一种基于激光定位的塔脚节点姿态确定方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113706605A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110745924.4(22)申请日2021.07.01(71)申请人中国电力科学研究院有限公司地址100192北京市海淀区清河小营东路15号申请人国家电网有限公司(72)发明人刘海锋李茂华刘亚多(74)专利代理机构北京安博达知识产权代理有限公司11271代理人徐国文(51)Int.Cl.G06T7/70(2017.01)G06T7/66(2017.01)G06T17/00(2006.01)G01C15/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种基于激光定位的塔脚节点姿态确定方法及系统(57)摘要一种基于激光定位的塔脚节点姿态确定方法及系统，包括：在节点板上的有限个不共面定位圆环处安装靶标；用激光扫描设备采集节点板表面点云信息并从点云信息中识别靶标信息；基于靶标信息确定形心位置作为源点云；将塔脚数字模型中对应形心位置信息作为目标点云并结合源点云利用点云配准算法计算位置转换矩阵作为塔脚节点姿态矩阵；其中，所述塔脚数字模型是通过软件生成的塔脚节点精细化三维模型，所述塔脚数字模型中定位圆环的位置与节点板上定位圆环位置相同。本发明通过采用输电塔塔脚节点上若干个关键点的位置信息，利用点云配准计算节点空间姿态矩阵，相比人工尺具测量或激光点云三维重构方法，提高了精度和效率，避免求解不收敛。CN113706605ACN113706605A权利要求书1/2页1.一种基于激光定位的塔脚节点姿态确定方法，其特征在于，包括：在节点板上的预先设定的有限个不共面定位圆环处安装靶标；利用激光扫描设备采集的节点板表面的点云信息，并根据对比度从点云信息中识别所述靶标信息；基于所述靶标信息确定靶标的形心位置信息作为源点云；将塔脚数字模型中定位圆环的形心位置信息作为目标点云并结合源点云利用点云配准算法计算位置转换矩阵；将所述位置转换矩阵作为塔脚节点姿态矩阵；其中，所述塔脚数字模型是通过软件生成的塔脚节点精细化三维模型，所述塔脚数字模型中定位圆环的位置与节点板上定位圆环位置相同。2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述将塔脚数字模型中定位圆环的形心位置信息作为目标点云并结合源点云利用点云配准算法计算位置转换矩阵包括：步骤1：建立以源点云经过欧式变换后与目标点云差值平方最小的目标函数；步骤2：利用目标函数求极值计算平移量t，并将求解后的平移量t代入目标函数得到新的目标函数；步骤3：基于所述新的目标函数计算并化简得到关键项函数，并基于所述关键项函数利用SVD分解求解旋转矩阵R；步骤4：将源点云使用旋转矩阵R和平移量t做欧式变换得到新的点云，并将所述新的点云作为源点云；步骤5：计算源点云和目标点云的差值平方，若所述差值平方大于设定阈值，执行步骤1，否则将旋转矩阵R作为位置转换矩阵。3.如权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述源点云和目标点云如下所示：P＝{p1，p2，…，pn}Q＝{q1，q2，…，qn}其中：P为实际塔脚靶标的点云，Q为虚拟塔脚靶标的点云，n为点云中数据点的总数，pn和qn为点云中的数据点。4.如权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述目标函数如下所示：其中：t为点云的平移量；为点云的旋转量；i为点云中数据的编号，qi为目标点云的数据点，pi为源点云的数据点。5.如权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述点云的平移量t如下所述：其中：为目标点云的质心坐标，为源点云的质心坐标，为旋转矩阵。6.如权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述目标点云的质心坐标如下所示：2CN113706605A权利要求书2/2页所述源点云的质心坐标如下所示：其中：n为点云中的数据点总数。7.如权利要求6所述的确定方法，其特征在于，所述新的目标函数如下所示：其中：xi为第i个数据点的x坐标；yi为第i个数据点的y坐标；为数据点的旋转量。8.如权利要求7所述的确定方法，其特征在于，所述第i个数据点的x坐标xi如下所示：所述第i个数据点的y坐标yi如下所示：9.如权利要求8所述的确定方法，其特征在于，所述关键项函数如下所示：10.一种基于激光定位的塔脚节点姿态确定系统，其特征在于，包括：标靶安装模块、标靶信息识别模块、源点云确定模块和塔脚节点姿态矩阵确定模块；所述标靶安装模块，用于在节点板上的预先设定的有限个不共面定位圆环处安装靶标；所述标靶信息识别模块，用于利用激光扫描设备采集的节点板表面的点云信息，并根据对比度从点云信息中识别所述靶标信息；所述源点云确定模块，用于基于所述靶标信息确定靶标的形心位置信息作为源点云；所述塔脚节点姿态矩阵确定模块，用于将塔脚数字模型中定位圆环的形心位置