CN113160400A - 一种地下地形的定位方法、存储介质及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种地下地形的定位方法、存储介质及系统，其中的方法包括：获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息；车辆在所述地下空间行驶时，获取所述车辆所在环境的空间特征；将所述空间特征与所述空间特征信息进行比对，根据比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。采用本申请中的上述方案，可对矿井地下地形进行高精度定位，并且还可以进行实时更新，此种定位系统结构简单，成本低，使得矿井可以采用智能自动化运输，并保证了运输人员的生命安全。

Description

一种地下地形的定位方法、存储介质及系统

技术领域

本申请属于煤炭开采技术领域，尤其涉及一种地下地形的定位方法、存储介质及系统。

背景技术

目前，已有的定位装置如GPS定位模块，都只能实现地面的定位功能。而比如一些特殊行业，如各种地下采集的矿井，均是属于高危地下工作，由于采用已有的定位装置不能对地下地形进行高精度的定位，因此在运输上均是采用人工开车进行运输，无法实现智能自动化的运输，人工参与运输过程存在较高的安全风险。

发明内容

本申请旨在提供一种地下地形的定位方法、存储介质及系统，以解决现有技术中无法对矿井的地下地形进行高精度定位给井下运输带来安全隐患的技术问题。

为此，本申请一些实施例中提供一种地下地形的定位方法，包括以下步骤：

获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息；

车辆在所述地下空间行驶时，获取所述车辆所在环境的空间特征；

将所述空间特征与所述空间特征信息进行比对，根据比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。

本申请一些实施例提供的地下地形的定位方法中，获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息的步骤包括：

获取地下空间的三维扫描数据，根据所述三维扫描数据建立地下空间的三维点云特征地图；

获取地下空间的图像数据，根据所述图像数据建立地下空间的二维数据特征地图；

根据所述三维点云特征地图和所述二维数据特征地图融合后得到所述地下空间的实体化地图。

本申请一些实施例提供的地下地形的定位方法中，获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息的步骤还包括：

获取探测车辆行驶数据，所述探测车辆行驶数据包括车辆出发位置、车辆行驶时长、车辆行驶方向和车辆姿态数据；

所述三维扫描数据和所述图像数据均与所述探测车辆行驶数据关联。

本申请一些实施例提供的地下地形的定位方法中，车辆在所述地下空间行驶时，获取所述车辆所在环境的空间特征的步骤包括：

获取车辆实际行驶数据，所述车辆实际行驶数据包括车辆实际出发位置、车辆实际行驶时长、车辆实际行驶方向和车辆实际姿态数据；

根据所述车辆实际行驶数据确定所述车辆在所述地下空间的预估位置范围；

从所述三维实体化地图记录的空间特征信息中提取所述预估位置范围内的环境空间特征信息；

根据所述空间特征与所述环境空间特征信息的比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。

本申请一些实施例中提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序信息，计算机读取所述程序信息后执行以上任一项所述的地下地形的定位方法。

本申请一些实施例中提供一种地下地形的定位系统，包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序信息，至少一个所述处理器读取所述程序信息后执行以上任一项所述的地下地形的定位方法。

