基于三维模型的自动挖掘控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了基于三维模型的自动挖掘控制方法及其系统，其通过使用空间注意力机制的第一卷积神经网络模型和使用三维卷积核的第二卷积神经网络模型提取预定时间段内多个预定时间点的工作面的三维模型在时间维度上的动态变化特征；并通过多尺度邻域特征提取模块提取俯仰角度值在该时间维度上的多尺度动态变化特征，进而以二者的响应性估计来表示工作面的三维模型变化对于俯仰角度变化的响应性关联特征，以此来进行当前时间点的俯仰角控制。这样，可以对于当前时间点的俯仰角进行实时准确地控制，以提高挖掘机挖掘的效率和质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
基于三维模型的自动挖掘控制方法及其系统

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[0001]本申请涉及智能化控制
，且更为具体地，涉及基于三维模型的自动挖掘控制方法及其系统。

技术介绍
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[0002]挖掘机是功能最典型、结构最复杂、用途最广泛的工程机械之一，它在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、矿山采掘以及军事工程等施工中起着极为重要的作用。
[0003]目前，在挖掘机的工作过程中，一般通过倾角传感器对挖掘机的铲斗、斗杆、动臂和车体进行角度测量，并依靠人工实时调整来实现挖掘机的三维工作姿态控制。但是，由于这种控制方式需要人工来进行操作，不仅费时费力，而且会使得控制的精准度难以保证，并且在此过程中使用倾角传感器来进行挖掘机的三维测量会导致测量的结果难以准确满足挖掘的实际工作情景，进而降低作业效率和作业质量，甚至还可能会造成严重的安全事故。随着自动化技术和视频识别技术的不断发展，实现挖掘机的自动挖掘具有重要意义。
[0004]因此，期望一种优化的基于三维模型的自动挖掘控制方案。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三维模型的自动挖掘控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取预定时间段内多个预定时间点的工作面的三维模型以及所述多个预定时间点的俯仰角度值；将所述多个预定时间点的工作面的三维模型分别输入使用空间注意力机制的第一卷积神经网络模型以得到多个工作面特征矩阵；将所述多个工作面特征矩阵排列为三维输入张量后通过使用三维卷积核的第二卷积神经网络模型以得到工作面变化特征向量；将所述多个预定时间点的俯仰角度值排列为俯仰角输入向量后通过多尺度邻域特征提取模块以得到俯仰角特征向量；计算所述俯仰角特征向量相对于所述工作面变化特征向量的响应性估计以得到分类特征矩阵；以及将所述分类特征矩阵通过分类器以得到分类结果，所述分类结果用于表示当前时间点的俯仰角应增大或应减小。2.根据权利要求1所述的基于三维模型的自动挖掘控制方法，其特征在于，所述工作面的三维模型通过激光扫描仪扫描得到。3.根据权利要求2所述的基于三维模型的自动挖掘控制方法，其特征在于，所述将所述多个预定时间点的工作面的三维模型分别输入使用空间注意力机制的第一卷积神经网络模型以得到多个工作面特征矩阵，包括：所述使用空间注意力机制的第一卷积神经网络模型的各层在层的正向传递过程中对输入数据分别进行：对输入数据进行卷积处理以生成卷积特征图；对所述卷积特征图进行池化处理以生成池化特征图；对所述池化特征图进行非线性激活以生成激活特征图；计算所述激活特征图的各个位置沿通道维度的均值以生成空间特征矩阵；计算所述空间特征矩阵中各个位置的类Softmax函数值以获得空间得分矩阵；以及计算所述空间特征矩阵和所述空间得分矩阵的按位置点乘以获得特征矩阵；其中，所述使用空间注意力机制的第一卷积神经网络模型的最后一层输出的所述特征矩阵为所述多个工作面特征矩阵。4.根据权利要求3所述的基于三维模型的自动挖掘控制方法，其特征在于，所述将所述多个工作面特征矩阵排列为三维输入张量后通过使用三维卷积核的第二卷积神经网络模型以得到工作面变化特征向量，包括：将所述三维输入张量输入所述使用三维卷积核的第二卷积神经网络模型以得到工作面变化特征图；以及对所述工作面变化特征图的沿通道维度的各个特征矩阵进行全局均值池化以得到工作面变化特征向量。5.根据权利要求4所述的基于三维模型的自动挖掘控制方法，其特征在于，所述将所述多个预定时间点的俯仰角度值排列为俯仰角输入向量后通过多尺度邻域特征提取模块以得到俯仰角特征向量，包括：将所述俯仰角输入向量输入所述包含多个并行的一维卷积层的多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以得到第一尺度俯仰角特征向量，其中，所述第一卷积层具有第一长度
的第一一维卷积核；将所述俯仰角输入向量输入所述包含多个并行的一维卷积层的多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以得到第二尺度俯仰角特征向量，其中，所述第二卷积层具有第二长度的第二一维卷积核，所述第一长度不同于所述第二长度；以及将所述第一尺度俯仰角特征向量和所述第二尺度俯仰角特征向量进行级联以得到所述俯仰角特征向量。6.根据权利要求5所述的基于三维模型的自动挖掘控制方法，其特征在于，所述将所述俯仰角输入向量输入所述包含多个并行的一维卷积层的多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以得到第一尺度俯仰角特征向量，包括：使用所述包含多个并行的一维卷积层的多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以如下公式对所述俯仰角输入向量进行一维卷积编码以得到所述第一尺度俯仰角特征向量；其中，所述公式为：其中，a为第一卷积核在x方向上的宽度、F(a)为第一卷积核参数向量、G(x
‑
a)为与卷积核函数运算的局部向量矩阵，w为第一卷积核的尺寸，X表示所述俯仰角输入向量；所述将所述俯仰角输入向量输入所述包含多个并行的一维卷积层的多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以得到第二尺度俯仰角特征向量，包括：使用所述包含多个并行的一维卷积层的多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层以如下公式对所述俯仰角输入向量进行一维卷积编码以得到所述第二尺度俯仰角特征向量；其中，所述公式为：其中，b为第二卷积核在x方向上的宽度、F(b)为第二卷积核参数向量、G(x
‑
b)为与卷积核函数运算的局部向量矩阵，m为第二卷积核的尺寸，X表示所述俯仰角输入向量。7.根据权利要求6所述的基于三维模...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宏哲，赵霞，杨洋，刘畅，张浩，苏睿之，宋子冉，
申请(专利权)人：北京华能新锐控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：