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无人矿卡卸载区典型点云缺损模式及修补方法研究
1
作者
杨健健
张昱源
+4 位作者
张少聪
桂天牧
黄乾坤
王国勇
额尔德木吐
《煤炭学报》
2025年第10期4588-4608,共21页
随着无人驾驶技术在露天矿的广泛应用,激光雷达点云数据的完整性对矿卡安全作业至关重要。针对卸载区复杂环境导致的点云缺损问题,系统研究了典型点云缺损模式及其修补方法,有效解决了露天矿卸载区点云空洞对挡墙识别与路面感知的威胁...
随着无人驾驶技术在露天矿的广泛应用,激光雷达点云数据的完整性对矿卡安全作业至关重要。针对卸载区复杂环境导致的点云缺损问题,系统研究了典型点云缺损模式及其修补方法,有效解决了露天矿卸载区点云空洞对挡墙识别与路面感知的威胁。首先建立了激光雷达点云缺损的几何遮挡模型,量化了障碍物遮挡概率与雷达参数、空间密度的关联性,以揭示其物理机制。基于实际采集的卸载区点云数据,统计并选取了六类典型空洞,结合多维特征详细分析了其缺损模式:I型(路面坡度变化)、II型(散乱岩土堆积)、III型(挡墙间隙)、IV型(挡墙结构缺损)、V型(岩土倾落)和VI型(扬尘遮挡)。前四类源于地形遮挡,后两类由动态高密度遮挡物引发,弥补了现有研究对矿区特殊场景的针对性不足。针对不同缺损特性,提出基于地形特征的复合修补策略,通过动态栅格投影与主成分分析分割路面与挡墙点云,采用分块平面拟合(BPFR)方法实现路面的高效修复,基于泊松重建方法与凹包约束精准还原挡墙三维结构,最后合并修补结果。实验表明,在保证修补效率的同时,复合方法在法向量一致性(NC=0.99815)、均方根误差(RMSE=0.04971 m)和全局偏差(SSE=75.92)上均优于对比方法,且能适应卸载区复杂地形与动态遮挡场景。研究验证了所提方法在真实矿区数据中的有效性,提升了点云完整性与环境感知精度,为无人矿卡下游任务提供了可靠数据支撑,对推动露天矿无人化作业具有重要工程价值。
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关键词
无人矿卡
卸载区
点云缺损模式
空洞修补
激光雷达
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职称材料
题名
无人矿卡卸载区典型点云缺损模式及修补方法研究
1
作者
杨健健
张昱源
张少聪
桂天牧
黄乾坤
王国勇
额尔德木吐
机构
中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院
出处
《煤炭学报》
2025年第10期4588-4608,共21页
基金
国家重点研发计划资助项目(2022YFB4703703)
国家自然科学基金联合基金资助项目(U24B20162)。
文摘
随着无人驾驶技术在露天矿的广泛应用,激光雷达点云数据的完整性对矿卡安全作业至关重要。针对卸载区复杂环境导致的点云缺损问题,系统研究了典型点云缺损模式及其修补方法,有效解决了露天矿卸载区点云空洞对挡墙识别与路面感知的威胁。首先建立了激光雷达点云缺损的几何遮挡模型,量化了障碍物遮挡概率与雷达参数、空间密度的关联性,以揭示其物理机制。基于实际采集的卸载区点云数据,统计并选取了六类典型空洞,结合多维特征详细分析了其缺损模式:I型(路面坡度变化)、II型(散乱岩土堆积)、III型(挡墙间隙)、IV型(挡墙结构缺损)、V型(岩土倾落)和VI型(扬尘遮挡)。前四类源于地形遮挡,后两类由动态高密度遮挡物引发,弥补了现有研究对矿区特殊场景的针对性不足。针对不同缺损特性,提出基于地形特征的复合修补策略,通过动态栅格投影与主成分分析分割路面与挡墙点云,采用分块平面拟合(BPFR)方法实现路面的高效修复,基于泊松重建方法与凹包约束精准还原挡墙三维结构,最后合并修补结果。实验表明,在保证修补效率的同时,复合方法在法向量一致性(NC=0.99815)、均方根误差(RMSE=0.04971 m)和全局偏差(SSE=75.92)上均优于对比方法,且能适应卸载区复杂地形与动态遮挡场景。研究验证了所提方法在真实矿区数据中的有效性,提升了点云完整性与环境感知精度,为无人矿卡下游任务提供了可靠数据支撑,对推动露天矿无人化作业具有重要工程价值。
关键词
无人矿卡
卸载区
点云缺损模式
空洞修补
激光雷达
Keywords
autonomous mining trucks
discharge areas
point cloud defect patterns
cavity remediation
LiDAR
分类号
TD57 [矿业工程]
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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作者
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1
无人矿卡卸载区典型点云缺损模式及修补方法研究
杨健健
张昱源
张少聪
桂天牧
黄乾坤
王国勇
额尔德木吐
《煤炭学报》
2025
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