本申请一些实施例中提供的地下地形的定位系统，还包括方阵激光雷达：

所述方阵激光雷达设置于探测车辆上；所述方阵激光雷达在所述探测车辆行驶于地下空间时扫描所述地下空间得到三维扫描数据并将所述三维扫描数据发送至所述处理器。

本申请一些实施例中提供的地下地形的定位系统，还包括低照度摄像仪：

所述低照度摄像仪设置于所述探测车辆上；所述低照度摄像仪在所述探测车辆行驶于所述地下空间时拍摄所述地下空间的图像数据并将所述图像数据发送至所述处理器。

本申请一些实施例中提供的地下地形的定位系统，还包括激光雷达和毫米波雷达：

所述激光雷达和所述毫米波雷达设置于车辆上；

所述激光雷达在所述车辆行驶于地下空间时扫描所述地下空间得到空间扫描数据，所述毫米波雷达在所述车辆行驶于所述地下空间时拍摄所述地下空间的空间图像数据；

所述处理器接收所述激光雷达发送的所述空间扫描数据和所述毫米波雷达发送的所述空间图像数据，根据所述空间扫描数据和所述空间图像数据得到车辆所在环境的空间特征。

本申请一些实施例中提供的地下地形的定位系统，还包括车载传感器组，所述车载传感器组包括：

速度传感器，用于检测车辆行驶速度并将所述行驶速度发送至所述处理器；

方向盘转角传感器，用于检测方向盘转角作为车辆行驶方向，将所述方向盘转角发送至所述处理器；

陀螺仪，用于检测车辆姿态数据并将所述车辆姿态数据发送至所述处理器。

本申请提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：预先获取到地下空间的三维实体化地图，在实体化地图中记录有空间特征信息。在车辆行驶于地下空间时，获取车辆的环境空间特征，通过将环境特征和实体化地图中的空间特征信息进行比对即可确定车辆所在位置，采用本申请中的上述方案，不需要采用GPS等定位装置即可对矿井地下地形进行高精度定位，并且还可以进行实时更新，此种定位系统结构简单，成本低，使得矿井可以采用智能自动化运输，并保证了运输人员的生命安全。

附图说明

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本申请一个实施例所述地下地形的定位方法的流程图；

图2为本申请一个实施例所述获取地下空间的三维实体地图的方法流程图；

图3为本申请一个实施例所述地下地形的定位的结构框图；

图4为本申请另一个实施例所述地下地形的定位的结构框图。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本实施例提供一种地下地形的定位方法，可以应用于具有数据处理功能的处理器中，例如车载控制器等，如图1所示，所述方法可以包括以下步骤：

S101：获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息。三维实体化地图可以在开采过程中根据井下实际环境探测后得到的。其中的空间特征信息可以包括井下具有固定位置且不容易随时间发生改变的一些特征信息，例如煤壁上的一些特殊标记信息，拐角处墙体信息等。

S102：车辆在所述地下空间行驶时，获取所述车辆所在环境的空间特征。车辆上安装具有三维信息采集和二维信息采集的各类传感器，在车辆运行过程中实时采集环境特征信息，根据实际环境特征信息和步骤S101中已有的环境特征信息进行匹配。

S103：将所述空间特征与所述空间特征信息进行比对，根据比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。如果车辆的实际环境中的特征信息能够与已有的空间特征信息匹配，则可以判断车辆在所述地下空间中的位置。

以上方案中，预先获取到地下空间的三维实体化地图，在实体化地图中记录有空间特征信息。在车辆行驶于地下空间时，获取车辆的环境空间特征，通过将环境特征和实体化地图中的空间特征信息进行比对即可确定车辆所在位置，采用本申请中的上述方案，不需要采用GPS等定位装置即可对矿井地下地形进行高精度定位，并且还可以进行实时更新，此种定位系统结构简单，成本低，使得矿井可以采用智能自动化运输，并保证了运输人员的生命安全。

如图2所示，在一些实施例中步骤S101具体可通过如下步骤实现：

S201：获取地下空间的三维扫描数据，根据所述三维扫描数据建立地下空间的三维点云特征地图。例如，通过车载方阵激光雷达扫描地下地形的几何特征，并将其发送到车载处理器进行处理，车载处理器根据几何特征进行建模，从而建立三维点云特征地图。

S202：获取地下空间的图像数据，根据所述图像数据建立地下空间的二维数据特征地图；例如，通过车载低照度摄像仪进行采集地下地形的视频采集，并将其发送到车载处理器。

S203：根据所述三维点云特征地图和所述二维数据特征地图融合后得到所述地下空间的实体化地图。车载处理器根据步骤S201和步骤S202中采集的视频与三维点云特征地图在通过点阵式融合处理后实现三维点云特征地图的实体化。

通过本步骤能够随时对地下空间的实际环境进行地图绘制，保证地图的实时更新。

进一步地，以上方案中步骤S101还可以包括：获取探测车辆行驶数据，所述探测车辆行驶数据包括车辆出发位置、车辆行驶时长、车辆行驶方向和车辆姿态数据；所述三维扫描数据和所述图像数据均与所述探测车辆行驶数据关联。

