一种铲运机自动作业点云地图更新的方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本技术涉及铲运机，具体而言，涉及一种铲运机自动作业点云地图更新的方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、铲运机是矿山出矿的核心设备，其智能化依赖于高精度实时定位。由于地下矿山gps信号拒止，基于点云地图的定位成为主流技术。现有方案通常先构建初始静态地图，再基于该固定地图进行匹配以实现车辆定位，该方法在静态巷道环境中能够获得较好的定位精度。

2、然而，在回采工作面作业场景下，随着开采作业持续推进，回采工作面的出矿边界不断后退，作业环境持续发生变化，原有的初始静态地图无法匹配实际环境变化，会直接导致点云配准出错，进而引发定位失效。现有的动态更新方案大多直接对整张点云地图进行全局更新，不仅计算量大，难以满足铲运机自动作业的实时性要求，还容易因前方动态变化的环境干扰点云配准，导致定位基准发生漂移，最终影响地图更新的准确性，无法适配矿山回采作业过程中铲运机持续自动作业的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种铲运机自动作业点云地图更新的方法、装置、电子设备及存储介质，以克服现有技术中的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种铲运机自动作业点云地图更新的方法，所述方法包括：

3、在铲运机工作过程中，获取当前时刻的点云地图，并实时获取前部点云数据、后部点云数据、imu惯性姿态数据以及前后车体铰接角度数据；其中，所述前部点云数据用于感知作业前方动态后退的出矿边界，所述后部点云数据用于感知后方稳定的巷道结构；

4、根据所述当前时刻的点云地图、所述后部点云数据和所述imu惯性姿态数据，确定铲运机后部位姿；以及根据所述后部位姿和所述前后车体铰接角度数据，推算铲运机的前部位姿；

5、当所述前部位姿和所述前部点云数据满足地图更新触发条件时，将所述前部点云数据中的有效点云与所述当前时刻的点云地图进行配准，得到最优位姿变换矩阵；其中，所述有效点云表征所述前部点云数据中经降维投影并拟合直线后提取的、位于巷道左右两侧直线段上的点云；

6、根据所述最优位姿变换矩阵，将所述前部点云数据变换至地图坐标系，并与所述当前时刻的点云地图进行合并，对合并后的点云进行边界外点剪切剔除，得到更新后的点云地图；所述更新后的点云地图作为下一时刻的点云地图。

7、在本技术一些技术方案中，上述方法还包括：

8、在所述铲运机第一次启动时，获取初始静态点云数据以及地图坐标系参数；其中，所述初始静态点云数据为铲运机未作业前扫描得到的巷道静态结构点云；

9、根据所述初始静态点云数据和所述地图坐标系参数，构建初始点云地图；其中，所述初始点云地图作为所述当前时刻的点云地图的初始参考基准。

10、在本技术一些技术方案中，上述根据所述当前时刻的点云地图、所述后部点云数据和所述imu惯性姿态数据，确定铲运机后部位姿，包括：

11、将所述后部点云数据与所述当前时刻的点云地图中的后方稳定巷道结构进行配准，并结合所述imu惯性姿态数据进行位姿修正，确定铲运机后部位姿。

12、在本技术一些技术方案中，上述根据所述后部位姿和所述前后车体铰接角度数据，推算铲运机的前部位姿，包括：

13、根据所述后部位姿、所述前后车体铰接角度数据，以及预设的前部坐标系与后部坐标系之间的坐标转换关系，计算得到所述铲运机的前部位姿。

14、在本技术一些技术方案中，上述方案通过以下方式确定所述前部位姿和所述前部点云数据是否满足地图更新触发条件：

15、计算所述前部点云数据对应的前方障碍物距离；

16、当所述前方障碍物距离小于或等于设定距离阈值、所述前方障碍物与所述当前时刻的点云地图的已知边界未重合、且所述前方障碍物在预设时间内持续存在时，判定满足地图更新触发条件；否则，判定不满足地图更新触发条件。

17、在本技术一些技术方案中，上述将所述有效点云与所述当前时刻的点云地图进行配准，得到最优位姿变换矩阵，包括：

18、以所述前部位姿作为初始位姿，设定最大迭代次数、收敛阈值和内点阈值；

19、对所述有效点云与当前时刻的点云地图中对应巷道侧的点云进行迭代配准；

20、每次迭代中，对变换后的每个有效点，在点云地图中寻找距离最小的匹配点，并计算所有匹配点对的误差平方和；相邻两次迭代的所述误差平方和的差值的绝对值作为误差变化量；

