基于激光扫描和序列编码图形的地下空间高精度定位方法

摘要

本发明公开了一种基于激光扫描和序列编码图形的地下空间高精度定位方法。该方法以无GPS信号的矿山地下井巷环境中移动目标的快速高精度定位、定向、定姿和导航为目标，从编码图形的设计、解码和优化布局，经济快速获取精细准确的矿山井下巷道组成的道路网络——三维井巷网络空间模型，井巷约束空间中移动目标的高精度定位算法(位置、方向、姿态参数的精确解算)，三维井巷空间模型匹配算法，三维导航技术，到最终的导航平台和终端控制系统等关键方向上进行突破，形成地下快速高精度定位导航关键技术和软硬件系统，最终推动我国矿山“地下无人采矿”技术跨越。除此之外，本发明还可以满足大城市地下空间、深长交通隧道、大型岩洞、大型建筑物内部、大型立交桥、地铁空间中对移动目标的快速高精度定位和导航的应用需求，推动我国地下空间定位技术的发展。

主权项

一种基于激光扫描和序列编码图形的地下空间高精度定位方法，对无卫星导航信号的地下空间中移动目标进行高精度定位；其特征在于，包括步骤：A)利用激光雷达三维扫描技术，构建井下巷道高精度三维模型，沿地下巷道空间布设序列编码图形标志牌，并精确测定序列编码图形标志牌中心点三维坐标；B)基于激光扫描和序列编码图形的地下空间高精度定位系统初始化，激光雷达开始三维扫描，双相机系统开始采集巷道内部影像，内部测量单元和车轮编码器开始计数；C)分别在激光扫描获取的强度图像和三维数据，以及双相机系统获取的立体像对中，计算序列编码图形中心与移动目标之间的距离，并对序列编码图形进行解码，在数据库中查询对应的序列编码图形的精确位置信息，利用序列编码图形的精确位置信息，使用后方交汇算法进行反向解算，对移动目标进行粗定位；D)同时将实时获取的井下巷道局部三维模型与事先构建的井下巷道高精度三维模型进行基于特征的快速匹配，最小化定位误差，解算出移动目标的精确位姿参数，实现对地下移动目标的精确定位；E)在地下移动目标的位置、方向、姿态参数的解算过程中，还要综合考虑上一时刻移动目标的速度和位姿参数，进行联合解算，最小化定位误差，计算出当前时刻移动目标的速度和位姿参数，并记录在数据库中。