水下机器人隧洞定位方法技术

本发明专利技术提供一种水下机器人隧洞定位方法

【技术实现步骤摘要】
水下机器人隧洞定位方法、系统、计算机设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及水下检测
，具体而言涉及水下机器人隧洞定位方法
、
系统
、
计算机设备及存储介质
。

技术介绍

[0002]在水利工程中为了输水或泄洪，常穿山开挖建成封闭式的输水道，称为水工隧洞
。
水工隧洞是在山体中开凿的引水或泄水的水工建筑物，是水利枢纽中的重要组成部分之一
。
由于水工隧洞内长期通水，容易对水工隧洞产生局部空蚀
、
开裂
、
渗漏等问题
。
在水工隧洞建成或后期养护时，需要对水工隧洞进行质量检测，确保水工隧洞的安全使用
。
[0003]由于隧洞内氧气稀薄，并存在有毒气体，导致人工肉眼观察和手持设备检查效率降低；且部分水工隧洞由于洞径较小，人员或大型车辆无法进入水工隧洞进行检测，造成水工隧洞检测困难
。
[0004]随着机器人技术的不断发展，水下机器人应运而生，水下机器人具有体积小，灵活性强等特点，因此采用水下机器人代替人工进行隧洞检修作业成为趋势
。
在隧洞环境中，水下机器人如何对检测到出现局部空蚀
、
开裂
、
渗漏等问题的隧洞位置进行精准定位是隧洞检测的重点与难点之一
。
现有技术中采用单一定位数据源对水下机器人进行定位，受隧洞中恶劣环境的影响，定位存在较大误差，难以达到作业要求
。
专利技术内容
[0005]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，本专利技术第一方面提供一种水下机器人隧洞定位方法，包括以下步骤：
[0006]步骤
1、
获取水下机器人的多张视觉图像；
[0007]步骤
2、
根据所述多张视觉图像和水下激光雷达的采样数据，获取在相邻采样时刻水下机器人的相对位置姿态；
[0008]步骤
3、
通过惯性导航元件获取水下机器人的惯性导航数据；
[0009]步骤
4、
根据所述相对位置姿态和所述惯性导航数据，得到所述水下机器人在隧洞中的综合定位
。
[0010]进一步的，所述步骤1中，获取水下机器人的多张视觉图像，包括以下步骤：
[0011]步骤
1.1、
获取双目相机拍摄的每张图像中任一点在左坐标系中的第一坐标和在右坐标系中的第二坐标；
[0012]步骤
1.2、
根据三角测量原理测量第一坐标和第二坐标，得到所述任一点在实际坐标系下的坐标；
[0013]步骤
1.3、
根据所述图像中的多个实际坐标系下的坐标的集合，得到初始图像；
[0014]步骤
1.4、
对所述初始图像进行校正处理，得到视觉图像
。
[0015]进一步的，所述步骤
1.4
中，对所述初始图像进行校正处理，得到视觉图像包括以下步骤：
[0016]步骤
1.41、
针对所述初始图像，将所述初始图象坐标归一化，得到所述初始图象上的归一化坐标；
[0017]步骤
1.42、
根据所述归一化坐标
、
径向畸变校正系数和切向畸变校正系数，对所述初始图象进行畸变矫正，得到所述初始图象上的校正坐标；
[0018]步骤
1.43、
将所述校正坐标通过参数矩阵投影到像素平面，获取所述水下机器人的视觉图像
。
[0019]进一步的，所述步骤2中，根据所述多张视觉图像和水下激光雷达的采样数据，获取在相邻采样时刻水下机器人的相对位置姿态，包括以下步骤：
[0020]步骤
2.1、
获取隧洞环境坐标系下的地标的位置；
[0021]步骤
2.2、
通过水下激光雷达采集所述水下激光雷达在相邻采样时刻的左右驱动轮的移动距离；
[0022]步骤
2.3、
根据所述多张视觉图像
、
所述左右驱动轮的移动距离和所述地标的位置，得到所述相对位置姿态
。
[0023]进一步的，所述步骤3中，通过惯性导航元件获取水下机器人的惯性导航数据，包括以下步骤：
[0024]步骤
3.1、
获取所述惯性导航元件采集的运行数据；
[0025]步骤
3.2、
根据所述运行数据得到所述惯性导航数据
。
[0026]进一步的，所述步骤
3.2
中，根据所述运行数据得到所述惯性导航数据，包括以下步骤：
[0027]步骤
3.21、
获取所述运行数据的偏移误差；
[0028]步骤
3.22、
根据所述运行数据和所述偏移误差得到所述惯性导航数据
。
[0029]进一步的，所述步骤4中，根据所述相对位置姿态和所述惯性导航数据，得到所述水下机器人在隧洞中的综合定位，包括以下步骤：
[0030]步骤
4.1、
