一种基于背负式的激光雷达扫描系统、导航定位方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于背负式的激光雷达扫描系统、导航定位方法，包括以下步骤：使用背负式激光雷达采集三维点云数据；对采集的三维点云数据进行预处理得到点云数据；对点云数据进行分类和重采样后处理；基于点云数据和三维SLAM算法建立测试区域的地图；将测试区域的地图导入巡检机器人的导航定位系统。本发明专利技术使用激光雷达和三维SLAM技术解决了二维SLAM的局限性，获取高精度的导航地图数据，根据地图导航的准确性，主动规划巡检路径，同时满足人工施工和检修时人员与设备的安全距离检测，确保站内施工或检修过程中人员的工作安全，降低作业风险；也满足变电站内巡检机器人依照地图数据自动规划巡检路径完成巡航和定点拍照的功能。

A lidar scanning system, navigation and positioning method based on the knapsack

【技术实现步骤摘要】
一种基于背负式的激光雷达扫描系统、导航定位方法
本专利技术涉及巡检导航定位
，特别涉及一种基于背负式的激光雷达扫描系统、导航定位方法。
技术介绍
在运行变电站点的日常工作中，运行人员受工作经验及工作能力等方面因素限制，在日常巡视、布置安全措施等工作中有误碰带点设备的安全隐患，电力系统内误入间隔、误碰带点设备情况频发。比如在变电检修过程中，检修人员在部分间隔停电过程中面对相邻带点间隔时，仅依靠人工目测安全距离，及其不精准，很有可能导致检修人员和机械设备发生触电事故。而外来施工人员工作状态不佳或对变电站厂环境不熟悉等原因，在日常巡视、不知安全措施、现场检修等工作中有误碰带点设备的安全隐患，电力系统内类似事故层出不穷，因而变电站安全距离的计算十分重要。目前现有的变电站检修导航模式是通过二维激光雷达扫描扫路周围地物，会存在定位不准确，导致拍摄照片的角度有偏差，获取的照片不能准确的判断设备状态。常使用SLAM技术(simultaneouslocalizationandmapping)，也称为CML(ConcurrentMappingandLocalization)，可实时进行定位与地图构建，或并发建图与定位。移动的设备可根据具有SLAM技术的传感器信息，一边计算自身位置，一边构建环境地图。随着传感器种类和安装方式的不同，SLAM技术的实现方式和难度会有很大的差异。申请号为201910544875.0、名称为《一种基于嵌入式AI计算平台的巡检机器人定位方法》的专利申请中，公开了融合UWB定位技术、激光SLAM技术和视觉SLAM技术，通过UWB定位确定巡检机器人所在的区域，再通过激光雷达扫描周围环境信息，当扫描密度小于60%时，视觉SLAM数据作为补充，协同构建地图的方案。该申请使用激光SLAM技术和视觉SLAM技术结合UWB技术，减小了对于地图构建精度的要求。但该申请使用的激光雷达和SLAM技术以及UWB技术都为二维技术，不能准确定位，地图构建的精度差，在变电站的实际巡检使用时，并不能精确的判断设备的状态。申请号为201910775309.0、名称为《一种井下3D激光成像智能巡检系统及其使用方法》的专利申请，利用稠密的三维激光点云数据，采取激光雷达SLAM技术实现矿区及井下的高精度三维地图构建，但对采取的三维激光点云数据的处理很随意，并不能保证依照采集的三维点云数据构建出的地图精度，并且没有定位的功能，会导致拍摄照片的角度有偏差，因此若使用该申请也不能精确的判断变电站设备的状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种基于背负式的激光雷达扫描系统、导航定位方法，通过高精度的激光雷达结合三维SLAM技术计算出变电站中的安全距离，将点云数据分为带电导线、地面设备设施和带电作业安全距离智能分析，全面检测带电导线、设备安全作业距离，确保站内施工或检修过程中人员的工作安全，降低作业风险，满足站内施工安全规范要求，同时通过获取高精度地图，准确、主动规划巡检的行走路线。