JP7463463B2 - 作業地形検出方法、装置及び作業地形を検出するための工事機器 - Google Patents
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Description
本開示の一態様によれば、作業地形検出方法を提供し、前記方法は、レーザレーダが現時点で収集した作業領域の点群データを取得し、前記作業領域は、複数のグリッドに区分され、前記複数のグリッドのうちの各グリッドは、対応する高さ値を有し、前記点群データは、複数のサンプリング点の三次元座標を含むことと、前記複数のグリッドのうちのいずれか1つのグリッドに対して、前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記複数のサンプリング点から前記グリッドの入力点を確定することと、前記入力点の高さ座標と前記グリッドの高さ値に基づき、ノイズ点と地面点とを含む前記入力点のタイプを確定することと、前記入力点が地面点であると確定することに応答し、前記入力点の高さ座標に基づいて前記グリッドの高さ値を更新することとを含む。
本開示の一態様によれば、プロセッサによって実行されると、以上に記載の方法を実現するコンピュータプログラムを含むコンピュータプログラム製品を提供する。
本開示の1つ又は複数の実施例によれば、作業地形検出の精度を向上させることができる。
工事作業現場(施工現場とも呼ばれ、Construction Site)は、通常、屋外で比較的劣悪な環境にある。工事機器のインテリジェント化と無人化は、現在の発展の傾向である。工事機器は、それに設置されるセンサによって周囲環境を感知し、感知された環境情報を利用して自律的な無人作業を行うことにより、工事作業の安全性と効率を向上させる。
第1に、三次元表面再構築技術(例えば、ポアソン曲面再構築技術など)を用い、レーザレーダが収集した地面点群データを再構築し、地面のグリッドモデルを生成することにより、作業地形を得る。この方法は、計算量が大きく、計算速度が低く、リアルタイムな地形検出を実現できない。
以下、図面を参照して本開示の実施例について詳細に説明する。
図2は、本開示の実施例による作業地形検出方法200のフローチャートを示す。方法200は、通常、工事機器(例えば、図1に示される工事機器110)においてローカルで実行することによって、データ伝送を回避し、作業地形検出のリアルタイム性と計算効率を向上させる。理解できるように、いくつかの場合に、方法200は、サーバ(例えば、図1に示されるサーバ120)において実行されてもよい。即ち、方法200の各ステップの実行本体は、通常、図1に示される工事機器110(具体的には、工事機器110における制御装置113であってもよい)であり、また図1に示されるサーバ120であってもよい。
ステップ210において、レーザレーダが現時点で収集した作業領域の点群データを取得し、作業領域は、複数のグリッドに区分され、複数のグリッドのうちの各グリッドは、対応する高さ値を有し、点群データは、複数のサンプリング点の三次元座標を含む。
ステップ240において、入力点が地面点であると確定することに応答し、入力点の高さ座標に基づいてグリッドの高さ値を更新する。
ステップ210において、レーザレーダが現時点で収集した作業領域の点群データを取得する。
ステップ220において、複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、複数のサンプリング点から各グリッドの入力点を確定する。
ステップ230において、入力点の高さ座標とグリッドの高さ値に基づき、ノイズ点と地面点とを含む入力点のタイプを確定する。
その後、ステップ320において、入力点Pの高さ座標z(即ち、P.z)とグリッドの現在の高さ値heightとの差が0.5m(即ち、第1の閾値)より大きいか否か、即ち、P.z>height+0.5mを満たすか否かを判断する。
ステップ320ではいと判断されれば、ステップ330を実行して、入力点Pをノイズ点として、ノイズ点コンテナfogに添加する。その後、ステップ350を実行して、1s(即ち、予め設定された時間長)内に、fogコンテナ内に添加されたノイズ点の数が5個(即ち、第3の閾値)に達したか否かを判断する。
ステップ360において、グリッドの高さ値を、地面点コンテナにおける各地面点の高さ座標の平均値に更新し、即ち、height=groundにおける各地面点の平均高さである。
各グラフにおいて、横座標は、グリッドに入力点P(x,y,z)を入力する回数(時間に対応する)であり、縦座標は高さ値(単位はmである)である。実線は、入力点Pの高さ座標(z座標)を表し、点線は、グリッドの高さ値heightを表す。図4から分かるように、本開示の実施例の方法は、突変粉塵ノイズを効果的にフィルタリングすることができる(グラフgrid_1、grid_2及びgrid_3参照)とともに、正常な地面高さの上昇(例えば、材料供給)にタイムリーに対応することができる(グラフgrid_4参照)。なお、グラフgrid_5、grid_6から分かるように、本開示の実施例は、非重複式走査により、いくつかの領域においてサンプリング点の高さ座標の振動を引き起こす場合にも、グリッドの高さ値を効果的に安定化することができる。
ステップ520において、工事機器を中心とする一定のサイズ(例えば、100m*100m)の領域を作業領域とし、作業領域を固定サイズ(例えば、0.2m*0.2m)の複数のグリッドに区分して、初期化された標高マップを得る。
その後、ステップ570において、ステップ560の判断結果に基づき、グリッドの高さ値を更新する。具体的には、ステップ560で入力点が地面点であると判断すれば、この地面点の高さ座標に基づき、グリッドの高さ値を更新する。
