单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法技术

本发明专利技术公开了单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，包括：将三维点云数据按照单线激光雷达和测距仪的测量数据，分别获取单线激光雷达和所述测距仪的连续帧偏移量；根据单线激光雷达和所述测距仪测量数据的原理与特性，获取单帧点云数据的数量，将所述测距仪的连续帧偏移量按照所述单帧点云数据的数量平均分配补偿到所述三维点云数据中，获取所述测距仪的时态校正数据；基于三维点云数据及所述单线激光雷达的测量数据，根据单线激光雷达扫描方向的前后及旋转角度的方向不同，获取单线激光雷达的时态校正数据；将测距仪的时态校正数据与单线激光雷达的时态校正数据进行匹配和数据耦合。校正数据进行匹配和数据耦合。校正数据进行匹配和数据耦合。

【技术实现步骤摘要】
单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法


[0001]本专利技术属于空间信息应用
，尤其涉及单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法。

技术介绍

[0002]当前我国矿山处于智能化、信息化转型的关键时期，但矿山在信息化建设方面还存在一定的技术瓶颈，以选厂的金属平衡为例，矿部对选厂精矿库存的盘点主要依靠人工，利用皮尺测量技术按月盘点，劳作强度大、效率低，盘点数据易受人为等因素导致误差大、数据共享不及时，影响生产计划、生产会析和财务结算。在此背景性下，紫金山金铜矿联合中国矿业大学(北京)率先开展金属平衡自动盘点装备研发，形成了一套联合单线激光雷达和测距仪的仓储精矿扫描装备系统，并在铜二、铜三选厂开展铜硫精矿盘点应用，实现仓储存量按班、按车、按人快速准确测量盘点，显著提升了金属平衡的信息化水平。基于上述研发装备开展选厂精矿库存盘点的原理是将单线激光雷达和测距仪固定在滑轨上，在滑动过程中以单线激光雷达扫描获取物体垂直方向的轮廓信息，以测距仪获取任意时刻扫描物体的水平位置信息，将垂直轮廓信息与水平位置信息的集成，获取扫描对象的三维信息，用于仓储矿堆三维点云模型的构建和方量估算。然而，该装备在水平方向上易受到行车的可达性限制，导致靠近仓储两端附近的矿堆三维点云缺失，无法对该区域矿量进行盘点。本专利技术针对上述问题，重点解决该扫描模式下采集到点云坐标的时态校正方法，解决单线激光雷达移动摆扫过程接收的电磁波帧数与测距仪接收的电磁波帧数不匹配问题，提高仓储矿堆三维数据采集的完整性和精度，具有较高的经济效益和社会价值。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出了单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，能有效解决旋转电机驱动的单线激光雷达和测距仪耦合的仓储矿量盘点装备随着行车的移动导致连续帧之间测量的数据发生微小的偏移的问题，提升三维点云精度，提升生产效益。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，包括以下步骤：
[0005]根据旋转电机驱动的单线激光雷达和测距仪耦合的仓储矿量盘点装备进行三维扫描，获取三维点云数据；将所述三维点云数据按照所述单线激光雷达和所述测距仪的测量数据，分别获取所述单线激光雷达和所述测距仪的连续帧偏移量；
[0006]根据所述单线激光雷达和所述测距仪的测量数据的原理与特性，获取单帧点云数据的数量，将所述测距仪的连续帧偏移量按照所述单帧点云数据的数量平均分配补偿到所述三维点云数据中，获取所述测距仪的时态校正数据；
[0007]基于所述三维点云数据及所述单线激光雷达的测量数据，根据所述单线激光雷达扫描方向的前后及旋转角度的方向不同，获取所述单线激光雷达的时态校正数据；
[0008]将所述测距仪的时态校正数据与所述单线激光雷达的时态校正数据进行匹配和数据耦合，完成所述单线激光雷达与所述测距仪移动点云坐标的时态校正。
[0009]可选的，根据旋转电机驱动的所述单线激光雷达和所述测距仪耦合的仓储矿量盘点装备进行三维扫描，获取所述三维点云数据的方法包括：
[0010]构建单线激光雷达坐标系和局地物方坐标系，根据所述单线激光雷达坐标系获取所述单线激光雷达移动过程中三维点云的相对坐标，根据所述局地物方坐标系获取所述测距仪移动过程中的三维点云的绝对坐标，基于所述三维点云的相对坐标和所述三维点云的绝对坐标获取所述三维点云数据。
[0011]可选的，获取所述三维点云数据的计算方法为：
[0012][0013]其中，y'表示测距仪测量在局地物方坐标系中Y轴方向实时坐标，d表示激光测距仪量获取的实时距离，y”表示单线激光雷达测量得到目标点A在单线激光雷达坐标系中Y
’
轴方向坐标，y表示目标点A在局地物方坐标系中Y轴方向坐标，ρ分别表示仓储矿量盘点装备到空间点A点的距离，表示从ρ到Y
’
轴旋转的角度。
[0014]可选的，获取所述测距仪的连续帧偏移量的方法为：
[0015]y'
rec
＝y'
(j+1)0
‑
y'
j0
＝d
(j+1)0
‑
d
j0
[0016]其中，y'
rec
表示测距仪连续帧偏移量，y'
j0
表示第j帧测距仪测量在局地物方坐标系中Y轴方向实时坐标，d
j0
表示第j帧数据的测距仪获取的距离。
[0017]可选的，获取所述单线激光雷达的连续帧偏移量的方法为：
