一种机器人钻越空间模型构建方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术涉及一种机器人钻越空间模型构建方法、系统及电子设备，其中方法包括：获取激光雷达的当前速度和当前位置；利用当前速度和当前位置对激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云；对补偿后的激光点云进行滤波得到滤波后的激光点云；计算滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率；根据激光束的接收功率对滤波后的激光点云进行数据分割得到空间模型构建参数；利用空间模型构建参数构建机器人钻越空间模型本发明专利技术通过利用激光束的接收功率对滤波后的激光点云进行数据分割得到空间模型构建参数，并利用空间模型构建参数构建机器人钻越空间模型，可以消除环境光对钻越空间模型的影响，大大提高了钻越空间模型的构建精度。大大提高了钻越空间模型的构建精度。大大提高了钻越空间模型的构建精度。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人钻越空间模型构建方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及三维环境建模
，特别是涉及一种机器人钻越空间模型构建方法、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]特高压变电站作为特高压电网的枢纽，承担着输变电的核心任务，在特高压变电站中，气体绝缘开关装置(Gas Insulated Switch gear，GIS)的组合电器具有结构紧凑、占地面积小、运行可靠性高、不受外界环境的影响、检修维护方便等优点，加之在技术上的先进性和经济上的优越性，已得到广泛应用。
[0003]GIS设备群设备紧密，空间裕度小，钻越机器人需要从GIS设备下方穿行进行巡检，因此要对GIS设备群进行快速建模，以匹配钻越机器人巡检路径。
[0004]现有技术中大多通过双目相机利用视觉匹配的方法对GIS设备群进行建模，但是这种建模方法容易受环境光的影响，在较为复杂的场景当中，容易造成构建的空间模型与实际地形差距过大。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种机器人钻越空间模型构建方法、系统及电子设备，提高钻越空间模型的构建精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种机器人钻越空间模型构建方法，包括：
[0008]采用激光雷达采集变电站地形数据得到激光点云；
[0009]获取激光雷达的当前速度和当前位置；
[0010]利用所述当前速度和所述当前位置对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云；r/>[0011]对所述补偿后的激光点云进行滤波得到滤波后的激光点云；
[0012]计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率；
[0013]根据所述激光束的接收功率对所述滤波后的激光点云进行数据分割得到空间模型构建参数；所述空间模型构建参数包括裸露地表激光点集合、变电站设备激光点集合和水泥道路激光点集合；
[0014]利用所述空间模型构建参数构建机器人钻越空间模型。
[0015]优选地，所述利用所述当前速度和所述当前位置对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云，包括：
[0016]根据所述当前速度和所述当前位置构建激光点云补偿模型；其中，所述激光点云补偿模型为：
[0017][0018]其中，x
p
表示补偿后的激光点云的x坐标，y
p
表示补偿后的激光点云的y坐标，z
p
表示补偿后的激光点云的z坐标，L表示激光雷达与目标点距离，表示激光束的俯仰角，θ表示激光束的方位角，k表示补偿系数，Δt表示激光束从发出到返回的时间，V
x
表示激光雷达在x轴方向的速度，V
y
表示激光雷达在y轴方向的速度，V
z
表示激光雷达在z轴方向的速度；
[0019]利用所述激光点云补偿模型对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云。
[0020]优选地，所述对所述补偿后的激光点云进行滤波得到滤波后的激光点云包括：
[0021]利用平面方程对所述补偿后的激光点云进行平面拟合得到平面模型；其中所述平面模型为：
[0022]其中，X表示补偿后的激光点云在x方向的值，Y表示补偿后的激光点云在y方向的值，Z表示补偿后的激光点云在z方向的值，E
A
表示偶然误差矩阵，e表示观测向量矩阵，e
A
表示列矢量化的E
A
，vec表示矩阵列向量化算子，I
n
表示n
×
n阶的单位矩阵，I
m
表示m
×
m阶的单位矩阵，表示矩阵之间的直积，a1表示第一系数，a2表示第二系数，a3表示第三系数，a4表示第四系数，a5表示第五系数，a6表示第六系数；
[0023]根据所述平面模型对所述激光点云进行滤波得到所述滤波后的激光点云。
[0024]优选地，所述根据所述平面模型对所述激光点云进行滤波得到所述滤波后的激光点云，包括：
[0025]根据所述平面模型建立目标函数；其中，所述目标函数为：
[0026]e
T
e+(e
A
)
T
(e
A
)＝min；
[0027]利用最小二乘法对所述目标函数求解得到滤波模型；
[0028]利用所述滤波模型对所述激光点云进行滤波得到所述滤波后的激光点云。
[0029]优选地，所述计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率，包括：
[0030]采用公式：
