一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法及系统技术方案

本申请涉及智能运输，公开一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法及系统，所述系统包括：智能卡车、轮胎吊和设置在智能卡车两侧的单线激光雷达；所述方法通过安装在智能卡车的两侧单线激光雷达扫描轮胎吊的前后横梁，通过特征点提取的方式提取到轮胎吊前后横梁内侧中曲率最大的角点，最后根据几何关系求解智能卡车相对轮胎吊的相对位置。因此，本申请能够解决现有技术中使用多线激光雷达造成的硬件成本高，运算时间长的问题。运算时间长的问题。运算时间长的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法及系统


[0001]本申请属于智能运输，涉及一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，交通运输数字化转型、智能化升级、融合化发展的发展目标和实施路径等相关技术，加快推动了智慧交通建设发展。使用新技术赋能港口的少人化，自动化，智能化改造。技术的发展提高港口的运行效率，增加港口的安全性，减少人员的参与。一方面通过这些进步增加港口本身的竞争力，另一方面进一步提高生产力，促进港口高效运转。港口少人化的过程中轮胎吊是一个港口作业中非常重要的角色，需要智能卡车能够自动精准的停靠在轮胎吊的中间位置，便于轮胎吊的作业。然而智能卡车在轮胎吊下方面临全局定位精度不够，并且轮胎吊和周围集装箱堆场的遮挡容易遮挡外部信号，从而导致全球定位系统进入轮胎吊下方定位精度不够，无法满足智能卡车精准停靠在轮胎吊下方的要求。因此需要轮胎吊下方的相对精准的定位方法。
[0003]现有技术中公开号为CN111776948B的中国专利技术专利，公开了一种轮胎吊定位方法及装置，将40线激光雷达安装在智能重卡上的40线激光雷达，并固定安装反射板在轮胎吊上。该方法通过将反射板固定安装在轮胎吊上，40线激光雷达安装在智能重卡上，采用40线激光雷达对智能重卡环境感知，并提取反射率大于设定阈值的点云数据，实现了港口自动化装卸箱过程中轮胎吊位置精准定位，使其满足轮胎吊的定位精度要求，从而协助智能重卡完成港口自动化装卸箱操作。
[0004]然而上述技术使用了40线激光雷达，对硬件要求高，且运算量很大，也就造成了使用成本过高的问题。