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：一种基于背负式的激光雷达扫描导航定位方法，包括以下步骤：步骤S1：使用背负式激光雷达采集三维点云数据；步骤S2：对采集的三维点云数据进行预处理得到点云数据；步骤S3：对点云数据进行分类和重采样后处理；步骤S4：基于点云数据和三维SLAM算法建立测试区域的地图；步骤S5：将测试区域的地图导入巡检机器人的导航定位系统。本方案基于激光雷达采集的三维点云数据，对三维点云数据进行预处理和解算，得到高精度的导航数据，再通过三维SLAM技术构建测试区域的地图，施工和检修人员可直接利用测试区域的地图进行巡检，依照高精度的导航地图，可保证人员在施工作业中与带电设备保持安全距离，降低人员作业风险；并且还可以将测试区域的地图导入变电站内巡检机器人的导航定位系统中，以供巡检机器人可在变电站中实现自动规定路线进行巡航和定点拍照的功能。更进一步地，为详细说明如何使用激光雷达采集三维点云数据，所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S1-1：计划准备阶段：收集测试区域的相关数据资料，进行采集路径的规划设计、布设地面GPS基站、量测GPS基站点坐标；步骤S1-2：数据采集实施阶段：使用激光雷达完成测试区域的路径规划，按照规划的路径采集测试区域的三维点云数据。更进一步地，为详细说明如何对采集的三维点云数据进行预处理得到点云数据，所述步骤S2具体包括以下步骤：步骤S2-1：下载三维点云数据和GPS基站数据至存储控制单元；步骤S2-2：点云处理单元获取存储控制单元中的数据，对三维点云数据进行POS解算和校正得到点云数据；步骤S2-3：点云处理单元对点云数据进行滤波和平滑处理，除去噪点，减小点云厚度。更进一步地，为详细说明下载三维点云数据和GPS基站数据至存储控制单元的具体步骤，所述步骤S2-1具体包括以下步骤：步骤S2-1a：将布设的GPS基站连接到数据处理工作站上，通过数据处理工作站将GPS基站的数据文件拷贝至存储控制单元中；步骤S2-1b：将使用激光雷达采集的三维点云数据及IMU数据拷贝到所述存储控制单元中。更进一步地，为了详细说明点云处理单元获取存储控制单元中的数据，对三维点云数据进行POS解算和校正得到点云数据的步骤，所述步骤S2-2具体包括以下步骤：步骤S2-2a：存储控制单元向点云处理单元导入GPS基站的数据文件和IMU数据，设置POS解算参数，以及设置GPS基站坐标；使用GNSS紧耦合算法解算得到以GPS基站为坐标原点的相对坐标或以地理实际经纬度的绝对坐标，以及得到设备的定位定姿POS数据；所述定位定姿POS数据包括设备的绝对位置和运动姿态数据；步骤S2-2b：根据POS数据采用WGS84/UTM投影坐标建立以GPS基站为坐标原点的三维点云坐标；步骤S2-2c：根据POS数据中所包含的设备绝对位置和运动姿态数据，联合采集的三维点云数据中所包含的相对坐标数据，解算带有三维点云坐标的点云数据；步骤S2-2d：根据采集的三维点云数据的翻滚角、俯仰角、偏航角的角度校验值，以及三维点云坐标，对解算得到的点云数据进行校正。更进一步地，为了详细说明如何对点云数据进行分类和重采样后处理，所述步骤S3具体包括以下步骤：步骤S3-1：对测试区域的相关数据资料进行训练，将预处理后的点云数据按照测试区域进行分类，进而对大量的点云数据进行快速识别；所述测试区域的相关数据资料包括测试区域内的设备资料；步骤S3-2：对未能正常分类的点云数据，使用人工交互的方式对其进行分类得以识别；步骤S3-3：设置采样率或采样间隔，对分类输出的点云数据进行抽稀。