[发明专利]一种基于激光雷达的跨江输电线防船舶碰撞方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的跨江输电线防船舶碰撞方法，通过激光雷达获取检测区域内船舶的点云数据；采用一种快速全局对齐机制和改进ICP配准算法相结合的方法对获取到的点云数据进行配准；通过改进点云物体检测器对配准后的点云数据进行目标检测生成3‑D目标框，并得到3‑D目标框的参数；根据生成的3‑D目标框的参数计算检测区域中目标船舶的航向和实际高度；根据跨江输电线高度设定高度阈值γ，对于检测区域中驶向跨江输电线的船舶，当船舶高度大于γ发出碰撞预警指令，当船舶高度小于γ结束操作。本发明能够有效避免船舶因超高而与跨江输电线发生碰撞，在夜间环境下也可以正常运行，也可以用于跨江大桥防船舶碰撞的监控。

技术领域

本发明涉及跨江输电线安全保障的技术领域，尤其是指一种基于激光雷达的跨江输电线防船舶碰撞方法。

背景技术

由于跨江输电线净高有限、夜间航行能见度低、船舶驾驶员错误判高，以及船舶未按操作要求降低吊臂等因素，极易发生船舶在航行过程中与跨江输电线碰撞的事故，造成损坏事件发生，严重影响电网安全可靠供电。因此，为降低主客观因素造成的船舶航行风险，进一步保障跨江输电线的安全，降低碰撞事故的发生，跨江输电线防船舶碰撞技术尤为重要。

现有船舶防碰撞检测主要采用基于机器视觉的检测技术，通过拍摄得到的图像数据进行处理检测船舶位置和高度，检测效果不可避免地受到图像质量、外界环境等因素的影响，并且该方法不适用于夜间环境，实时性差，存在很大程度的局限性。激光雷达在目标检测领域应用广泛，取得了较好的效果，具有抗干扰能力强、分辨率高、不受光线影响等优点，在夜间环境下也能够正常运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于激光雷达的跨江输电线防船舶碰撞方法，可有效解决现有基于机器视觉的检测技术存在的缺点及在夜间环境下对目标船舶检测效果不佳的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于激光雷达的跨江输电线防船舶碰撞方法，包括以下步骤：

S1、通过激光雷达获取检测区域内船舶的点云数据；

S2、采用一种快速全局对齐机制和改进ICP配准算法(迭代最近点配准算法)相结合的方法对步骤S1获取到的点云数据进行配准，具体操作是：首先，通过快速全局对齐机制求解目标函数得到最佳初始变换矩阵进行初始配准，其次采用点到平面距离公式将ICP配准算法非线性问题近似转化为线性问题，迭代求解点云数据刚性变换矩阵进行精细配准；

S3、通过改进点云物体检测器对配准后的点云数据进行目标检测生成3-D目标框，并得到3-D目标框的参数，包括中心坐标、3-D目标框尺寸和方向角数据；其中，所述改进点云物体检测器是在CIA-SSD(Confident IOU-Aware Single-Stage object Detector)的基础上，通过叠加设计的轻量化残差模块构建空间语义特征聚合模块SSFA Module(SpatialSemantic Feature Aggregation Module)中的空间卷积组和语义卷积组，并且对分类回归进行优化；

S4、根据步骤S3生成的3-D目标框的参数计算检测区域中目标船舶的航向和实际高度；

S5、根据跨江输电线高度设定高度阈值γ，对于检测区域中驶向跨江输电线的船舶，当船舶高度大于γ发出碰撞预警指令，当船舶高度小于γ结束操作。

进一步，在步骤S1中，所述激光雷达通过安装平台以固定的俯仰角分别安装在江两岸输电塔特定高度的跟踪架上，保证扫描范围能够覆盖检测区域，检测区域为临近跨江输电线的限高区域；根据船舶的航行航道，一个激光雷达用于扫描获取船舶的主要点云数据，另一个激光雷达用于扫描进行点云数据补全，避免由于点云数据稀疏造成的船舶高度计算误差。

进一步，在步骤S2中，首先，对点云数据进行初始配准，对于任意两组点云数据集X和Y建立匹配点对集：

K＝{(x,y)|x∈X,y∈Y}