図6は、本開示の実施例による作業地形検出結果(標高マップ)の概略図を示した。図6における各メッシュ(mesh)頂点は、グリッド標高マップにおける1つのグリッド(grid)に対応し、異なる階調値は、異なる高さ値を代表する。各メッシュの頂点の高さ値は、グリッドの高さ値に対応し、他の位置(例えば、各メッシュの辺、面)の高さ値は、補間によって得られる。
図7A、7Bは、本開示の実施例による、粉塵が比較的少ない場合の地形検出結果の概略図を示した。図7A、7Bに示すように、環境中の粉塵が比較的少ない場合、点群データにおけるノイズ点が比較的少なく、点群データ710は、生成されたグリッド標高マップ720と実質的に一致する。
レーザレーダが現時点で収集した作業領域の点群データを取得するように構成される取得モジュール910であって、前記作業領域は、複数のグリッドに区分され、前記複数のグリッドのうちの各グリッドは、対応する高さ値を有し、前記点群データは、複数のサンプリング点の三次元座標を含む取得モジュール910と、
前記複数のグリッドのうちのいずれか一つのグリッドに対して、前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記複数のサンプリング点から前記グリッドの入力点を確定するように構成される第1の確定モジュール920と、
前記入力点の高さ座標と前記グリッドの高さ値に基づき、前記入力点のタイプを確定するように構成される第2の確定モジュール930であって、前記タイプは、ノイズ点と地面点とを含む第2の確定モジュール930と、
前記入力点が地面点であると確定することに応答して、前記入力点の高さ座標に基づき、前記グリッドの高さ値を更新するように構成される更新モジュール940とを含む。
いくつかの実施例によれば、第1の確定モジュール920は、前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記グリッドに対応する、前記グリッド内に位置するサンプリング点を含むサンプリング点セットを確定するように構成される第1の確定ユニットと、前記サンプリング点セットにおける高さ座標が最も大きいサンプリング点を前記入力点とするように構成される第2の確定ユニットとを含む。
理解すべきことは、図9に示される装置900の各モジュールまたはユニットは、図2を参照して説明された方法200中の各ステップに対応することができる。したがって、上記の方法200に対して説明した操作、特徴及び利点は、装置900とそれに含まれるモジュール及びユニットに同様に適用される。簡潔のために、いくつかの操作、特徴及び利点はここでは説明を省略する。
図10を参照して、ここでは、本開示の様々な態様に適用可能なハードウェア装置の一例である、本開示のサーバ又はクライアントとして利用可能な電子機器1000の構造ブロック図について説明する。電子機器は、様々な形態のデジタル電子コンピュータ機器、例えば、ラップトップ型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ステージ、個人用デジタル補助装置、サーバ、ブレードサーバ、大型コンピュータ、その他の適切なコンピュータを示す。電子機器はさらに、様々な形態の移動装置、例えば、個人デジタル処理、セルラー電話、スマートフォン、着用可能な装置とその他の類似する計算装置を示してよい。本明細書に示される部品、これらの接続関係およびこれらの機能は例示的なものに過ぎず、本明細書に説明したおよび/又は請求した本開示の実現を制限しない。
Claims (18)
- 作業地形検出方法であって、
レーザレーダが現時点で収集した作業領域の点群データを取得し、ここで、前記作業領域は、複数のグリッドに区分され、前記複数のグリッドのうちの各グリッドは、対応する高さ値を有し、前記点群データは、複数のサンプリング点の三次元座標を含むことと、
前記複数のグリッドのうちのいずれか1つのグリッドに対して、
前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記複数のサンプリング点から前記グリッドの入力点を確定することと、
前記入力点の高さ座標と前記グリッドの高さ値に基づき、ノイズ点と地面点とを含む前記入力点のタイプを確定することと、
前記入力点が地面点であると確定することに応答し、前記入力点の高さ座標に基づいて前記グリッドの高さ値を更新することと、
前記入力点がノイズ点であると確定することに応答して、前記入力点を前記グリッドに対応するノイズ点コンテナに添加することと、
前記ノイズ点コンテナにおけるノイズ点の数が第3の閾値以上であると確定することに応答して、前記ノイズ点コンテナにおける収集時間が最も早いノイズ点を削除することとを含む、作業地形検出方法。 - 前記点群データは、前記レーザレーダにより非重複の走査経路で前記作業領域を走査して得られるものである、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記複数のサンプリング点から前記グリッドの入力点を確定することは、
前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記グリッドに対応する、前記グリッド内に位置するサンプリング点を含むサンプリング点セットを確定することと、
前記サンプリング点セットにおける高さ座標が最も大きいサンプリング点を前記入力点とすることとを含む請求項1又は2に記載の方法。 - 前記入力点の高さ座標と前記グリッドの高さ値に基づき、前記入力点のタイプを確定することは、
前記高さ座標と前記高さ値との差が第1の閾値より大きいと確定することに応答して、前記入力点がノイズ点であると確定することを含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記入力点の高さ座標と前記グリッドの高さ値に基づき、前記入力点のタイプを確定することは、
