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大连理工大学张洋获国家专利权

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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利基于移动式激光跟踪仪的自动化移动换站测量方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118938243B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411197590.1,技术领域涉及:G01S17/66;该发明授权基于移动式激光跟踪仪的自动化移动换站测量方法是由张洋;王佳伟;逯永康;孙首权;闫瑞帝;刘思仁;管啸;刘巍设计研发完成,并于2024-08-29向国家知识产权局提交的专利申请。

基于移动式激光跟踪仪的自动化移动换站测量方法在说明书摘要公布了:一种基于移动式激光跟踪仪的自动化移动换站测量方法,先通过移动式测量系统扫描测量建立二维地图坐标系和全局坐标系;再对地图中各反光柱柱面进行三维测量,以三维测量数据重构出反光柱的二维等效圆心,将其定义为三维全局坐标系与二维地图坐标系之间等效基准点,求解出两者之间的转换关系;再计算移动平台坐标系与激光跟踪仪坐标系之间的转换关系,规划出移动式测量系统在各目标测量站位之间的移动路径,在其到达指定站位后,完成基于雷达扫描的粗定位及激光测量的精定位;最后,基于精定位数据与原标定信息,实现待测点的自动化指向测量。该方法解决了传统多人协同换站过程效率低、自动化程度低的问题,无需人工控制,即可实现自动化换站测量。

本发明授权基于移动式激光跟踪仪的自动化移动换站测量方法在权利要求书中公布了:1.一种基于移动式激光跟踪仪的自动化移动换站测量方法,其特征在于,步骤如下: 第一步,二维地图坐标系构建与控制点坐标全局测量 首先,以车载激光雷达的初始位置为二维地图坐标系原点、0°扫描方向为+X向,相对于X轴的逆时针为转角正向绘制二维地图坐标系,移动平台的车载激光雷达对周围环境反光柱扫描,获取二维地图坐标系内所有反光柱的坐标: 1 其中,为地图坐标系内第个反光柱的坐标,为反光柱个数; 然后,使用车载激光跟踪仪对测量场中所有控制点进行测量,建立全局坐标系,全局坐标系内所有控制点的三维坐标为: 2 其中,为全局坐标系下第个控制点的坐标,为控制点个数; 基于激光雷达与移动平台的安装关系,定义地面法向为激光雷达的Z轴方向,并根据结构尺寸补充激光雷达的Z坐标值;若全局坐标系Z轴与激光雷达Z轴方向不平行,则需利用式3对全局坐标系进行旋转,使两者之间Z轴平行; 3 其中,分别为绕X轴、Y轴、Z轴的旋转矩阵,为车载激光跟踪仪测量的三维坐标点集,为旋转后的三维坐标点集; 第二步,基于等效基准点的激光跟踪仪坐标系与移动平台坐标系标定 首先,车载激光跟踪仪测量并拟合出各反光柱的柱面轴线向量,其中反光柱的圆柱面方程为式4所示: 4 其中,圆柱面轴线为、圆切面半径为、圆柱面轴线上任意一点为; 然后,在圆柱面的上表面测量多个点并拟合一个平面,计算该平面与圆柱面轴线的交点,仅提取该交点的横纵坐标,并将其作为反光柱的圆柱面的二维等效圆心;依次获取所有反光柱的二维等效圆心坐标,亦称为等效基准点,得到等效基准点序列集: 5 其中,为第个等效基准点的坐标; 进而,基于多组等效基准点求解出二维地图坐标系与全局坐标系之间的旋转矩阵和平移向量,即为当前站位激光跟踪仪坐标系与二维地图坐标系之间的转换矩阵,如式6所示: 6 其中,和分别为激光跟踪仪坐标系和二维地图坐标系内第个反光柱等效圆心坐标; 最后,根据移动平台在二维地图坐标系内位姿、二维地图坐标系与当前站位激光跟踪仪坐标系之间的转换关系,采用式7计算出移动平台在车载激光跟踪仪坐标系内的坐标以及移动平台与激光跟踪仪之间的位姿关系、; 7 其中,表示激光跟踪仪坐标系内移动平台坐标,、为激光跟踪仪坐标系与二维地图坐标系之间的转换矩阵,、为移动平台坐标系与二维地图坐标系之间的转换关系; 第三步,移动式激光跟踪仪换站路径自主规划 首先,重构出复杂三维测量场景,通过对测量场景进行二维投影,获得含障碍物的二维地图,进而对二维地图进行二值化、栅格化处理,并在含障碍物栅格边界外扩1个栅格作为安全区域,栅格的大小与移动平台面积等大; 然后,根据估价函数进行移动路径节点的迭代优化,获得整个运动路径的各个节点,进而逆向溯源得到运动路径;考虑测量现场往往更关注运动时间,对A算法进行改进,以运行时间为估价函数,虑及转向时间惩罚项,构建运行时间最短的优化目标,其估价函数表达式为: 8 其中,为初始节点经节点到达目标节点的估计时间,为初始节点到节点的实际时间,为节点到目标节点最佳路径的估计时间,为估计时间的权因子,为附加时间转向惩罚项; 最后,按起点-终点的路径顺序对全部节点进行简化,即同一条直线运动路径上多个节点简化为首尾两个节点; 第四步,基于粗精复合的移动测量系统全局精准定位及自主搜寻测量 移动平台按规划路径移动至目标测量站位后,结合已标定信息与二维地图坐标系内移动平台定位信息,求解出二维地图坐标系内当前车载激光跟踪仪的位姿矩阵与: 9 其中,为当前移动平台坐标系与二维地图坐标系之间的转换关系,分别为激光跟踪仪坐标系与移动平台坐标系之间的转换关系; 结合二维地图坐标系与全局坐标系之间的标定结果,计算出全局坐标系内激光跟踪仪的位姿矩阵: 10 将二维转换矩阵升维为三维转换矩阵,如式11所示: 11 其中,、分别为三维旋转矩阵与平移向量,为激光跟踪仪坐标系原点与全局坐标系XOY面的高度; 12 其中,、分别为当前激光跟踪仪坐标系与全局坐标系内对应测点的坐标; 基于全局坐标系与车载激光跟踪仪坐标系之间转换关系、,采用矩阵多级传递得到全局坐标系内移动平台的位姿; 13 其中,表示全局坐标系内移动平台的坐标,代表全局坐标系下激光跟踪仪的位姿矩阵; 最后,根据全局坐标系内当前激光跟踪仪位姿的精准计算结果,采用激光跟踪仪的指向搜索测量技术与视觉辅助导引测量技术,实现对全部待测点的自主搜索测量。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人大连理工大学,其通讯地址为:116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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