一种基于多个面阵激光雷达的电梯井道实时建模监控方法技术

本发明专利技术提供一种基于多个面阵激光雷达的电梯井道实时建模监控方法，包括：电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，建立当前的激光雷达点云数据；对相邻时刻的激光雷达点云数据进行拼接，得到位姿变化初值；将电梯井道内的空间划分为多个网格，计算每个网格的PCA结果，根据PCA结果的特征值提取激光雷达点云数据中所有的平面，作为第一平面参数；根据位姿变化初值和第一平面参数进行匹配，通过函数计算匹配代价，得到匹配代价最小的位姿变化初值；将不同时刻的匹配代价最小的位姿变化初值合并得到扫描建模结果。本发明专利技术解决了现有的通过无人机对电梯井道进行扫描建模的方式操作复杂、时效性低、精度差的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多个面阵激光雷达的电梯井道实时建模监控方法


[0001]本专利技术涉及电梯
，具体而言，涉及一种基于多个面阵激光雷达的电梯井道实时建模监控方法。

技术介绍

[0002]在电梯的安全运行监控中，井道的实时变化情况的感知具有重要意义，尤其是井道的各项几何参数等。目前电梯井道的3D建模与量测方法已经开始逐步使用激光雷达作为传感器。通过高精度导轨或其他带有精密控制传感器的方法让激光雷达在井道内移动，再通过激光点云的拼接实现井道3D建模和量测。
[0003]基于导轨的方法需要非常繁杂的布设过程，人力作业要求高，安全系数较低。其他方法包括无人机下方携带视角为360度的机械旋转式激光雷达进行井道扫描重建。无人机上携带高精度惯性导航器件和测距仪，实时记录飞行的姿态和位置，最后根据这些信息对激光扫描数据进行拼接，完成井道建模和量测。基于无人机的方法自动化程度较高，但是也需要配置高性能的辅助传感器，操作较为复杂。并且在电梯运行中，无人机无法实时完成量测，时效性较低。并且旋转式多线激光雷达的线数一般较少，角分辨率较低。井道重建的精度难以得到保证。而测绘级的高精度激光扫描仪的成本过于昂贵，无法大规模应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是现有的通过无人机对电梯井道进行扫描建模的方式操作复杂、时效性低、精度差。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于多个面阵激光雷达的电梯井道实时建模监控方法，所述电梯井道实时建模监控方法包括：电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，建立当前的激光雷达点云数据；对相邻时刻的所述激光雷达点云数据进行拼接，得到位姿变化初值；将电梯井道内的空间划分为多个网格，计算每个网格的PCA结果，根据PCA结果的特征值提取所述激光雷达点云数据中所有的平面，作为第一平面参数；根据所述位姿变化初值和所述第一平面参数进行匹配，通过函数计算匹配代价，得到所述匹配代价最小的所述位姿变化初值；将不同时刻的所述匹配代价最小的所述位姿变化初值合并得到扫描建模结果。
[0006]采用该技术方案后所达到的技术效果：采用激光雷达能够获得更好的分辨率和更高的点云密度，同时相比测绘级激光扫描仪成本更低；采用相邻时刻的点云的自动匹配方法实现全自动点云拼接和建模，无需额外的测距仪和计时器等精密机构的配合，操作简单，时效性高；针对电梯井道的特殊环境，采用平面提取作为点云匹配的基元，能够极大的提高点云全自动匹配和拼接的可靠性，提高精度。
[0007]进一步的，所述电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，包括：在所述电梯轿厢上周向设置多个激光雷达，并在相邻激光雷达的扫描重叠区设置校准部件，根据所述相邻激光雷达对所述校准部件的图像进行校准，获得校准初值。
[0008]采用该技术方案后所达到的技术效果：多个面阵的激光雷达的组合，相邻激光雷达设置扫描重叠区，可以实现360
°
视角的覆盖，更全面地检测电梯轿厢周向的图像；相邻的激光雷达在扫描重叠区均可以获取图像，根据二者获取的图像便于校准相邻的激光雷达的位置关系和姿态关系，从而便于激光雷达点云数据的拼接。
[0009]进一步的，所述电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，还包括：根据所述校准初值，采用迭代最近点算法获取校准准确值。
[0010]采用该技术方案后所达到的技术效果：通过迭代最近点的算法可以准确拼合相邻激光雷达的图像，提高激光雷达点云数据的准确性。
[0011]进一步的，所述对相邻时刻的所述激光雷达点云数据进行拼接，得到位姿变化初值，包括：根据电梯运行速度判断相邻时刻点云的位姿，得到所述位姿变化初值；其中，电梯运行时的上下平移变化量采用电梯运行速度乘运行时间来计算，电梯运行时在其他方向的平移和旋转变化量设为0。
[0012]采用该技术方案后所达到的技术效果：在电梯运行中主要发生上下反响的平移，其他方向的平移和旋转较少，根据电梯运行时的上下平移变化量以及运行时间可以快速得到位姿的变化。
