhì)心的坐標(biāo)關(guān)聯(lián)。

11.一種基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的船岸距離計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)采用如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，并且所述系統(tǒng)包括：

采集模塊，執(zhí)行所述方法中的所述采集步驟，通過(guò)所述激光雷達(dá)掃描并獲取所述目標(biāo)岸線的所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；以及

降噪模塊，執(zhí)行所述方法中的所述降噪步驟，對(duì)所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行所述濾波降噪處理，得到所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)；以及

采樣模塊，執(zhí)行所述方法中的所述采樣步驟，對(duì)所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行所述采樣處理，得到所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)；以及

計(jì)算模塊，執(zhí)行所述方法中的所述計(jì)算步驟，對(duì)所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷計(jì)算，得到所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的各所述位置點(diǎn)與所述激光雷達(dá)之間的距離，取最小值作為所述船岸距離。