技术实现思路

[0005]为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
[0006]为了解决相关技术中存在的问题，本公开实施例提供了一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法及系统，用以解决现有技术中使用多线激光雷达造成的硬件成本高，运算时间长的问题。
[0007]在一些实施例中，提供了一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法，应用于轮胎吊定位系统，所述轮胎吊定位系统，包括：智能卡车、轮胎吊和设置在智能卡车两侧的单线激光雷达，所述方法包括：智能卡车运行至轮胎吊下方的作业对接区域；单线激光雷达向上方扫描轮胎吊的前后横梁，采集到原始点云图；将点云图结合单线激光雷达的位置，转换成以智能卡车的所在坐标系内的点云图，作为第二点云图；
将第二点云图，以智能卡车中心作为中心位置将对应的水平投影分成左前、左后、右前、右后的四块第二点云图；对左前、左后、右前、右后的四块第二点云图中的每个点进行曲率计算；分别识别出四块第二点云图上的曲率最大的点，作为智能卡车与轮胎吊的前后横梁在水平投影上相交的四个角点；通过在第二点云图的四个角点坐标和智能卡车的中心位置，识别出智能卡车与轮胎吊的偏差，进行调整。
[0008]优选的，对左前、左后、右前、右后的四块第二点云图中的每个点进行曲率计算，包括：设左前、左后、右前、右后的四块第二点云图的点云分别为，，，；其中，表示左前第二点云图的点，表示左后第二点云图的点，表示右前第二点云图的点，表示右后第二点云图的点；分别对每一块第二点云图计算每一个点的曲率c，第i个点曲率的定义如下：；
[0009]其中，表示有序点云第i个点的曲率，表示有序点云第i个点的三维空间坐标系向量，表示有序点云第i+n个点的三维空间坐标系的向量，表示有序点云第i
‑
n个点的三维空间坐标系的向量，表示对一个三维向量的取模的运算。
[0010]优选的，分别识别出四块第二点云图上的曲率最大的点，作为智能卡车与轮胎吊的前后横梁在水平投影上相交的四个角点，包括：获取角点时曲率要求的最小值c_min；对每个每一个点的曲率c进行筛选，过滤掉小于c_min的点；通过曲率的排序分别选出曲率最大的点分别是
[0011]，，；其中，表示在左前第二点云图的曲率最大的点的坐标值；表示在左后第二点云图的曲率最大的点的坐标值；表示在右前第二点云图的曲率最大的点的坐标值；表示在
右后第二点云图的曲率最大的点的坐标值。
[0012]优选的，通过在第二点云图的四个角点坐标和智能卡车的中心位置，识别出智能卡车与轮胎吊的偏差，包括：曲率最大的四个点任意选其中的三个点可以求解出轮胎吊横梁下平面G；通过点和点可以求解得到轮胎吊前横梁直线L1，通过点和点求解后横梁直线L2；直线L1的表示为；
[0013]直线L2的表示为；
[0014]其中，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中z轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中z轴的值，t1属于直线L1的表示的参数；表示直线L2的一个点在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中z轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中z轴的值，t2属于直线L2的表示的参数；
[0015]将智能卡车的中心坐标点O垂直投影到平面G，得O'=，然后根据三维空间点和线的距离公式求解O'与L1和欧式距离d1；；其中，表示对这个三维向量的模运算，表示直线
L1的方向向量在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中z轴的值；
[0016]表示对向量与向量的叉乘的模运算，表示点O'三维空间坐标系一个x轴的值，表示点O'三维空间坐标系一个y轴的值，表示点O'三维空间坐标系一个z轴的值。表示直线L1的一个点在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中z轴的值；同理根据三维空间系统点与直线的距离求解O'与L2和欧式距离d2；；其中表示对这个三维向量的模运算，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中x轴的值表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中z轴的值，表示对向量与向量的叉乘的模运算，表示点O'三维空间坐标系一个x轴的值，表示点O'三维空间坐标系一个y轴的值，表示点O'三维空间坐标系一个z轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中z轴的值。
[0017]智能卡车中心与轮胎吊的前横梁的下方直线L1的距离为d1，智能卡车中心与轮胎吊的后横梁的下方直线L2的距离为d2，得到智能卡车中心相对轮胎吊的中心直线的位置d；向量相对智能卡车中心坐标系的航向角为heading1，向量相对智本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单线激光雷达的轮胎吊定位方法，其特征在于，应用于轮胎吊定位系统，所述轮胎吊定位系统，包括：智能卡车、轮胎吊和设置在智能卡车两侧的单线激光雷达，所述方法包括：智能卡车运行至轮胎吊下方的作业对接区域；单线激光雷达向上方扫描轮胎吊的前后横梁，采集到原始点云图；将点云图结合单线激光雷达的位置，转换成以智能卡车的所在坐标系内的点云图，作为第二点云图；将第二点云图，以智能卡车中心作为中心位置将对应的水平投影分成左前、左后、右前、右后的四块第二点云图；对左前、左后、右前、右后的四块第二点云图中的每个点进行曲率计算；分别识别出四块第二点云图上的曲率最大的点，作为智能卡车与轮胎吊的前后横梁在水平投影上相交的四个角点；通过在第二点云图的四个角点坐标和智能卡车的中心位置，识别出智能卡车与轮胎吊的偏差，进行调整。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对左前、左后、右前、右后的四块第二点云图中的每个点进行曲率计算，包括：设左前、左后、右前、右后的四块第二点云图的点分别为，，，，其中，表示左前第二点云图的点，表示左后第二点云图的点，表示右前第二点云图的点，表示右后第二点云图的点；分别对每一块第二点云图计算每一个点的曲率c，第i个点曲率的定义如下：；其中，表示有序点云第i个点的曲率，表示有序点云第i个点的三维空间坐标系向量，表示有序点云第i+n个点的三维空间坐标系的向量，表示有序点云第i
‑
n个点的三维空间坐标系的向量，表示对一个三维向量的取模的运算。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，分别识别出四块第二点云图上的曲率最大的点，作为智能卡车与轮胎吊的前后横梁在水平投影上相交的四个角点，包括：获取角点时曲率要求的最小值c_min；对每个每一个点的曲率c进行筛选，过滤掉小于c_min的点；通过曲率的排序分别选出曲率最大的点分别是，，，；
其中，表示在左前第二点云图的曲率最大的点的坐标值；表示在左后第二点云图的曲率最大的点的坐标值；表示在右前第二点云图的曲率最大的点的坐标值；表示在右后第二点云图的曲率最大的点的坐标值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过在第二点云图的四个角点坐标和智能卡车的中心位置，识别出智能卡车与轮胎吊的偏差，包括：曲率最大的四个点任意选其中的三个点可以求解出轮胎吊横梁下平面G；通过点和点可以求解得到轮胎吊前横梁直线L1，通过点和点求解后横梁直线L2；直线L1的表示为；直线L2的表示为；其中，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L1的一个点在三维空间坐标中z轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中z轴的值，t1属于直线L1的表示的参数；表示直线L2的一个点在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L2的一个点在三维空间坐标中z轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中y轴的值，表示直线L2的方向向量在三维空间坐标中z轴的值，t2属于直线L2的表示的参数；将智能卡车的中心坐标点O垂直投影到平面G，得O'=，然后根据三维空间点和线的距离公式求解O'与L1和欧式距离d1；；其中，表示对这个三维向量的模运算，
其中表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中x轴的值，表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中y轴的值；表示直线L1的方向向量在三维空间坐标中z轴的值；表示对向量与向量的叉乘的模运算，表示点O'三维空间坐标系一个x轴的值，表示点O'三维空间坐标系一个y轴的值，表示点O'三维空间坐标系一个z轴的值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锐，张柏洋，张泽耿，曹东璞，
申请(专利权)人：深圳慧拓无限科技有限公司，
类型：发明
国别省市：