【摘要】：電鏟是大型露天礦開采的主要采掘裝備。目前電鏟主要由人工操作,存在著挖掘滿斗率低、裝載效率低及挖掘能耗高等問題。通過自主規(guī)劃挖掘軌跡、自動挖掘、自動裝載等技術(shù),實現(xiàn)電鏟的自動化挖掘,是解決上述問題的有效途徑。為了實現(xiàn)電鏟的自動化挖掘,首先需要在線獲取挖掘場地的三維地形地貌信息,因此研究適用于電鏟的三維環(huán)境掃描系統(tǒng)具有重要意義。本文針對電鏟三維環(huán)境掃描系統(tǒng)的需求,提出了一種低成本、測量范圍廣、工況適應(yīng)能力強(qiáng)的電鏟三維環(huán)境掃描系統(tǒng)設(shè)計方案和相應(yīng)的三維點云數(shù)據(jù)綜合處理方法。在電鏟實驗平臺上,進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件搭建和相關(guān)程序開發(fā)。根據(jù)需求完成了數(shù)據(jù)采集方案的設(shè)計,其中包括了三維環(huán)境信息采集方案、基于RTK的雙GNSS天線定位和姿態(tài)檢測方案、慣性傳感器數(shù)據(jù)濾波處理方案。然后完成了用于數(shù)據(jù)采集和處理的嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計,其中包括硬件和程序設(shè)計。硬件部分完成了通信方案設(shè)計、電源系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電路設(shè)計以及硬件系統(tǒng)的抗干擾和防護(hù)處理。程序部分完成激光雷達(dá)、RTK、慣導(dǎo)/衛(wèi)星移動站的數(shù)據(jù)接收、解析和融合程序設(shè)計,通過程序處理可獲取電鏟實時高精度位置和姿態(tài)信息,以及帶有GNSS時間戳的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)發(fā)送到上位機(jī)的數(shù)據(jù),進(jìn)行了上位機(jī)程序設(shè)計和開發(fā),以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、存儲和可視化。提出一種最小時間差匹配算法,實現(xiàn)2D激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和電鏟水平回轉(zhuǎn)角在時間上的最佳匹配,從而完成三維點云數(shù)據(jù)的融合。對獲取的三維點云數(shù)據(jù)精度進(jìn)行分析,并通過實驗驗證。通過旋轉(zhuǎn)矩陣法將獲取的三維點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到電鏟實驗平臺的坐標(biāo)系中。對實驗平臺坐標(biāo)系下點云數(shù)據(jù)建立Kd-tree數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上對點云進(jìn)行濾波處理。使用最大連通區(qū)域算法和高斯濾波算法去除點云中的離群點。最后在保持點云邊緣特征的基礎(chǔ)上,使用雙邊濾波算法修正邊緣點。本文完成了電鏟三維環(huán)境掃描系統(tǒng)的方案設(shè)計和搭建,并進(jìn)行了實驗驗證,對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的后處理。三維環(huán)境掃描系統(tǒng)通過兩套互補(bǔ)的姿態(tài)測量系統(tǒng)和濾波算法可以精準(zhǔn)測量出電鏟設(shè)備姿態(tài),偏航角精度可達(dá)0.1°。通過RTK-GNSS測量方案可以獲取電鏟位置信息,精度可達(dá)2cm。使用最小時間差匹配算可實現(xiàn)2D激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)和偏航角在時間上的匹配,從而獲取環(huán)境三維點運數(shù)據(jù),時間匹配誤差不大于8ms。融合后的點云數(shù)據(jù)在10m范圍內(nèi)測量的點云數(shù)據(jù)精度小于8cm,滿足工程應(yīng)用要求。通過對點云數(shù)據(jù)建立索引和濾波處理可有效提升點云數(shù)據(jù)質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP311.52;TD422.21

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王春;;基于“三維環(huán)境”因素影響的公務(wù)員報考熱分析[J];技術(shù)與市場;2008年10期

2 史峰;;交互式虛擬三維環(huán)境的設(shè)計[J];山西電子技術(shù);2008年06期

3 李紅霞;基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬三維環(huán)境中人機(jī)交互實現(xiàn)途徑[J];工程圖學(xué)學(xué)報;2002年01期

