地下作业设备定位方法、装置、系统及存储介质制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种地下作业设备定位方法、装置、系统及存储介质，该方法包括：获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云；根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围；根据所述巷道底板点云、所述地下二维概率定位地图及所述初始位姿，基于直方图滤波方法在所述位姿搜索范围内进行所述第二点云匹配，根据符合设定条件的配准位姿确定所述作业设备的当前位姿。有效改善了地下作业设备定位的定位精度及响应速度，利于满足控制的实时性要求。

Location method, device, system and storage medium of underground working equipment

The embodiment of this application discloses a positioning method, device, system and storage medium for underground working equipment. The method includes: obtaining the current corresponding point cloud of roadway waist line and roadway floor; matching the first point cloud according to the roadway waist line point cloud and the underground two-dimensional probability positioning map to determine the initial position and probability, and based on the initial position and attitude. The probability determines the search range of position and attitude for the second point cloud matching; according to the point cloud of the roadway floor, the two-dimensional probability positioning map of the underground and the initial position and attitude, the second point cloud matching is carried out based on the histogram filtering method in the search range of position and attitude, and the current position and attitude of the operation equipment are determined according to the registration position and attitude that meet the set conditions. It effectively improves the positioning accuracy and response speed of underground operation equipment positioning, and is conducive to meeting the real-time control requirements.

【技术实现步骤摘要】
地下作业设备定位方法、装置、系统及存储介质
本申请涉及地下作业领域，具体涉及一种地下作业设备定位方法、装置、系统及存储介质。
技术介绍
随着国民经济的发展，对于各种矿产资源的需求及利用越来越高。传统采矿模式很难满足矿山企业在成本、效率、效益、安全和环保等各方面的要求，尤其对资源量多、开采强度高、落矿规模大的地下金属矿山，无人采矿技术的应用极为紧迫。地下作业设备(如地下采矿设备)的无人作业相比于人工作业，具有提高采矿生产效率、降低采矿成本、改善采矿作业环境及保证现场工人的作业安全等优势。然而，为了实现地下作业设备的自主行走、自主作业等控制，获取该设备的位姿(即位置和姿态)是关键。虽然，随着地面无人驾驶技术发展迅速，基于GPS的支持并结合高精度地图技术的支撑，车辆的位姿获取已不成问题，但由于地下受限空间环境的特殊性，无法接收到GPS信号对其定位，且设备的精确控制对姿态获取的高要求，设备位姿信息的实时、准确获取依然是难题，也是制约未来无人开采发展的关键技术。基于Wi-Fi定位、蓝牙定位、RFID(射频识别)定位、UWB(超宽带)定位、红外技术、超声波等定位技术虽然在相关技术中有所应用，但以上方法大多需要在巷道中安装相关的定位装置，架设成本及维护费用较高；此外，基于安装在设备上的三维激光雷达进行点云定位亦有所应用，但相关方法由于点云数据量大或三维栅格多而导致匹配速度慢，很难满足控制的实时性要求。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种地下作业设备定位方法、装置、系统及存储介质，旨在提高地下作业设备定位的定位精度及响应速度，以满足控制的实时性要求。本申请实施例的技术方案是这样实现的：第一方面，本申请实施例提供一种地下作业设备定位方法，包括：获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云；根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围；根据所述巷道底板点云、所述地下二维概率定位地图及所述初始位姿，基于直方图滤波方法在所述位姿搜索范围内进行所述第二点云匹配，根据符合设定条件的配准位姿确定所述作业设备的当前位姿。第二方面，本申请实施例提供一种地下作业设备定位装置，包括：获取模块，用于获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云；第一匹配确定模块，用于根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围；第二匹配确定模块，用于根据所述巷道底板点云、所述地下二维概率定位地图及所述初始位姿，基于直方图滤波方法在所述位姿搜索范围内进行所述第二点云匹配，根据符合设定条件的配准位姿确定所述作业设备的当前位姿。第三方面，本申请实施例提供一种地下作业设备定位系统，包括：存储器，用于存储可执行程序；处理器，用于执行所述存储器中存储的可执行程序时，实现前述实施例的地下作业设备定位方法。第四方面，本申请实施例一种计算机存储介质，存储有可执行程序，所述可执行程序被处理器执行时，实现如前述实施例的地下作业设备定位方法。本申请实施例的技术方案中，根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围；根据所述巷道底板点云、所述地下二维概率定位地图及所述初始位姿，基于直方图滤波方法在所述位姿搜索范围内进行所述第二点云匹配，根据符合设定条件的配准位姿确定所述作业设备的当前位姿，其能充分利用地下巷道的特点进行三维点云的高效匹配定位，通过利用巷道腰线点云和地下二维概率定位地图的第一点云匹配及巷道底板点云和地下二维概率定位地图的第二点云匹配，提高了匹配运算的效率，且充分利用了三维点云的信息，有效改善了地下作业设备定位的定位精度及响应速度，利于满足控制的实时性要求。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本申请一实施例中地下作业设备定位方法的流程示意图；图2为本申请一实施例中地下作业设备定位方法的应用场景示意图；图3为本申请一实施例中地下矿采矿装备实时采集点云数据示意图；图4为本申请一实施例中地下二维概率定位地图的数据存储示意图；图5为本申请一实施例中地下巷道腰线点云的示意图；图6为本申请一实施例中地下巷道底板点云的示意图；图7为本申请一实施例中地下作业设备定位装置的结构示意图；图8为本申请一实施例中地下作业设备定位系统的结构示意图。具体实施方式以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。另外，以下所提供的实施例是用于实施本申请的部分实施例，而非提供实施本申请的全部实施例，在不冲突的情况下，本申请实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本申请实施例提供一种地下作业设备定位方法，用于满足对地下作业设备的实时定位。该地下作业设备可以为用于采矿的地下采矿设备或者其他用于地下开采的挖掘设备。需要说明的是，本实施例地下作业设备上设置用于采集信息的传感器，如三维激光扫描设备、IMU(Inertialmeasurementunit，惯性测量单元)，该地下作业设备可以基于三维激光扫描设备和IMU运用SLAM(simultaneouslocalizationandmapping，即时定位与地图构建)方法构建地下巷道内的三维点云地图。请参阅图1，在本申请一实施例中，该地下作业设备为地下采矿设备，地下作业设备定位方法可以包括：步骤101，获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云。如图2所示，地下采矿设备可以在地下巷道内行走，地下采矿设备上安装IMU和三维激光雷达。地下采矿设备在作业过程中，可以实时采集周边环境的三维点云信息(如图3所示)。示例性地，三维激光雷达采集生成三维点云信息，该三维点云信息包括各点对应的三维坐标和反射强度。三维激光雷达生成的三维点云信息，并基于三维点云信息提取地下采矿设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云。这里，巷道腰线点云包括三维激光雷达扫描的巷道两帮对应的点云，巷道底板点云包括三维激光雷达扫描的巷道底板对应的点云。可选地，可以把三维点云信息划分为以三维激光雷达中线扫描的二维的巷道腰线点云和运用随机抽样一致算法(RANSAC)提取的三维的巷道底板点云。步骤102，根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围。本实施例中，地下二维概率定位地图可以为预先存储的数据，即地下采矿设备预先已采集生成或者加载了该地下二维概率定位地图。在一些实施例中，在执行步骤101之前，还包括：基于即时定位与地图构建SLAM方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下作业设备定位方法，其特征在于，包括：获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云；根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围；根据所述巷道底板点云、所述地下二维概率定位地图及所述初始位姿，基于直方图滤波方法在所述位姿搜索范围内进行所述第二点云匹配，根据符合设定条件的配准位姿确定所述作业设备的当前位姿。