21、当所述误差变化量小于所述收敛阈值时，停止迭代，将当前位姿变换矩阵作为所述最优位姿变换矩阵。

22、在本技术一些技术方案中，上述对合并后的点云进行边界外点剪切剔除，包括：

23、利用ransac算法对合并后的点云中新增部分的点云拟合当前边界直线；

24、计算所述当前边界直线与原有巷道左右侧直线段的交点，得到左右侧边界交点；

25、计算新增部分的点云的质心，并确定从所述前部点云数据的采集位置指向所述质心的前向参考向量；

26、对于合并后点云中的每个点，计算其与所述前部点云数据的采集位置的当前点向量，并判断该当前点向量与所述前向参考向量的夹角；

27、若所述夹角超出预设范围，则保留该点；若所述夹角在预设范围内且该点到所述前部点云数据的采集位置的距离大于对应侧边界交点到所述前部点云数据的采集位置的距离，则判定该点位于边界外侧，予以剪切剔除。

28、第二方面，本技术实施例提供了一种铲运机自动作业点云地图更新的装置，所述装置包括：

29、数据获取模块，用于在铲运机工作过程中，获取当前时刻的点云地图，并实时获取前部点云数据、后部点云数据、imu惯性姿态数据以及前后车体铰接角度数据；其中，所述前部点云数据用于感知作业前方动态后退的出矿边界，所述后部点云数据用于感知后方稳定的巷道结构；

30、定位模块，用于根据所述当前时刻的点云地图、所述后部点云数据和所述imu惯性姿态数据，确定铲运机后部位姿；以及根据所述后部位姿和所述前后车体铰接角度数据，推算铲运机的前部位姿；

31、配准模块，用于当所述前部位姿和所述前部点云数据满足地图更新触发条件时，将所述前部点云数据中的有效点云与所述当前时刻的点云地图进行配准，得到最优位姿变换矩阵；其中，所述有效点云表征所述前部点云数据中经降维投影并拟合直线后提取的、位于巷道左右两侧直线段上的点云；

32、更新模块，用于根据所述最优位姿变换矩阵，将所述前部点云数据变换至地图坐标系，并与所述当前时刻的点云地图进行合并，对合并后的点云进行边界外点剪切剔除，得到更新后的点云地图；所述更新后的点云地图作为下一时刻的点云地图。

33、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器执行的机器指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器指令被所述处理器执行时执行上述铲运机自动作业点云地图更新的方法的步骤。

34、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的铲运机自动作业点云地图更新的方法的步骤。

35、本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

36、本技术一种铲运机自动作业点云地图更新的方法，包括：在铲运机工作过程中，获取当前时刻的点云地图，并实时获取前部点云数据、后部点云数据、imu惯性姿态数据以及前后车体铰接角度数据；其中，所述前部点云数据用于感知作业前方动态后退的出矿边界，所述后部点云数据用于感知后方稳定的巷道结构；根据所述当前时刻的点云地图、所述后部点云数据和所述imu惯性姿态数据，确定铲运机后部位姿；以及根据所述后部位姿和所述前后车体铰接角度数据，推算铲运机的前部位姿；当所述前部位姿和所述前部点云数据满足地图更新触发条件时，将所述前部点云数据中的有效点云与所述当前时刻的点云地图进行配准，得到最优位姿变换矩阵；其中，所述有效点云表征所述前部点云数据中经降维投影并拟合直线后提取的、位于巷道左右两侧直线段上的点云；根据所述最优位姿变换矩阵，将所述前部点云数据变换至地图坐标系，并与所述当前时刻的点云地图进行合并，对合并后的点云进行边界外点剪切剔除，得到更新后的点云地图；所述更新后的点云地图作为下一时刻的点云地图。

37、本技术通过将前部点云数据与后部点云数据进行功能解耦，分别用于感知动态后退的出矿边界和稳定的后方巷道结构，利用后方稳定巷道结构结合imu惯性姿态数据提供绝对定位基准，再通过铰接角度推算前部位姿，有效避免了因前方动态环境干扰所导致的定位漂移问题。同时，本技术仅在满足地图更新触发条件时才进行地图更新，避免了频繁全局更新所引入的较大计算量，提高了自动作业过程中的实时响应能力。在触发地图更新时，选取经降维投影并拟合直线后提取的位于巷道左右两侧直线段上的有效点云进行配准，剔除了动态边界点云对配准过程的干扰，保证了地图更新时位姿变换矩阵的精度；通过将前部点云数据变换至地图坐标系与当前时刻的点云地图合并，并对边界外点进行剪切剔除，有效保障了更新后地图的空间一致性与边界准确性，且更新后的地图自动作为下一时刻的当前地图，实现了铲运机在连续回采作业过程中点云地图的持续动态更新与精准匹配。

38、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。