4 劉洋;章衛(wèi)國;李廣文;史靜平;;一種三維環(huán)境中的無人機(jī)多路徑規(guī)劃方法[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年03期

5 邢慧寧;秦華;王丁玎;;虛擬三維環(huán)境下的靜態(tài)距離知覺[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2017年20期

6 王長虹;陳加核;朱合華;李曉軍;;三維環(huán)境下的地下管線實時設(shè)計[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年10期

7 江韶華;;現(xiàn)代商業(yè)空間展示設(shè)計之思考[J];美苑;2007年06期

8 胡志貴;真實三維環(huán)境重建及其在可視化規(guī)劃設(shè)計與信息管理中的應(yīng)用[J];鐵道勘察;2004年01期

9 胡志貴;在真實三維環(huán)境中實現(xiàn)虛擬城市規(guī)劃的技術(shù)關(guān)鍵和解決方案[J];測繪信息與工程;2003年04期

10 便簽兒;;3分鐘!街舞也瘋狂[J];電腦愛好者;2007年02期

相關(guān)會議論文 前6條

1 楊冰;吳玲達(dá);魏迎梅;;基于線劃數(shù)據(jù)的大規(guī)模三維環(huán)境增強(qiáng)技術(shù)[A];第一屆建立和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會議（HHME2005）論文集[C];2005年

2 胡志貴;;在真實三維環(huán)境中實現(xiàn)虛擬城市規(guī)劃的技術(shù)關(guān)鍵和解決方案[A];中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會第三次代表大會暨第七屆年會論文集[C];2003年

3 范先錚;李明峰;沈潔;戴偉;;Unity3D在室內(nèi)三維環(huán)境展示中的應(yīng)用[A];江蘇省測繪地理信息學(xué)會2014年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

4 馮傳良;劉國鋒;竇曉秋;李萍;;基于超分子聚合物的三維細(xì)胞粘附研究[A];中國化學(xué)會第十五屆膠體與界面化學(xué)會議論文集（第三分會）[C];2015年

5 張靜波;李劍鋒;;數(shù)字戰(zhàn)場模擬中優(yōu)化尋徑算法的研究[A];第六屆全國人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

6 龍勉;章燕;呂守芹;李寧;;肝臟免疫的力學(xué)-化學(xué)耦合[A];中國化學(xué)會-生物物理化學(xué)專業(yè)委員會第四屆全國生物物理化學(xué)會議論文集[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 張巍巍;微流體平臺可模擬細(xì)胞分裂三維環(huán)境[N];科技日報;2012年

2 北京商報記者 金朝力;服務(wù)機(jī)器人三年內(nèi)迎爆發(fā)期[N];北京商報;2018年

3 姚立新　編譯;3D環(huán)境下研究細(xì)胞移動發(fā)現(xiàn)新抗癌藥靶點[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報;2010年

4 深圳商報記者 涂競玉;VR完成普及還需五到十年[N];深圳商報;2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 潘曉勇;三維環(huán)境下產(chǎn)品拆卸分析及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2003年

2 張勤;基于信息融合的移動機(jī)器人三維環(huán)境建模技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

3 王可;基于變分模型的移動機(jī)器人三維環(huán)境建模方法研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 白雪琦;室外低速無人車三維環(huán)境建模與道路特征檢測[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 劉雨;服務(wù)機(jī)器人室內(nèi)三維環(huán)境熱場建模及感知技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 孫陽陽;電鏟三維環(huán)境掃描系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2019年

4 姜曉靜;UUV在復(fù)雜三維環(huán)境下的路徑規(guī)劃研究[D];大連理工大學(xué);2019年

5 鄧志;面向渾濁水體的三維環(huán)境重建關(guān)鍵問題研究[D];浙江大學(xué);2019年

6 黃帥;基于單目視覺的車輛三維環(huán)境重建技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];重慶郵電大學(xué);2018年

7 史素霞;基于移動設(shè)備的三維環(huán)境重建方法研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2019年

8 錢偉杰;基于三維真實感地形的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃[D];上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué);2018年

9 從博文;基于深度學(xué)習(xí)的車輛行駛?cè)S環(huán)境雙目感知方法研究[D];西安科技大學(xué);2018年

10 張有新;三維環(huán)境下零件信息建模與工藝規(guī)劃研究[D];華中科技大學(xué);2006年

本文編號：2762141