本技術(shù)涉及計算機(jī)，尤其涉及一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、無人化礦車的自動駕駛從技術(shù)上可劃分為感知模塊、建圖定位模塊、決策模塊、規(guī)劃模塊以及控制模塊五大模塊。其中建圖定位模塊負(fù)責(zé)構(gòu)建并維護(hù)車輛行駛環(huán)境的地圖，并實時確定車輛在地圖中的位置。為車輛提供準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航基礎(chǔ)，確保車輛能夠在復(fù)雜多變的礦山環(huán)境中安全、準(zhǔn)確地行駛。

2、現(xiàn)有技術(shù)的建圖定位模塊通過激光雷達(dá)和組合導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)同配合，得到礦車當(dāng)前位姿的精確估計，然后在獲得礦車位姿后，通過點云匹配算法對相鄰幀的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和匹配，經(jīng)過位姿估算和點云數(shù)據(jù)匹配后，可以將激光雷達(dá)獲取的點云數(shù)據(jù)按照精確的位姿信息拼接起來，形成全局一致的高精度點云地圖。

3、然而，在礦山場景中，由于山體采掘面會隨著生產(chǎn)進(jìn)程而發(fā)生推移，不同時間維度上的點云地圖在結(jié)構(gòu)上不一致，因此僅依賴上一個周期的建圖結(jié)果會導(dǎo)致礦車根據(jù)過時的信息進(jìn)行路徑規(guī)劃，從而誤判可行駛區(qū)域和山體邊緣位置，進(jìn)而導(dǎo)致礦車在作業(yè)過程中路徑規(guī)劃錯誤降低作業(yè)效率，甚至導(dǎo)致發(fā)生事故風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，用以解決礦車由于依賴上一個周期的建圖結(jié)果，造成對可行駛區(qū)域和山體邊緣位置，最終導(dǎo)致礦車在作業(yè)過程中路徑規(guī)劃錯誤降低作業(yè)效率，甚至導(dǎo)致發(fā)生事故風(fēng)險的問題。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法，包括：

3、獲取礦車上慣性測量單元采集的m幀imu數(shù)據(jù)和所述礦車上激光雷達(dá)采集的n幀第一點云數(shù)據(jù)，m和n是大于或等于1的正整數(shù)；

4、根據(jù)m幀所述imu數(shù)據(jù)和n幀所述第一點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述礦山場景下的全局點云地圖；

5、實時采集第二點云數(shù)據(jù)，并通過所述第二點云數(shù)據(jù)對所述全局點云地圖進(jìn)行局部更新；

6、從所述全局點云地圖中刪除地面點得到高程點云地圖；

7、對于所述高程點云地圖中的每個點，確定所述點周圍預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)的相鄰點數(shù)量，并將所述相鄰點數(shù)量大于或等于預(yù)設(shè)鄰點數(shù)量閾值的點確定為核心點，以將所述預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)的相鄰點和所述核心點添加到一個點簇中；

8、根據(jù)所述高程點云地圖中不存在于任何點簇中的點生成山體邊緣數(shù)據(jù)，以根據(jù)所述山體邊緣數(shù)據(jù)生成柵格地圖。

9、在一種可能的實施方式中，從所述全局點云地圖中刪除地面點得到高程點云地圖，包括：

10、多次執(zhí)行地面點集的確定過程，得到多個地面點集，每次執(zhí)行所述地面點集的確定過程得到一個所述地面點集；

11、從多個地面點集中確定包括地面點數(shù)量最大的地面點集，作為目標(biāo)地面點集，并從所述全局點云地圖中刪除所述目標(biāo)地面點集，得到高程點云地圖；

12、其中，所述地面點集的確定過程，包括：

13、從所述全局點云地圖中隨機(jī)選取三個參考點，以確定通過所述三個參考點的平面；

14、計算所述全局點云地圖中每個點與所述平面的距離；

15、根據(jù)所述全局點云地圖中所述距離小于或等于預(yù)設(shè)距離閾值的點生成一個地面點集。

16、在一種可能的實施方式中，根據(jù)所述高程點云地圖中不存在于任何點簇中的點生成山體邊緣數(shù)據(jù)，包括：

17、將所述高程點云地圖中不存在于任何點簇中的點作為山體邊緣點；

18、對所述山體邊緣點進(jìn)行平滑處理，得到平滑山體邊緣點；

19、對所述平滑山體邊緣點進(jìn)行連續(xù)性檢查，得到連續(xù)性檢查結(jié)果；

20、若所述連續(xù)性檢查結(jié)果表示所述平滑山體邊緣點存在連續(xù)性，則根據(jù)所述平滑山體邊緣點生成所述山體邊緣數(shù)據(jù)。

21、在一種可能的實施方式中，根據(jù)m幀所述imu數(shù)據(jù)和n幀所述第一點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述礦山場景下的全局點云地圖，包括：