[0031][0032]计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率；其中，p
R
表示激光束的接收功率，P
T
表示发射激光束功率，m表示调制器的光波调制度，A
s
表示接受孔径面积，A
t
表示目标有效面积，Ω
t
表示目标散射立体角，Ω
s
表示发射光束立体角，R表示激光雷达到目标的距离，ρ表示目标反射率，T表示总透光率，μ表示大气消光系数。
[0033]优选地，所述根据所述激光束的接收功率对所述滤波后的激光点云进行数据分割得到空间模型构建参数，包括：
[0034]获取第一阈值、第二阈值和第三阈值；
[0035]提取所有激光束的接收功率大于所述第一阈值的相应激光点得到裸露地表激光点集合；
[0036]提取所有激光束的接收功率大于所述第二阈值且小于所述第一阈值的相应激光点得到变电站设备激光点集合；
[0037]提取所有激光束的接收功率大于所述第三阈值且小于所述第二阈值的相应激光点得到水泥道路激光点集合。
[0038]一种机器人钻越空间模型构建系统，包括：
[0039]激光点云获取模块，用于采用激光雷达采集变电站地形数据得到激光点云；
[0040]速度和位置获取模块，用于获取激光雷达的当前速度和当前位置；
[0041]激光点云补偿模块，用于利用所述当前速度和所述当前位置对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云；
[0042]激光点云滤波模块，用于对所述补偿后的激光点云进行滤波得到滤波后的激光点云；
[0043]接收功率计算模块，用于计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率；
[0044]空间模型构建参数生成模块，用于根据所述激光束的接收功率对所述滤波后的激光点云进行数据分割得到空间模型构建参数；所述空间模型构建参数包括裸露地表激光点集合、变电站设备激光点集合和水泥道路激光点集合；
[0045]机器人钻越空间模型构建模块，用于利用所述空间模型构建参数构建机器人钻越空间模型。
[0046]优选地，所述激光点云补偿模块，包括：
[0047]激光点云补偿模型构建单元，用于根据所述当前速度和所述当前位置构建激光点云补偿模型；其中，所述激光点云补偿模型为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人钻越空间模型构建方法，其特征在于，包括：采用激光雷达采集变电站地形数据得到激光点云；获取激光雷达的当前速度和当前位置；利用所述当前速度和所述当前位置对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云；对所述补偿后的激光点云进行滤波得到滤波后的激光点云；计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率；根据所述激光束的接收功率对所述滤波后的激光点云进行数据分割得到空间模型构建参数；所述空间模型构建参数包括裸露地表激光点集合、变电站设备激光点集合和水泥道路激光点集合；利用所述空间模型构建参数构建机器人钻越空间模型。2.根据权利要求1所述的机器人钻越空间模型构建方法，其特征在于，所述利用所述当前速度和所述当前位置对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云，包括：根据所述当前速度和所述当前位置构建激光点云补偿模型；其中，所述激光点云补偿模型为：其中，x
p
表示补偿后的激光点云的x坐标，y
p
表示补偿后的激光点云的y坐标，z
p
表示补偿后的激光点云的z坐标，L表示激光雷达与目标点距离，表示激光束的俯仰角，θ表示激光束的方位角，k表示补偿系数，Δt表示激光束从发出到返回的时间，V
x
表示激光雷达在x轴方向的速度，V
y
表示激光雷达在y轴方向的速度，V
z
表示激光雷达在z轴方向的速度；利用所述激光点云补偿模型对所述激光点云进行补偿得到补偿后的激光点云。3.根据权利要求1所述的机器人钻越空间模型构建方法，其特征在于，所述对所述补偿后的激光点云进行滤波得到滤波后的激光点云包括：利用平面方程对所述补偿后的激光点云进行平面拟合得到平面模型；其中所述平面模型为：其中，X表示补偿后的激光点云在x方向的值，Y表示补偿后的激光点云在y方向的值，Z表示补偿后的激光点云在z方向的值，E
A
表示偶然误差矩阵，e表示观测向量矩阵，e
A
表示列矢量化的E
A
，vec表示矩阵列向量化算子，I
n
表示n
×
n阶的单位矩阵，I
m
表示m
×
m阶的单位矩阵，表示矩阵之间的直积，a1表示第一系数，a2表示第二系数，a3表示第三系数，a4表示第四
系数，a5表示第五系数，a6表示第六系数；根据所述平面模型对所述激光点云进行滤波得到所述滤波后的激光点云。4.根据权利要求3所述的机器人钻越空间模型构建方法，其特征在于，所述根据所述平面模型对所述激光点云进行滤波得到所述滤波后的激光点云，包括：根据所述平面模型建立目标函数；其中，所述目标函数为：e
T
e+(e
A
)
T
(e
A
)＝min；利用最小二乘法对所述目标函数求解得到滤波模型；利用所述滤波模型对所述激光点云进行滤波得到所述滤波后的激光点云。5.根据权利要求1所述的机器人钻越空间模型构建方法，其特征在于，所述计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接收功率，包括：采用公式：计算所述滤波后的激光点云中相应激光束的接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘霄，文国卫，王建民，卫凯，尹晓海，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司输电检修分公司，
类型：发明
国别省市：