假设在地下空间中设置一个起点位置，在获得地下空间的地形特征时，通过在探测车辆上设置如激光雷达等检测装置来实现，探测车辆在起点位置时的时刻作为零点时刻，随着探测车辆在地下空间的行驶过程中，根据探测车辆的行驶方向和行驶速度以及姿态的等信息，能确定探测车辆与起点位置之间的距离。本方案中，将探测车辆的行驶数据与实体化地图的信息关联起来，能够在车辆定位过程中通过两种数据进行彼此验证，例如地下空间中有相似环境特征时，还能够根据车辆行驶数据进一步确定车辆的准确位置。

因此，在步骤S102中可以包括：获取车辆实际行驶数据，所述车辆实际行驶数据包括车辆实际出发位置、车辆实际行驶时长、车辆实际行驶方向和车辆实际姿态数据；根据所述车辆实际行驶数据确定所述车辆在所述地下空间的预估位置范围；从所述三维实体化地图记录的空间特征信息中提取所述预估位置范围内的环境空间特征信息；根据所述空间特征与所述环境空间特征信息的比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。可以理解的是，在确定地下空间实体化地图时所采用的数据具有一致性。

在本申请一些实施例中还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序信息，计算机读取所述程序信息后执行以上任一项所述的地下地形的定位方法。

本申请一些实施例中还提供一种地下地形的定位系统，如图3所示，包括至少一个处理器101；以及，与至少一个所述处理器101通信连接的存储器102；其中，所述存储器102存储有可被至少一个所述处理器101执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器101执行，以使至少一个所述处理器101能够执行如前所述的地下地形的定位方法。图3中以一个处理器101为例。以上系统可以包括：输入装置103和输出装置104。处理器101、存储器102、输入装置103及输出装置104可以通过总线或者其他方式连接，中以通过总线连接为例。

存储器102作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的地下地形的定位方法对应的程序指令/模块，例如，图1所示的方法流程。处理器101通过运行存储在存储器102中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的地下地形的定位方法。

存储器102可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据地下地形的定位方法的使用所创建的数据等。此外，存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器102可选包括相对于处理器101远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行地下地形的定位方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置103可接收输入的用户点击，以及产生与地下地形的定位方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置104可包括显示屏等显示设备。

在所述一个或者多个模块存储在所述存储器102中，当被所述一个或者多个处理器101运行时，执行上述任意方法实施例中的地下地形的定位方法。

在一些实施例中，如图4所示，以上系统还可以包括方阵激光雷达201，所述方阵激光雷达201设置于探测车辆上；所述方阵激光雷达201在所述探测车辆行驶于地下空间时扫描所述地下空间得到三维扫描数据并将所述三维扫描数据发送至所述处理器101。本方案中，通过方阵激光雷达201扫描地下地形的几何特征，并将其发送到处理器101进行处理，处理器101根据几何特征进行建模，建立三维点云特征地图。

优选地，以上系统还可以包括低照度摄像仪202，所述低照度摄像仪202设置于所述探测车辆上；所述低照度摄像仪202在所述探测车辆行驶于所述地下空间时拍摄所述地下空间的图像数据并将所述图像数据发送至所述处理器101。通过低照度摄像仪202采集地下地形的视频，并将其发送到处理器101，处理器101根据采集的视频与三维点云特征地图通过点阵式融合处理后实现三维点云特征地图的实体化。

优选地，以上系统还可以激光雷达301和毫米波雷达302，所述激光雷达301和所述毫米波雷达302设置于车辆上；所述激光雷达301在所述车辆行驶于地下空间时扫描所述地下空间得到空间扫描数据，所述毫米波雷达302在所述车辆行驶于所述地下空间时拍摄所述地下空间的空间图像数据；所述处理器101接收所述激光雷达301发送的所述空间扫描数据和所述毫米波雷达302发送的所述空间图像数据，根据所述空间扫描数据和所述空间图像数据得到车辆所在环境的空间特征。通过激光雷达301实现前方特征的识别，并将其发送到处理器101进行处理，处理器101将其与实体化后的三维点云特征地图进行比对，进而识别前方特征。通过毫米波雷达302进行地下地形扫描与实景探测，并将其发送到处理器101进行处理，处理器101将其与实体化后的三维点云特征地图进行比对，进而实现高精度定位，定位精度可达到10MM级别。

