[发明专利]变电站机器人可行域提取方法及装置

权利要求书

1.一种变电站机器人可行域提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

(10)输入点云：输入无人变电站环境下激光雷达采集的原始点云；

(20)激光横向分割：将所述原始点云分解为水平单线点云的集合，实现对激光的横向分割；

(30)平面提取：根据所述横向分割的激光形成的平面，过滤掉高度与周围点集不在同一平面的点云；

(40)曲率滤波：将所述平面提取后的点根据同平面上横向激光束上前后相邻的三个点形成线段作为当前点的曲率，过滤掉不满足曲率要求的点；

(50)椭圆拟合：将所述曲率滤波后的点采用距离之和最小的目标方程进行圆拟合，过滤掉与椭圆距离较远的点；

(60)离群点剔除：将所述椭圆拟合过滤后的点采用统计滤波的方式，滤除椭圆拟合后的离群点；

(70)输出可行域：将所述离群点剔除后的点云数据作为可行域点云，投影至二维栅格地图中。

2.根据权利要求1所述的变电站机器人可行域提取方法，其特征在于，所述(20)激光横向分割步骤具体为：

首先通过查阅激光雷达VLP-16的规格信息，得到VLP-16的横向点云数量以及其上下开角大小，将原始点云按照其横向角分辨率和上下开角大小来划分每个点所处的横向激光束，共16条激光束，过滤掉从上至下10条激光束，剩下6条处于地面的激光束用来进行后续的可行域提取。

3.根据权利要求2所述的变电站机器人可行域提取方法，其特征在于，所述(30)平面提取步骤具体为：

在得到上一步提取地面上的6条激光束后，接下来进行初步的地面分割，旨在过滤掉高度与周围点集不在同一平面上的噪点，判断机制为找到以A点为圆心半径为R的范围内的点集，分别计算出A点与该点集中的其他点之间形成的夹角α，若α大于阈值则标记当前点集中该点为非地面点，遍历结束后若该点集中非地面点个数超过阈值，则将A点视为非地面点过滤掉。

4.根据权利要求3所述的变电站机器人可行域提取方法，其特征在于，所述(40)曲率滤波步骤具体为：

在得到上一步过滤掉高度异常的点后，通过遍历每条横向激光束中的点与其前后三个点进行曲率计算，将曲率较大的点滤除掉，其中曲率计算公式如式(1)所示，

c：当前点的曲率，S：当前点前后S个点连成的曲线，r_i：当前点的深度值，r_j：第j个点的深度值。

5.根据权利要求4所述的变电站机器人可行域提取方法，其特征在于，所述(50)椭圆拟合步骤具体为：

在得到上一步滤除掉曲率异常的点后，以距离之和最小的目标方程来进行圆拟合，目标方程如式(2)所示，将拟合使用的激光点云数据中各点的深度信息与拟合得到的圆半径进行做差，结果大于阈值的点则被剔除，

式中，e：所有点到拟合圆的距离之和，x_i：当前点坐标x值，y_i：当前点坐标y值，x_c：拟合圆心坐标x值，y_c：拟合圆心坐标y值，R：拟合圆半径。

6.一种变电站机器人可行域提取装置，其特征在于包括：

点云输入模块，用于输入无人变电站环境下激光雷达采集的原始点云；

激光横向分割模块，用于将所述原始点云分解为水平单线点云的集合，实现对激光的横向分割；

平面提取模块，用于根据所述横向分割的激光形成的平面，过滤掉高度与周围点集不在同一平面的点云；

曲率滤波模块，用于将所述平面提取后的点根据同平面上横向激光束上前后相邻的三个点形成线段作为当前点的曲率，过滤掉不满足曲率要求的点；

椭圆拟合模块，用于将所述曲率滤波后的点采用距离之和最小的目标方程进行圆拟合，过滤掉与椭圆距离较远的点；

离群点剔除模块，用于将所述椭圆拟合过滤后的点采用统计滤波的方式，滤除椭圆拟合后的离群点；

输出可行域模块，用于将所述离群点剔除后的点云数据作为可行域点云，投影至二维栅格地图中。