【技术特征摘要】
1.一种地下作业设备定位方法，其特征在于，包括：获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云；根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围；根据所述巷道底板点云、所述地下二维概率定位地图及所述初始位姿，基于直方图滤波方法在所述位姿搜索范围内进行所述第二点云匹配，根据符合设定条件的配准位姿确定所述作业设备的当前位姿。2.如权利要求1所述的地下作业设备定位方法，其特征在于，所述获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云之前，还包括：基于即时定位与地图构建SLAM方法构建地下二维概率定位地图。3.如权利要求2所述的地下作业设备定位方法，其特征在于，所述基于SLAM方法构建地下二维概率定位地图，包括：获取所述作业设备上基于传感器和SLAM方法生成的三维点云信息；基于所述三维点云信息提取对应的巷道腰线点云和巷道底板点云；基于所述三维点云信息确定二维栅格，并将所述巷道腰线点云、巷道底板点云分别投影到所述二维栅格生成地下二维概率定位地图；其中，所述地图的各所述二维栅格存储巷道腰线点云的位置参数、巷道底板点云的位置参数和反射强度参数。4.如权利要求1所述的地下作业设备定位方法，其特征在于，所述获取所述作业设备当前对应的巷道腰线点云、巷道底板点云，包括：获取所述作业设备上传感器采集的当前三维点云信息；基于所述当前三维点云信息提取所述巷道腰线点云；基于所述当前三维点云信息提取所述巷道底板点云。5.如权利要求1所述的地下作业设备定位方法，其特征在于，所述根据所述巷道腰线点云和地下二维概率定位地图进行第一点云匹配确定初始位姿及其概率，并基于所述初始位姿的概率确定用于第二点云匹配的位姿搜索范围，包括：基于正态分布变换的迭代算法对所述巷道腰线点云和所述地下二维概率定位地图进行第一点云匹配的匹配计算；获取所述匹配计算符合预设终止条件的输出结果，基于所述输出结果确定所...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕林，任助理，王李管，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43