进一步地，以上系统还可以包括车载传感器组，所述车载传感器组包括：速度传感器，用于检测车辆行驶速度并将所述行驶速度发送至所述处理器；方向盘转角传感器，用于检测方向盘转角作为车辆行驶方向，将所述方向盘转角发送至所述处理器；陀螺仪，用于检测车辆姿态数据并将所述车辆姿态数据发送至所述处理器。本方案中，将探测车辆的行驶数据与实体化地图的信息关联起来，能够在车辆定位过程中通过两种数据进行彼此验证，例如地下空间中有相似环境特征时，还能够根据车辆行驶数据进一步确定车辆的准确位置。

以上方案中的所述激光雷达、低照度摄像仪、方阵激光雷达及毫米波雷达均为防爆型设备，以保证整个系统的安全。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种地下地形的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息；

车辆在所述地下空间行驶时，获取所述车辆所在环境的空间特征；

将所述空间特征与所述空间特征信息进行比对，根据比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。

2.根据权利要求1所述的地下地形的定位方法，其特征在于，获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息的步骤包括：

获取地下空间的三维扫描数据，根据所述三维扫描数据建立地下空间的三维点云特征地图；

获取地下空间的图像数据，根据所述图像数据建立地下空间的二维数据特征地图；

根据所述三维点云特征地图和所述二维数据特征地图融合后得到所述地下空间的实体化地图。

3.根据权利要求2所述的地下地形的定位方法，其特征在于，获取地下空间的三维实体化地图，所述三维实体化地图中记录有地下空间的空间特征信息的步骤还包括：

获取探测车辆行驶数据，所述探测车辆行驶数据包括车辆出发位置、车辆行驶时长、车辆行驶方向和车辆姿态数据；

所述三维扫描数据和所述图像数据均与所述探测车辆行驶数据关联。

4.根据权利要求3所述的地下地形的定位方法，其特征在于，车辆在所述地下空间行驶时，获取所述车辆所在环境的空间特征的步骤包括：

获取车辆实际行驶数据，所述车辆实际行驶数据包括车辆实际出发位置、车辆实际行驶时长、车辆实际行驶方向和车辆实际姿态数据；

根据所述车辆实际行驶数据确定所述车辆在所述地下空间的预估位置范围；

从所述三维实体化地图记录的空间特征信息中提取所述预估位置范围内的环境空间特征信息；

根据所述空间特征与所述环境空间特征信息的比对结果确定所述车辆在所述地下空间的位置。

5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序信息，计算机读取所述程序信息后执行权利要求1-4任一项所述的地下地形的定位方法。

6.一种地下地形的定位系统，其特征在于，包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序信息，至少一个所述处理器读取所述程序信息后执行权利要求1-4任一项所述的地下地形的定位方法。

7.根据权利要求6所述的地下地形的定位系统，其特征在于，还包括方阵激光雷达：

所述方阵激光雷达设置于探测车辆上；所述方阵激光雷达在所述探测车辆行驶于地下空间时扫描所述地下空间得到三维扫描数据并将所述三维扫描数据发送至所述处理器。

8.根据权利要求6或7所述的地下地形的定位系统，其特征在于，还包括低照度摄像仪：

所述低照度摄像仪设置于所述探测车辆上；所述低照度摄像仪在所述探测车辆行驶于所述地下空间时拍摄所述地下空间的图像数据并将所述图像数据发送至所述处理器。

9.根据权利要求8所述的地下地形的定位系统，其特征在于，还包括激光雷达和毫米波雷达：

所述激光雷达和所述毫米波雷达设置于车辆上；

所述激光雷达在所述车辆行驶于地下空间时扫描所述地下空间得到空间扫描数据，所述毫米波雷达在所述车辆行驶于所述地下空间时拍摄所述地下空间的空间图像数据；

所述处理器接收所述激光雷达发送的所述空间扫描数据和所述毫米波雷达发送的所述空间图像数据，根据所述空间扫描数据和所述空间图像数据得到车辆所在环境的空间特征。

10.根据权利要求9所述的地下地形的定位系统，其特征在于，还包括车载传感器组，所述车载传感器组包括：

速度传感器，用于检测车辆行驶速度并将所述行驶速度发送至所述处理器；

方向盘转角传感器，用于检测方向盘转角作为车辆行驶方向，将所述方向盘转角发送至所述处理器；

陀螺仪，用于检测车辆姿态数据并将所述车辆姿态数据发送至所述处理器。

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