以下のいずれか一つの条件が満たされると確定することに応答して、前記入力点が地面点であると確定することを含み、
前記高さ座標と前記高さ値との差は前記第1の閾値以下であり、または、
前記高さ座標と前記高さ値との差は前記第1の閾値より大きく、且つ前記グリッドは、予め設定された時間長内にノイズ点と確定された入力点の数が第2の閾値以上である、請求項4に記載の方法。 - 前記入力点が地面点であると確定することに応答して、前記入力点を前記グリッドに対応する地面点コンテナに添加することと、
前記地面点コンテナにおける地面点の数が第4の閾値以上であると確定することに応答して、前記地面点コンテナにおける収集時間が最も早い地面点を削除することとをさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記入力点が地面点であると確定することに応答して、前記入力点の高さ座標に基づき、前記グリッドの高さ値を更新することは、
前記グリッドの高さ値を、前記地面点コンテナにおける各地面点の高さ座標の平均値に更新することを含む、請求項6に記載の方法。 - 前記グリッドの高さ値の初期値は、前記グリッドの1番目の入力点の高さ座標である、請求項1又は2に記載の方法。
- 作業地形検出装置であって、
レーザレーダが現時点で収集した作業領域の点群データを取得するように構成される取得モジュールであって、前記作業領域は、複数のグリッドに区分され、前記複数のグリッドのうちの各グリッドは、対応する高さ値を有し、前記点群データは、複数のサンプリング点の三次元座標を含む取得モジュールと、
前記複数のグリッドのうちのいずれか1つのグリッドに対して、前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記複数のサンプリング点から前記グリッドの入力点を確定するように構成される第1の確定モジュールと、
前記入力点の高さ座標と前記グリッドの高さ値に基づき、ノイズ点と地面点とを含む前記入力点のタイプを確定するように構成される第2の確定モジュールと、
前記入力点が地面点であると確定することに応答して、前記入力点の高さ座標に基づき、前記グリッドの高さ値を更新するように構成される更新モジュールと、
前記入力点がノイズ点であると確定することに応答して、前記入力点を前記グリッドに対応するノイズ点コンテナに添加するように構成される第1の添加モジュールと、
前記ノイズ点コンテナにおけるノイズ点の数が第3の閾値以上であると確定することに応答して、前記ノイズ点コンテナにおける収集時間が最も早いノイズ点を削除するように構成される第1の削除モジュールとを含む、作業地形検出装置。 - 前記点群データは、前記レーザレーダにより非重複の走査経路で前記作業領域を走査して得られるものである、請求項9に記載の装置。
- 前記第1の確定モジュールは、
前記複数のサンプリング点の三次元座標に基づき、前記グリッドに対応する、前記グリッド内に位置するサンプリング点を含むサンプリング点セットを確定するように構成される第1の確定ユニットと、
前記サンプリング点セットにおける高さ座標が最も大きいサンプリング点を前記入力点とするように構成される第2の確定ユニットとを含む、請求項9又は10に記載の装置。 - 前記第2の確定モジュールは、さらに、
前記高さ座標と前記高さ値との差が第1の閾値より大きいと確定することに応答して、前記入力点がノイズ点であると確定するように構成される、請求項9又は10に記載の装置。 - 前記第2の確定モジュールは、さらに、
以下のいずれか一つの条件が満たされると確定することに応答して、前記入力点が地面点であると確定するように構成され、
前記高さ座標と前記高さ値との差は前記第1の閾値以下であり、または、
前記高さ座標と前記高さ値との差は前記第1の閾値より大きく、且つ前記グリッドは、予め設定された時間長内にノイズ点と確定された入力点の数が第2の閾値以上である、請求項12に記載の装置。 - 前記入力点が地面点であると確定することに応答して、前記入力点を前記グリッドに対応する地面点コンテナに添加するように構成される第2の添加モジュールと、
前記地面点コンテナにおける地面点の数が第4の閾値以上であると確定することに応答して、前記地面点コンテナにおける収集時間が最も早い地面点を削除するように構成される第2の削除モジュールとをさらに含む、請求項9又は10に記載の装置。 - 電子機器であって、
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサに通信接続されたメモリとを含み、ここで、
前記メモリは、前記少なくとも1つのプロセッサによって実行可能な命令を記憶しており、前記命令は、前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されることにより、前記少なくとも1つのプロセッサに請求項1~8のいずれか1項に記載の方法を実行させる、電子機器。 - コンピュータ命令が記憶される非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータ命令は、コンピュータに請求項1~8のいずれか一項に記載の方法を実行させるためのものである、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
- コンピュータプログラムを含むコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラムはプロセッサによって実行される時に、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法を実現する、コンピュータプログラム製品。
- 請求項15に記載の電子機器を含む、工事機器。
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