22、對于第i幀第一點云數(shù)據(jù)，根據(jù)第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)和第i幀第一點云數(shù)據(jù)之間采集的所述imu數(shù)據(jù)，計算得到第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)和第i幀第一點云數(shù)據(jù)之間的第一運(yùn)動參數(shù)，作為第i個第一運(yùn)動參數(shù)，所述imu數(shù)據(jù)包括加速度和角速度，所述第一運(yùn)動參數(shù)包括：位移量和角度變化量，所述i是大于或等于2且小于或等于所述n的正整數(shù)；

23、對第i幀第一點云數(shù)據(jù)和第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，得到第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)和第i幀第一點云數(shù)據(jù)之間的第二運(yùn)動參數(shù)；

24、通過第i個所述第二運(yùn)動參數(shù)對第i個所述第一運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到第i個目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)；

25、根據(jù)第i個所述目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)對第i-1個礦車位姿信息進(jìn)行更新，得到第i個礦車位姿信息，第1個礦車位姿信息為初始位姿信息；

26、對n個礦車位姿信息進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，得到n個優(yōu)化礦車位姿信息；

27、根據(jù)n幀第一點云數(shù)據(jù)的n個優(yōu)化礦車位姿信息，將n個所述第一點云數(shù)據(jù)生成全局點云地圖。

28、在一種可能的實施方式中，對第i幀和第i-1幀進(jìn)行匹配，包括：

29、對于第i幀第一點云數(shù)據(jù)和所述第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)中的任意一幀，將所述幀第一點云數(shù)據(jù)分割為多條掃描線，每條所述掃描線包括所述幀第一點云數(shù)據(jù)中的多個點；

30、對每條所述掃描線中的所述每個點，計算所述點的曲率；

31、將所述曲率大于或等于預(yù)設(shè)曲率閾值的點確定為特征點；

32、對第i幀第一點云數(shù)據(jù)中的特征點和第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)中的特征點進(jìn)行匹配。

33、在一種可能的實施方式中，根據(jù)n幀第一點云數(shù)據(jù)的n個優(yōu)化礦車位姿信息，將n個所述第一點云數(shù)據(jù)生成全局點云地圖，包括：

34、確定每幀第一點云數(shù)據(jù)中的靜態(tài)對象點，所述靜態(tài)對象點是動態(tài)對象點之外的點；

35、根據(jù)n個所述優(yōu)化礦車位姿信息，對n個所述第一點云數(shù)據(jù)中的靜態(tài)對象點轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中；

36、對所述世界坐標(biāo)系中的所述靜態(tài)對象點進(jìn)行拼接，得到所述全局點云地圖。

37、在一種可能的實施方式中，通過所述第二點云數(shù)據(jù)對所述全局點云地圖進(jìn)行局部更新，包括：

38、從所述全局點云地圖中提取第一關(guān)鍵點，以及，從所述第二點云數(shù)據(jù)中提取出第二關(guān)鍵點；

39、獲取每個所述第一關(guān)鍵點周圍的第一關(guān)鍵幾何特征，以及，獲取每個所述第二關(guān)鍵點周圍的第二關(guān)鍵幾何特征；

40、將所述第一關(guān)鍵幾何特征和所述第二關(guān)鍵幾何特征進(jìn)行匹配，得到第一匹配度，并將所述第一匹配度大于或等于預(yù)設(shè)匹配度閾值的第二關(guān)鍵幾何特征在第二點云數(shù)據(jù)中對應(yīng)的點云子地圖，作為目標(biāo)點云子地圖；

41、將所述第二點云數(shù)據(jù)和所述目標(biāo)點云子地圖進(jìn)行匹配，得到第二匹配度，并通過所述第二點云數(shù)據(jù)對所述第二匹配度大于或等于預(yù)設(shè)匹配度閾值時對應(yīng)的目標(biāo)點云子地圖，進(jìn)行更新。

42、第二方面，本技術(shù)提供一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置，包括：

43、獲取模塊，用于獲取礦車上慣性測量單元采集的m幀imu數(shù)據(jù)和所述礦車上激光雷達(dá)采集的n幀第一點云數(shù)據(jù),m和n是大于或等于1的正整數(shù)；

44、處理模塊，用于根據(jù)m幀所述imu數(shù)據(jù)和n幀所述第一點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述礦山場景下的全局點云地圖；

