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专利号: 2021101959241
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,在吊车吊臂的顶端装有激光雷达,激光雷达获取扫描范围内所有障碍物的点云数据,其特征是包括以下步骤:步骤1):建立以激光雷达的发射点为坐标原点O1,以竖直方向向下为z轴正方向,以垂直于z轴向着吊臂方向为x轴正方向的三维坐标系B1,三维坐标系B1的y轴垂直于x、z轴且在吊臂的水平转动平面上;

步骤2):把所有障碍物的点云分为若干个簇,每个簇代表不同障碍物对应的点云,将每个簇的点云投影到栅格地图上,关联相邻两帧的障碍物的特征信息,识别出相邻两帧的同一障碍物;

步骤3)针对相邻两帧中的同一障碍物,取同一障碍物的上一帧为对象,在该障碍物对应的簇中选取不共线的q个特征点为D1,D2,D3,…,Dq,在当前帧找到这q个特征点为D1e,D2e,D3e,…,Dqe;通过激光雷达扫描获取当前帧q个特征点的横向扫描角度β,纵向扫描角度α和到激光雷达发射点的直线距离L;

步骤4)建立以吊臂转动中心O2为原点的三维坐标系B2,坐标系B2中u轴与坐标系B1中的x轴方向并行且相反,坐标系B2中的w轴方向与坐标系B1中z轴方向并行且相反,坐标系B2中v轴方向与坐标系B1中y轴方向并行且相同;

步骤5)把上一帧特征点D1,D2,D3,…,Dq投影到平面uO2v上,投影点为d1,d2,d3,…,dq,原点O1投影到平面uO2v,投影点为O1pr,模拟计算出当前帧q个特征点D1e,D2e,D3e,…,Dqe在平面uO2v上的模拟投影点为d1pr,d2pr,d3pr,…,dqpr,计算出上一帧特征点D1,D2,D3,…,Dq经过相邻两帧的时间间隔后的横向扫描角度β'me,纵向扫描角度α'me和激光雷达发射点到特征点之间的距离Lme'分别为:O2dmpr是O2与dmpr两

点之间距离,O1prdmpr是O1pr与dmpr两点之间的距离, um与vm分别为投

影点dm对应的u,v轴的坐标值, σ是O2dm与u轴的夹角,ω为吊车吊臂上一帧

的角速度,δ为吊车吊臂上一帧的角加速度,t为相邻时间间隔,1≤m≤q,zm为特征点m在坐标系B1中z轴的坐标值;

再计算出Lme',α'me,β'me与L,α,β两者的相似程度

1≤m≤q;

步骤6)将相似程度 与设定阈值 作比较,若 则障碍物为静态障碍物,反之,则

障碍物为动态障碍物;若障碍物为动态障碍物,计算出其绝对速度和方向。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,其特征是:步骤2)中,对障碍物点云进行凸包提取,得到最小矩形边框,将边框大小Ii、长宽比Ji、点云密度Gi及中心点高度Hi作为障碍物的特征信息,对相邻两帧的障碍物的特征数据进行关联计算,获取相邻两帧所有障碍物相互关联的概率,若概率最大值大于等于预定的阈值,则最大值对应的两帧的障碍物为同一障碍物。

3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,其特征是:所述的边框大小Ii=a+b、长宽比Ji=a/b、点云密度Gi=N/(ab),中心点高度Hi为第i个簇中所有点的z轴坐标的平均值,a和b分别是矩形边框的长和宽,N是矩形边框内该障碍物的点云数目。

4.根据权利要求2所述的基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,其特征是:所述的相互关联的概率F(g,j)=γ1PI(g,j)+γ2PJ(g,j)+γ3PK(g,j)+γ4PH(g,j),F(g,j)是上一帧第g个簇与当前帧第j个簇相互关联的概率,1≤g≤s,1≤j≤s,s是簇的总个数,γ1+γ2+γ3+γ4=1,0≤γ1、γ2、γ3、γ4≤1,γ1、γ2、γ3、γ4分别表示四个关联特征的权重因子,Ig、Ij分别是上一帧第g个簇与当前帧第j个簇矩形边框的大小,Jg、Jj分别是上一帧第g个簇与当前帧第j个簇矩形边框的长宽比,Gg、Gj分别是上一帧第g个簇与当前帧第j个簇矩形边框的点云密度,Hg、Hj分别是上一帧第g个簇与当前帧第j个簇的中心点高度。

5.根据权利要求1所述的基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,其特征是:步骤6)中,以O1点为圆心,以O1与动态障碍物的中心点坐标Q之间的距离为半径作球得球坐标,动态障碍物相对于坐标系B1的速度矢量为其相对速度,将相对速度矢量分解为三个矢量得到相对速度矢量 动态障碍物的绝对速度矢量为牵连速度矢量 ω为吊臂转动时的角速度,l为吊臂长度,为坐标系B1

中y轴的单位向量,VL方向为O1Q方向,Vα方向为与VL方向垂直且与球相切且沿着α增大的方向,Vβ的方向与VL方向垂直且与球相切,且沿着β增大的方向,VL的值为点Q在瞬时O1Q距离L的瞬时速度 为时间间隔内角度值的变化速度, 为三个速度矢量的单位向量。

6.根据权利要求1所述的基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,其特征是:步骤2)中,把点云中的点分为核点、边缘点和离群点三类,计算点云中点K1(x1,y1,z1)与空间中点K2的欧式距离 x2,y2,z2分别为点K2的三维坐标值,依次计算K1与K3,K4,……,Kn的欧式距离,若K1满足有至少有M个两点之间的欧式距离小于邻近区域的半径E,则K1点标记为核点,若存在K1与另一点之间的欧式距离小于邻近区域的半径E但未满足有M个,则K1点为边缘点,若既不是核点又不是边缘点,则为离群点,不属于同一障碍物,将离群点剔除,E和M分别代表在一个点周围邻近区域的半径和邻近区域内至少包含点的个数。

7.根据权利要求6所述的基于激光雷达的吊车动态障碍物识别方法,其特征是:依次对K1,K2,K3,……,Kn检验其是否为核点,为第一个核点建立一个新的簇C1,将所有该核点邻近范围内的点囊括到该簇中,将邻近范围内的核点邻近范围内的点也加入到该簇C1中,如此添加点到簇C1中去,直到C1不能再拓展为止,簇C1完成,排除了簇C1以外的点中选取核点,形成新的簇,生成若干个新的簇。