一种多维现场勘探移动工作站的远程闭环控制方法与流程

本发明属于现场勘探设备及移动机器人控制，具体涉及一种多维现场勘探移动工作站的远程闭环控制方法。

背景技术：

1、现场勘探过程中，为减少人员进入危险区域或对现场痕迹物证造成干扰，可采用搭载摄像设备和三维拍摄设备的移动工作站进入现场，并由操作人员根据远程传输的预览景象控制移动工作站移动和执行三维数据采集。

2、现有移动工作站主要依靠操作人员观察实时画面进行移动控制。在靠近待勘探物品时，容易因视角变化、距离判断误差或目标遮挡而出现目标偏离、距离过近以及目标丢失等情况，难以保证区域拍摄组件稳定对准目标物品。

3、此外，安装于升降结构顶部的空间三维拍摄组件能够直接采集其高位光学视线可到达的无遮挡区域，但桌体、台面等遮挡物会阻断顶部拍摄视线，使遮挡物下方形成无有效场景数据区域或低密度数据区域；若缺少设置在升降结构下部两侧的摄像组件从遮挡物下方或侧方补充拍摄，并将补充图像同步导入工作站合成，则难以获得完整的大空间三维场景。另一方面，现有区域三维采集通常采用控制移动载具围绕目标物品移动一周的方式，其扫描结束条件主要取决于移动轨迹或操作人员的主观判断，难以依据不同观察方向下三维数据的点数量、点间距及重叠程度判断扫描完整性。因此，需要在明确区分大空间三维场景补扫与目标物品区域三维数据重新采集的基础上，对空间扫描、场景补扫、目标接近及区域扫描过程进行闭环控制。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多维现场勘探移动工作站的远程闭环控制方法，所述移动工作站与远程可视控制端建立双向通信，通过双目摄像组件采集并传输实时预览景象，并根据所述远程可视控制端发送的控制指令控制移动载具、升降结构、调节结构、空间拍摄组件及区域拍摄组件，其特征在于，包括：

2、在所述移动载具受控移动过程中，通过设置于所述升降结构顶部的空间三维拍摄组件采集场景三维数据并建立初始场景三维模型；当桌体等遮挡物使所述空间三维拍摄组件无法直接采集遮挡区域时，选择设置于所述升降结构下部两侧且拍摄方向朝向待补充区域的一侧补充摄像组件采集补充图像，将所述补充图像同步导入工作站并与所述初始场景三维模型合成，得到大空间三维场景模型；

3、在实时预览景象中跟踪目标图像区域，控制所述移动载具靠近目标物品；

4、通过所述区域拍摄组件获取目标物品的初始区域数据，并划分多个观察方向区段；

5、控制所述移动载具围绕所述目标物品移动，在移动过程中确定对应的观察方向区段及采集质量，更新区域扫描覆盖状态；

6、将满足预设采集质量条件的区域三维数据进行融合，生成区域三维模型，并将所述区域三维模型与所述大空间三维场景模型关联。

7、具体地，所述移动工作站包括移动载具及承载于所述移动载具上的升降结构；所述空间拍摄组件连接于所述升降结构的顶部，下方设有双目摄像组件；所述区域拍摄组件通过调节结构连接于所述升降结构；所述移动载具内设置有车载控制器和无线通信组件，所述车载控制器通过所述无线通信组件与所述远程可视控制端通信，并分别与所述移动载具、升降结构、调节结构、空间拍摄组件及区域拍摄组件控制连接。

8、进一步地，所述远程可视控制端提供可视化控制界面，所述可视化控制界面包括实时预览区域、扫描覆盖状态区域、移动控制区域、模型显示区域；所述扫描覆盖状态区域用于显示场景扫描覆盖状态、区域扫描覆盖状态以及对应的补扫控制提示。

9、进一步地，所述车载控制器按照空闲状态、空间扫描控制状态、目标接近控制状态、区域扫描控制状态及补扫控制状态运行扫描任务状态机；所述车载控制器根据当前控制状态确定可执行的控制指令集合，对不属于所述控制指令集合的控制指令停止执行并反馈指令冲突信息。

10、具体地，所述空间拍摄组件通过根据已采集的场景三维数据确定场景扫描覆盖状态，基于所述场景扫描覆盖状态调整所述移动载具的移动方向或移动速度，直至接收到空间扫描结束指令后再建立场景三维模型；