[0018][0019]y”rec
＝|y”(j+1)0
‑
y”j0
|
[0020]其中，y”j0
表示第j帧数据起始在单线激光雷达坐标系中Y'轴坐标，ρ
j0
表示第j帧数据仓储存量盘点设备到目标点A的空间距离，表示ρ
j0
到Y'轴的旋转角度，y”rec
表示单线激光雷达的连续帧偏移量。
[0021]可选的，获取所述测距仪的时态校正数据的方法为：
[0022][0023]其中，y'
j0
是第j帧数据的测距仪获取的距离，d
j0
表示第j帧数据的测距仪获取的距离，y'
ji
是校正后第j帧数据中第i个点测量时仓储矿量盘点装备在局地物方坐标系中Y轴的坐标，η是单线激光雷达的角度分辨率，δ表示单线激光雷达扫描视场角。
[0024]可选的，根据所述单线激光雷达扫描方向的前后及旋转角度的方向不同，获取所述单线激光雷达的时态校正数据，当所述单线激光雷达扫描方向相反方向旋转，且扫描点在所述单线激光雷达的后方时，所述单线激光雷达的时态校正数据计算方法为：
[0025][0026]其中，y”j0
是第j帧数据起始在单线激光雷达坐标系中Y'轴坐标，y”ji
是校正后第j帧数据中第i个点在单线激光雷达坐标系中Y'轴坐标。
[0027]可选的，根据所述单线激光雷达扫描方向的前后及旋转角度的方向不同，获取所述单线激光雷达的时态校正数据，当所述单线激光雷达扫描方向相同方向旋转，且扫描点在所述单线激光雷达的后方时，所述单线激光雷达的时态校正数据计算方法为：
[0028][0029]其中，y”j0
是第j帧数据起始在单线激光雷达坐标系中Y'轴坐标，ρ
j0
表示第j帧数据仓储存量盘点设备到目标点A的空间距离，表示ρ
j0
到Y'轴的旋转角度，y”ji
是校正后第j帧数据中第i个点在单线激光雷达坐标系中Y'轴坐标，η是单线激光雷达的角度分辨率，δ表示单线激光雷达扫描视场角。
[0030]可选的，根据所述单线激光雷达扫描方向的前后及旋转角度的方向不同，获取所述单线激光雷达的时态校正数据，当所述单线激光雷达扫描方向相同方向旋转，且扫描点在所述单线激光雷达的前方时，所述单线激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，其特征在于，包括以下步骤：根据旋转电机驱动的单线激光雷达和测距仪耦合的仓储矿量盘点装备进行三维扫描，获取三维点云数据；将所述三维点云数据按照所述单线激光雷达和所述测距仪的测量数据，分别获取所述单线激光雷达和所述测距仪的连续帧偏移量；根据所述单线激光雷达和所述测距仪的测量数据的原理与特性，获取单帧点云数据的数量，将所述测距仪的连续帧偏移量按照所述单帧点云数据的数量平均分配补偿到所述三维点云数据中，获取所述测距仪的时态校正数据；基于所述三维点云数据及所述单线激光雷达的测量数据，根据所述单线激光雷达扫描方向的前后及旋转角度的方向不同，获取所述单线激光雷达的时态校正数据；将所述测距仪的时态校正数据与所述单线激光雷达的时态校正数据进行匹配和数据耦合，完成所述单线激光雷达与所述测距仪移动点云坐标的时态校正。2.如权利要求1所述的单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，其特征在于，根据旋转电机驱动的所述单线激光雷达和所述测距仪耦合的仓储矿量盘点装备进行三维扫描，获取所述三维点云数据的方法包括：构建单线激光雷达坐标系和局地物方坐标系，根据所述单线激光雷达坐标系获取所述单线激光雷达移动过程中三维点云的相对坐标，根据所述局地物方坐标系获取所述测距仪移动过程中的三维点云的绝对坐标，基于所述三维点云的相对坐标和所述三维点云的绝对坐标获取所述三维点云数据。3.如权利要求2所述的单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，其特征在于，获取所述三维点云数据的计算方法为：其中，y'表示测距仪测量在局地物方坐标系中Y轴方向实时坐标，d表示激光测距仪量获取的实时距离，y”表示单线激光雷达测量得到目标点A在单线激光雷达坐标系中Y
’
轴方向坐标，y表示目标点A在局地物方坐标系中Y轴方向坐标，ρ分别表示仓储矿量盘点装备到空间点A点的距离，表示从ρ到Y
’
轴旋转的角度。4.如权利要求1所述的单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，其特征在于，获取所述测距仪的连续帧偏移量的方法为：y'
rec
＝y'
(j+1)0
‑
y'
j0
＝d
(j+1)0
‑
d
j0
其中，y'
rec
表示测距仪连续帧偏移量，y'
j0
表示第j帧测距仪测量在局地物方坐标系中Y轴方向实时坐标，d
j0
表示第j帧数据的测距仪获取的距离。5.如权利要求1所述的单线激光雷达与测距仪移动摆扫的点云坐标时态校正方法，其特征在于，获取所述单线激光雷达的连续帧偏移量的方法为：y
″
rec
＝|y
″
(j+1)0
‑
y
″
j0
|
其中，y
″
j0
表示第j帧数据起始在单线激光雷达坐标系中Y'轴坐标，ρ
j0
表示第j帧数据仓储存量盘点设备到目标点A的空间距离，表示ρ
j0
到Y'轴的旋转角度，y
″
rec
表示单线激光雷达的连续帧偏移...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志华，彭苏萍，彭远航，林佳轩，李元元，王泽杰，武静，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：