[发明专利]一种基于激光点云距离序列的井下定位方法

说明书

一种基于激光点云距离序列的井下定位方法，其步骤为：S1测量井下巷道中岔路口的位置；S2计算巷道内各岔路口的距离，形成全局距离序列；S3利用激光雷达实时获取的点云数据，检测巷道内邻近雷达的岔路口，计算各岔路口间的距离，并形成距离序列；S4将提取的邻近岔路口距离序列与全局距离序列进行匹配，获取雷达位置，也就是目标位置。本发明基于巷道内岔路口位置的随机性，利用岔路口间距离序列的匹配实现目标定位。可以有效避免井下环境相似导致的定位困难，仿真结果也表明这种基于距离序列的方法对于井下巷道内的目标定位具有良好效果。

技术领域

本发明给出了一种矿井内具有多个岔路口的巷道内车辆、行人等目标的定位方法，应用于无GPS信号的矿井场景，属于利用激光雷达信号的目标定位领域。

背景技术

在井下采矿物的过程中，矿井内的巷道会连接多个采矿区，每个采矿区都会对应巷道上的岔路口，由于岔路口的形状非常相似，车辆或人员在巷道内行进的过程中，难以获得准确位置，为了确认自己的位置，通常会以非常慢的速度行进，以免错过或进入错误的岔路口。目前常用的定位系统都面临一些缺陷，如GPS、北斗等导航定位系统尽管有很高的定位精度，但由于矿井内无卫星信号或者卫星信号非常微弱，使得这些成熟的定位设备难以使用。RFID（无线射频识别）技术也可以实现定位，但需要预先安置大量的RFID模块，且定位精度不高。

激光雷达具有很高的测距精度，在无人驾驶等领域已有大量实验应用。基于激光雷达的SLAM（即时定位与地图构建）技术是一种有效的3D建模与定位方法，但在井下巷道内，只有墙壁和岔路口，缺乏其他有效的纹理信息，尤其是使用扫描线数较少的激光雷达时，容易产生误配和错配。

在预先测量的各岔路口的位置的基础上，通过各岔路口间的距离构成一种表示各个岔路口特点的编码数据序列，通过这种距离序列的匹配可以实现快速准确的巷道内目标定位。

发明内容

本发明的目的是针对矿井内目标定位精度低的问题，提供了一种利用岔路口的距离序列进行目标定位的技术，以提高矿井巷道内车辆和行人的实时定位精度。

本发明遵循了以下的技术方案：一种基于激光点云距离序列的井下定位方法，包括以下步骤：

S1 测量井下巷道中各岔路口的实际位置。

S2 基于S1测量的结果，对任意岔路口A_i，计算其与邻近的各岔路口A_i+1, A_i+2, A_i+3,…间的距离，并形成全局距离序列。

S3 利用携带的激光雷达实时获取的点云数据，检测巷道内与激光雷达邻近的岔路口，并计算岔路口间的距离，形成距离序列。

S4 将提取的邻近岔路口距离序列与全局距离序列进行匹配，获取目标位置。

所述S1在实现中可以采用激光雷达，也可以采用其他现有的测量手段，对井下的岔路口进行测量。

所述S2在具体的实现中，由于岔路口有一定宽度，岔路口与巷道会形成两个相交位置，该位置称为角点，结合激光雷达的扫描特性，计算距离时，均已远离激光雷达的角点为参考点。在计算距离时，不仅计算与最近邻近岔路口的距离，还需要计算在激光雷达测量范围内的其他岔路口间的距离。对计算得到的距离按照升序排列可形成距离序列，巷道内所有岔路口的距离序列的集合就构成了全局距离序列。

所述S3中采用手持或车载激光雷达测量，通过对激光点云的处理获得各岔路口的距离，距离序列的计算过程与S2计算过程类似。