一种基于背负式的激光雷达扫描系统，集成设置于背负式背包主体中，并利用上述任一项所述基于背负式的激光雷达扫描导航定位方法实施导航定位，所述基于背负式的激光雷达扫描系统包括：激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于背负式的激光雷达扫描导航定位方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：使用背负式激光雷达采集三维点云数据；/n步骤S2：对采集的三维点云数据进行预处理得到点云数据；/n步骤S3：对点云数据进行分类和重采样后处理；/n步骤S4：基于点云数据和三维SLAM算法建立测试区域的地图；/n步骤S5：将测试区域的地图导入巡检机器人的导航定位系统；/n所述步骤S1具体包括以下步骤：/n步骤S1-1：计划准备阶段：收集测试区域的相关数据资料，进行采集路径的规划设计、布设地面GPS基站、量测GPS基站点坐标；/n步骤S1-2：数据采集实施阶段：使用激光雷达完成测试区域的路径规划，按照规划的路径采集测试区域的三维点云数据；/n所述步骤S2具体包括以下步骤：/n步骤S2-1：下载三维点云数据和GPS基站数据至存储控制单元；/n步骤S2-2：点云处理单元获取存储控制单元中的数据，对三维点云数据进行POS解算和校正得到点云数据；/n步骤S2-3：点云处理单元对点云数据进行滤波和平滑处理，除去噪点，减小点云厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于背负式的激光雷达扫描导航定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：使用背负式激光雷达采集三维点云数据；
步骤S2：对采集的三维点云数据进行预处理得到点云数据；
步骤S3：对点云数据进行分类和重采样后处理；
步骤S4：基于点云数据和三维SLAM算法建立测试区域的地图；
步骤S5：将测试区域的地图导入巡检机器人的导航定位系统；
所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1-1：计划准备阶段：收集测试区域的相关数据资料，进行采集路径的规划设计、布设地面GPS基站、量测GPS基站点坐标；
步骤S1-2：数据采集实施阶段：使用激光雷达完成测试区域的路径规划，按照规划的路径采集测试区域的三维点云数据；
所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S2-1：下载三维点云数据和GPS基站数据至存储控制单元；
步骤S2-2：点云处理单元获取存储控制单元中的数据，对三维点云数据进行POS解算和校正得到点云数据；
步骤S2-3：点云处理单元对点云数据进行滤波和平滑处理，除去噪点，减小点云厚度。


2.根据权利要求1所述的一种基于背负式的激光雷达扫描导航定位方法，其特征在于：所述步骤S2-1具体包括以下步骤：
步骤S2-1a：将布设的GPS基站连接到数据处理工作站上，通过数据处理工作站将GPS基站的数据文件拷贝至存储控制单元中；
步骤S2-1b：将使用激光雷达采集的三维点云数据及IMU数据拷贝到所述存储控制单元中。


3.根据权利要求2所述的一种基于背负式的激光雷达扫描导航定位方法，其特征在于：所述步骤S2-2具体包括以下步骤：
步骤S2-2a：存储控制单元向点云处理单元导入GPS基站的数据文件和IMU数据，设置POS解算参数，以及设置GPS基站坐标；
使用GNSS紧耦合算法解算得到以GPS基站为坐标原点的相对坐标或以地理实际经纬度的绝对坐标，以及得到设备的定位定姿POS数据；所述定位定姿POS数据包括设备的绝对位置和运动姿态数据；
步骤S2-2b：根据POS数据采用WGS84/UTM投影坐标建立以GPS基站为坐标原点的三维点云坐标；
步骤S2-2c：根据POS数据中所包含的设备绝对位置和运动姿态数据，联合采集的三维点云数据中所包含的相对坐标数据，解算带有三维点云坐标的点云数据；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊文韬，
申请(专利权)人：北京数字绿土科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11