45、處理模塊，還用于實時采集第二點云數(shù)據(jù)，并通過所述第二點云數(shù)據(jù)對所述全局點云地圖進(jìn)行局部更新；

46、處理模塊，還用于從所述全局點云地圖中刪除地面點得到高程點云地圖；

47、處理模塊，還用于對于所述高程點云地圖中的每個點，確定所述點周圍預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)的相鄰點數(shù)量，并將所述相鄰點數(shù)量大于或等于預(yù)設(shè)鄰點數(shù)量閾值的點確定為核心點，以將所述預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)的相鄰點和所述核心點添加到一個點簇中；

48、處理模塊，還用于根據(jù)所述高程點云地圖中不存在于任何點簇中的點生成山體邊緣數(shù)據(jù)，以根據(jù)所述山體邊緣數(shù)據(jù)生成柵格地圖。

49、在本技術(shù)提供的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置中：

50、處理模塊，用于多次執(zhí)行地面點集的確定過程，得到多個地面點集，每次執(zhí)行所述地面點集的確定過程得到一個所述地面點集；

51、處理模塊，還用于從多個地面點集中確定包括地面點數(shù)量最大的地面點集，作為目標(biāo)地面點集，并從所述全局點云地圖中刪除所述目標(biāo)地面點集，得到高程點云地圖；

52、其中，所述地面點集的確定過程，包括：

53、處理模塊，還用于從所述全局點云地圖中隨機(jī)選取三個參考點，以確定通過所述三個參考點的平面；

54、處理模塊，還用于計算所述全局點云地圖中每個點與所述平面的距離；

55、處理模塊，還用于根據(jù)所述全局點云地圖中所述距離小于或等于預(yù)設(shè)距離閾值的點生成一個地面點集。

56、在本技術(shù)提供的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置中：

57、處理模塊，還用于將所述高程點云地圖中不存在于任何點簇中的點作為山體邊緣點；

58、處理模塊，還用于對所述山體邊緣點進(jìn)行平滑處理，得到平滑山體邊緣點；

59、處理模塊，還用于對所述平滑山體邊緣點進(jìn)行連續(xù)性檢查，得到連續(xù)性檢查結(jié)果；

60、若所述連續(xù)性檢查結(jié)果表示所述平滑山體邊緣點存在連續(xù)性，處理模塊，則用于根據(jù)所述平滑山體邊緣點生成所述山體邊緣數(shù)據(jù)。

61、在本技術(shù)提供的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置中：

62、處理模塊，用于對于第i幀第一點云數(shù)據(jù)，根據(jù)第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)和第i幀第一點云數(shù)據(jù)之間采集的所述imu數(shù)據(jù)，計算得到第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)和第i幀第一點云數(shù)據(jù)之間的第一運(yùn)動參數(shù)，作為第i個第一運(yùn)動參數(shù)，所述imu數(shù)據(jù)包括加速度和角速度，所述第一運(yùn)動參數(shù)包括：位移量和角度變化量，所述i是大于或等于2且小于或等于所述n的正整數(shù)；

63、處理模塊，還用于對第i幀第一點云數(shù)據(jù)和第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，得到第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)和第i幀第一點云數(shù)據(jù)之間的第二運(yùn)動參數(shù)；

64、處理模塊，還用于通過第i個所述第二運(yùn)動參數(shù)對第i個所述第一運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到第i個目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)；

65、處理模塊，還用于根據(jù)第i個所述目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)對第i-1個礦車位姿信息進(jìn)行更新，得到第i個礦車位姿信息，第1個礦車位姿信息為初始位姿信息；

66、處理模塊，還用于對n個礦車位姿信息進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，得到n個優(yōu)化礦車位姿信息；

67、處理模塊，還用于根據(jù)n幀第一點云數(shù)據(jù)的n個優(yōu)化礦車位姿信息，將n個所述第一點云數(shù)據(jù)生成全局點云地圖。

68、在本技術(shù)提供的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置中：

69、處理模塊，用于對于第i幀第一點云數(shù)據(jù)和所述第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)中的任意一幀，將所述幀第一點云數(shù)據(jù)分割為多條掃描線，每條所述掃描線包括所述幀第一點云數(shù)據(jù)中的多個點；