[0013]进一步的，所述计算每个网格的PCA结果，根据PCA结果的特征值提取所述激光雷达点云数据中所有的平面，作为第一平面参数，包括：计算每个网格的PCA结果，得到PCA结果的三个特征值，其中，所述三个特征值中的最大值为a，中间值为b，最小值为c，若满足a
‑
b≤k1和a/b≤k2中的任意一个，且满足b
‑
c≥k3和b/c≥k4中的任意一个，则判断所述网格内的所述激光雷达点云数据为类平面状点云数据，否则为非平面装点云数据；其中，k1、k2、k3、k4为常数。
[0014]采用该技术方案后所达到的技术效果：若满足a
‑
b≤k1和a/b≤k2中的任意一个，且满足b
‑
c≥k3和b/c≥k4中的任意一个，即PCA结果的三个特征值中的其中一个远小于另外两个，且另外两个特征值的大小接近，此时反映网格是接近平面的，其他情况下反映的网格是不规则面。
[0015]进一步的，所述计算每个网格的PCA结果，根据PCA结果的特征值提取所述激光雷达点云数据中所有的平面，作为第一平面参数，还包括：搜索类平面状点云数据对应的所述网格周围的网格，再次计算PCA结果，指导完成所有网格的计算，合并所有类平面状点云数据，忽略所有非平面装点云数据，得到第一平面参数。
[0016]采用该技术方案后所达到的技术效果：检测平面周围的网格，可以快速识别剩余的平面，并且便于相邻平面的整合，得到准确的第一平面参数。
[0017]进一步的，所述根据所述位姿变化初值和所述第一平面参数进行匹配，通过函数计算匹配代价，得到所述匹配代价最小的所述位姿变化初值，包括：计算T1时刻所述第一平面参数中的点P1到T2时刻所述第一平面参数中距离P1最近的面A2的欧式距离，将所有点P1到面A2的欧式距离之和作为匹配代价；基于所述位姿变化初值，设定搜索范围，在所述搜索范围内寻找所述匹配代价最小的所述位姿变化初值。
[0018]采用该技术方案后所达到的技术效果：在给定的位姿变化初值基础上基于点到平面的代价函数，搜索可能的位姿范围，对拼接参数进行求解，能够准确获得最匹配的位姿变化初值。
[0019]进一步的，所述基于所述位姿变化初值，设定搜索范围包括：在所述位姿变化初值的X方向
±
L1范围内，Y方向
±
L2范围内，Z方向
±
L3范围内，以及沿X轴旋转
±
α角度范围内，沿Y轴旋转
±
β角度范围内，沿Z轴旋转
±
γ角度范围内，设定搜索范围；其中，L1、L2、L3、α、β、γ为常数。
[0020]采用该技术方案后所达到的技术效果：位姿变化初值和第一平面参数之间存在一定平移或旋转的误差，基于X轴、Y轴、Z轴三个方向进行平移搜索，再基于X轴、Y轴、Z轴进行旋转搜索，可以囊括匹配到所有可能的第一平面参数，从而准确计算出匹配代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多个面阵激光雷达的电梯井道实时建模监控方法，其特征在于，所述电梯井道实时建模监控方法包括：电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，建立当前的激光雷达点云数据；对相邻时刻的所述激光雷达点云数据进行拼接，得到位姿变化初值；将电梯井道内的空间划分为多个网格，计算每个网格的PCA结果，根据PCA结果的特征值提取所述激光雷达点云数据中所有的平面，作为第一平面参数；根据所述位姿变化初值和所述第一平面参数进行匹配，通过函数计算匹配代价，得到所述匹配代价最小的所述位姿变化初值；将不同时刻的所述匹配代价最小的所述位姿变化初值合并得到扫描建模结果。2.根据权利要求1所述的电梯井道实时建模监控方法，其特征在于，所述电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，包括：在所述电梯轿厢上周向设置多个激光雷达，并在相邻激光雷达的扫描重叠区设置校准部件，根据所述相邻激光雷达对所述校准部件的图像进行校准，获得校准初值。3.根据权利要求2所述的电梯井道实时建模监控方法，其特征在于，所述电梯轿厢上朝向电梯井道内壁各面的多个激光雷达校准位姿关系，还包括：根据所述校准初值，采用迭代最近点算法获取校准准确值。4.根据权利要求1所述的电梯井道实时建模监控方法，其特征在于，所述对相邻时刻的所述激光雷达点云数据进行拼接，得到位姿变化初值，包括：根据电梯运行速度判断相邻时刻点云的位姿，得到所述位姿变化初值；其中，电梯运行时的上下平移变化量采用电梯运行速度乘运行时间来计算，电梯运行时在其他方向的平移和旋转变化量设为0。5.根据权利要求4所述的电梯井道实时建模监控方法，其特征在于，所述计算每个网格的PCA结果，根据PCA结果的特征值提取所述激光雷达点云数据中所有的平面，作为第一平面参数，包括：计算每个网格的PCA结果，得到PCA结果的三个特征值，其中，所述三个特征值中的最大值为a，中间值为b，最小值为c，若满足a
‑
b≤k1和a/b≤k2中的任意一个，且满足b
‑
c≥k...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建玮，朱红荣，徐胤皓，
申请(专利权)人：壁虎数维智能科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：