根据所述惯性导航数据得到所述水下机器人的线性加速度；
[0031]步骤
4.2、
根据所述相对位置姿态和所述线性加速度，得到所述综合定位
。
[0032]本专利技术第二方面提出一种水下机器人隧洞定位系统，包括：远程
NUC
处理器
、
双目相机
、
惯性导航元件和电机系统，所述远程
NUC
处理器分别与所述双目相机
、
所述惯性导航元件和所述电机系统通信连接；
[0033]其中，所述双目相机，用于采集水下机器人的图像；
[0034]所述惯性导航元件，用于获取所述水下机器人的惯性导航数据；
[0035]所述电机系统，用于驱动所述水下机器人在隧洞中运行；
[0036]所述远程
NUC
处理器，用于根据所述双目相机采集到的多张视觉图像
、
根据所述多张视觉图像和水下激光雷达的采样数据，获取在相邻采样时刻水下机器人的相对位置姿态以及根据所述相对位置姿态和所述惯性导航数据，得到所述水下机器人在隧洞中的综合定位
。
[0037]本专利技术第三方面提出一种计算机设备，包括存储器
、
处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术第一方面提出的一种水下机器人隧洞定位方法的步骤
。
[0038]本专利技术第四方面提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计
算机程序被处理器执行时实现本专利技术第一方面提出的一种水下机器人隧洞定位方法的步骤
。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0040]本专利技术通过获取水下机器人的多张本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水下机器人隧洞定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
获取水下机器人的多张视觉图像；步骤
2、
根据所述多张视觉图像和水下激光雷达的采样数据，获取在相邻采样时刻水下机器人的相对位置姿态；步骤
3、
通过惯性导航元件获取水下机器人的惯性导航数据；步骤
4、
根据所述相对位置姿态和所述惯性导航数据，得到所述水下机器人在隧洞中的综合定位；其中，在步骤1中，以如下步骤获取水下机器人的多张视觉图像：步骤
1.1、
获取双目相机拍摄的每张图像中任一点在左坐标系中的第一坐标和在右坐标系中的第二坐标；步骤
1.2、
根据三角测量原理测量第一坐标和第二坐标，得到所述任一点在实际坐标系下的坐标；步骤
1.3、
根据所述图像中的多个实际坐标系下的坐标的集合，得到初始图像；步骤
1.4、
对所述初始图像进行校正处理，得到视觉图像
。2.
根据权利要求1所述的水下机器人隧洞定位方法，其特征在于，在步骤
1.4
中，对所述初始图像进行校正处理，得到视觉图像包括以下步骤：步骤
1.41、
针对所述初始图像，将所述初始图象坐标归一化，得到所述初始图象上的归一化坐标；步骤
1.42、
根据所述归一化坐标
、
径向畸变校正系数和切向畸变校正系数，对所述初始图象进行畸变矫正，得到所述初始图象上的校正坐标；步骤
1.43、
将所述校正坐标通过参数矩阵投影到像素平面，获取所述水下机器人的视觉图像
。3.
根据权利要求2所述的水下机器人隧洞定位方法，其特征在于，定义平面点的坐标为
(x,y)
，归一化后为
[x,y]
T
，径向畸变后为
[x
distorted
,y
distorted
]
T
，径向畸变校正系数为
k1,k2,k3，径向畸变的图像校正公式为：切向畸变的图像校正的公式为：式中，
p1和
p2表示切向畸变校正系数；初始图象上的校正坐标：针对相机坐标系中的一点
p(x,y,z)
，通过
k1,k2,k3，
p1和
p2获取校正后的隧洞水下机器人视觉图像，得到该坐标点在初始图象上的校正坐标：
校正后的隧洞水下机器人视觉图像：式中，
c
x
和
c
y
表示校正系数
。4.
根据权利要求1所述的水下机器人隧洞定位方法，其特征在于，所述步骤2中，根据所述多张视觉图像和水下激光雷达的采样数据，获取在相邻采样时刻水下机器人的相对位置姿态，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文辉，李贻凯，叶复萌，彭煜民，贺儒飞，李尧，张豪，赵增涛，
申请(专利权)人：南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院，
类型：发明
国别省市：