70、處理模塊，還用于對每條所述掃描線中的所述每個點，計算所述點的曲率；

71、處理模塊，還用于將所述曲率大于或等于預(yù)設(shè)曲率閾值的點確定為特征點；

72、處理模塊，還用于對第i幀第一點云數(shù)據(jù)中的特征點和第i-1幀第一點云數(shù)據(jù)中的特征點進(jìn)行匹配。

73、在本技術(shù)提供的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置中：

74、處理模塊，還用于確定每幀第一點云數(shù)據(jù)中的靜態(tài)對象點，所述靜態(tài)對象點是動態(tài)對象點之外的點；

75、處理模塊，還用于根據(jù)n個所述優(yōu)化礦車位姿信息，對n個所述第一點云數(shù)據(jù)中的靜態(tài)對象點轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中；

76、處理模塊，還用于對所述世界坐標(biāo)系中的所述靜態(tài)對象點進(jìn)行拼接，得到所述全局點云地圖。

77、在本技術(shù)提供的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建裝置中：

78、處理模塊，還用于從所述全局點云地圖中提取第一關(guān)鍵點，以及，從所述第二點云數(shù)據(jù)中提取出第二關(guān)鍵點；

79、獲取模塊，還用于獲取每個所述第一關(guān)鍵點周圍的第一關(guān)鍵幾何特征，以及，獲取每個所述第二關(guān)鍵點周圍的第二關(guān)鍵幾何特征；

80、處理模塊，還用于將所述第一關(guān)鍵幾何特征和所述第二關(guān)鍵幾何特征進(jìn)行匹配，得到第一匹配度，并將所述第一匹配度大于或等于預(yù)設(shè)匹配度閾值的第二關(guān)鍵幾何特征在第二點云數(shù)據(jù)中對應(yīng)的點云子地圖，作為目標(biāo)點云子地圖；

81、處理模塊，還用于將所述第二點云數(shù)據(jù)和所述目標(biāo)點云子地圖進(jìn)行匹配，得到第二匹配度，并通過所述第二點云數(shù)據(jù)對所述第二匹配度大于或等于預(yù)設(shè)匹配度閾值時對應(yīng)的目標(biāo)點云子地圖，進(jìn)行更新。

82、第三方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，包括：處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲器；

83、所述存儲器存儲計算機(jī)執(zhí)行指令；

84、所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機(jī)執(zhí)行指令，以實現(xiàn)如第一方面任一項所述的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法。

85、第四方面，本技術(shù)提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有計算機(jī)執(zhí)行指令，所述計算機(jī)執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時用于實現(xiàn)如第一方面任一項所述的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法。

86、第五方面，本技術(shù)提供一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)第一方面任一項所述的一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法。

87、本技術(shù)提供一種礦山場景下的柵格地圖構(gòu)建方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，首先獲取礦車上慣性測量單元采集的m幀imu數(shù)據(jù)和礦車上激光雷達(dá)采集的n幀第一點云數(shù)據(jù)，根據(jù)m幀imu數(shù)據(jù)和n幀第一點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦山場景下的全局點云地圖，實時采集第二點云數(shù)據(jù)，并通過第二點云數(shù)據(jù)對全局點云地圖進(jìn)行局部更新，從全局點云地圖中刪除地面點得到高程點云地圖，對于高程點云地圖中的每個點，確定點周圍預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)的相鄰點數(shù)量，并將相鄰點數(shù)量大于或等于預(yù)設(shè)鄰點數(shù)量閾值的點確定為核心點，以將預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)的相鄰點和所述核心點添加到一個點簇中，根據(jù)高程點云地圖中不存在于任何點簇中的點生成山體邊緣數(shù)據(jù)，以根據(jù)山體邊緣數(shù)據(jù)生成柵格地圖。相較于現(xiàn)有技術(shù)中，僅依賴上一個周期的建圖結(jié)果會導(dǎo)致礦車根據(jù)過時的信息進(jìn)行路徑規(guī)劃，從而誤判可行駛區(qū)域和山體邊緣位置，進(jìn)而導(dǎo)致礦車在作業(yè)過程中路徑規(guī)劃錯誤降低作業(yè)效率，甚至導(dǎo)致發(fā)生事故風(fēng)險，本技術(shù)通過構(gòu)建礦山場景下的全局地圖，然后實時采集第二點云地圖，通過第二點云地圖對全局點云地圖進(jìn)行局部更新，避免了由于山體采掘面變化導(dǎo)致的路徑規(guī)劃誤導(dǎo)，然后通過生成山體邊緣數(shù)據(jù)，根據(jù)山體邊緣數(shù)據(jù)生成柵格地圖，是精確區(qū)分可行駛區(qū)域與不可行駛區(qū)域的關(guān)鍵步驟，通過精細(xì)化的邊緣識別有助于礦車更好地理解其作業(yè)環(huán)境，避免與山體等障礙物發(fā)生碰撞。