11、其中，所述场景扫描覆盖状态的确定包括：将连续采集的场景三维数据按照空间位置划分为多个场景采集单元，根据各场景采集单元的三维坐标点数量及相邻帧场景三维数据的重叠比例，将所述场景采集单元标记为已覆盖单元、稀疏单元或未覆盖单元；根据稀疏单元和未覆盖单元相对于当前采集方向的位置生成场景扫描调整提示。

12、具体地，所述靠近目标物品的具体控制过程为：通过所述远程可视控制端基于所述实时预览景象输入的目标物品确认操作，进入目标接近控制状态，在后续实时预览景象中跟踪目标图像区域，确定所述目标图像区域相对于预览画面的方向偏移和占屏尺度变化，并将对应的目标对准提示和距离变化提示发送至所述远程可视控制端；

13、其中，所述目标物品确认操作包括针对实时预览景象输入的目标中心点选择操作或目标边界框选操作；将所述目标物品确认操作对应的显示坐标转换为图像坐标，确定所述目标图像区域并提取目标图像特征，根据所述目标图像特征在后续实时预览景象中匹配并更新所述目标图像区域。

14、进一步地，所述靠近目标物品的接近控制操作被转换为纵向移动速度、横向移动速度和转向角速度；根据所述目标图像区域的中心与预览画面中心之间的方向偏移生成目标对准提示，根据所述目标图像区域的占屏尺度变化生成距离变化提示；当连续预设帧数未匹配到所述目标图像区域时，生成目标丢失提示，并将所述纵向移动速度限制在预设安全速度以内。

15、进一步地，在启动所述区域三维拍摄组件之前，根据所述目标图像区域相对于区域采集窗口的横向偏移和纵向偏移，生成移动方向调整提示、升降方向调整提示或调节结构姿态调整提示；接收对应的调整控制指令，使所述目标图像区域进入所述区域采集窗口，并将调整后的目标图像区域作为区域扫描阶段的跟踪基准。

16、具体地，所述观察方向区段的确定包括：根据所述初始区域三维数据中的目标物品点集确定所述目标参考中心；根据各帧区域三维数据中目标参考中心相对于所述区域三维拍摄组件的观察方向，确定相对于初始观察方向的环绕角度，并将所述环绕角度对应至预先划分的观察方向区段；将对应观察方向区段与该帧区域三维数据关联。

17、进一步地，根据各观察方向区段关联的区域三维数据中的目标物品点数量、点间距及与相邻观察方向区段的点云重叠比例确定采集质量；当所述点云重叠比例低于第一阈值时，降低环绕移动速度的允许上限；当所述目标物品点数量低于第二阈值或目标物品点集偏出区域采集窗口时，暂停对应区域三维数据的有效帧记录，并生成对准调整提示。

18、具体地，当桌体等遮挡物使所述空间三维拍摄组件无法直接采集遮挡区域时，选择设置于所述升降结构下部两侧且拍摄方向朝向待补充区域的一侧补充摄像组件采集补充图像，将所述补充图像同步导入工作站并与所述初始场景三维模型合成。

19、进一步地，在场景补扫控制状态下启动被选择的补充摄像组件采集补充图像，将所述补充图像及对应的采集时间、补充摄像组件标识、移动工作站位姿和升降位置同步导入工作站；根据所述补充图像生成补充场景数据，将所述补充场景数据与所述阶段性场景三维模型配准并写入所述待补充区域；当所述待补充区域仍存在无有效场景数据区域或低密度数据区域时，调整移动载具位置、升降高度或切换另一侧补充摄像组件继续补扫，当所述待补充区域满足预设完整度条件时结束场景补扫并保存合成后的大空间三维场景模型。

20、本发明的有益效果为：

21、通过扫描任务状态机协调空间扫描、目标接近、区域扫描及补扫过程，减少不同执行组件之间的指令冲突。通过持续跟踪目标图像区域，并根据方向偏移和占屏尺度变化生成对准提示及距离变化提示，提高移动工作站靠近目标物品时的可控性。

22、以目标参考中心划分多个观察方向区段，根据各区段对应区域三维数据的点数量、点间距及点云重叠比例评价采集质量，使区域扫描完成条件不再仅取决于移动载具是否完成一周环绕。根据点云重叠比例限制环绕移动速度，并在目标物品偏出区域采集窗口时暂停有效帧记录，减少因移动速度过快或拍摄方向偏离产生的无效数据。

23、针对未达到采集质量条件的观察方向区段，生成移动、升降及姿态调整提示并执行补扫，提高目标物品不同方向和不同高度区域的三维数据完整性。保存目标物品标识、区域扫描覆盖状态及控制指令记录，并将有效区域三维数据与场景三维模型关联，有利于后续现场模型展示、勘探过程复核及数据追溯。