3D激光导航方法概述-杜传明

,3D激光导航方法概述,目录页CONTENTSPAGE,3D激光应用背景,技术介绍,产生背景,应用情况,技术介绍,三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。,产生背景,产生背景：三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测量技术的又一次革命。,应用情况,三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，在国内越来越引起研究领域的关注。它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。,3D激光功能介绍,地图创建功能,定位功能,机器人路径规划与导航控制,3D激光功能介绍,地图创建功能：根据测距功能获得的周边环境的距离等信息，通过相关算法，构建周边环境地图。从而实现通过机器人在环境中的移动，构建变电站环境地图。定位功能：激光导航定位系统可以根据建立的环境地图和激光测距传感器测距信息等，通过相关算法处理，实时生成机器人当前环境内绝对位置航向数据，输出至机器人导航控制系统，以控制机器人运行。机器人路径规划与导航控制：在机器人所创建的地图中导航时，需要通过算法规划可行的最优路径。控制机器人导航过程中，需要通过控制方法控制机器人沿此路径行驶。,3D激光优势,建图效率,技术优势,针对变电站巡检机器人，“3D”激光技术使得变电站建图更加简便快捷，相同变电站建图效率由原来的三天缩短到半天，大大减少了建图时间和成本，且3D激光云点图使得巡检机器人巡检更加准确可靠，保证了机器人的运行稳定性。,3D激光优势,建图方法概述,建图,定位,导航,建图配置方法,一、建图（1）远程进入下位机，在HOME终端目录下执行：./1.Mapping.bash当遥控机器人行走一段距离之后（所走路线是一个闭环），关闭rviz窗口或在终端按Ctrl+C中止程序，点云地图自动保存文件，文件及文件路径如下：/home/robot/Maps/temporary.pcd建图建议漫游路径行程环形路径，在入网检测场地建议走口型或8字形路径。,建图配置方法,（2）地图编辑与平面地图截取在home/Maps路径中输入命令./3D_2Dtemporary.pcd2D_out.txt，出现平面地图截取的界面，通过使用上下左右健进行平面地图的截取。确定合适的高度后，CTRL+C即可退出程序，截取的2D平面地图存在2D_out.txt文件中。在home/Maps路径中输入命令./pcd2txttemporary.pcdtemporary_out.txt即可将3D点云地图文件由pcd格式转换成txt格式。之后通过犀牛软件操作txt即可完成地图的编辑与旋转，然后将处理之后的txt文件保存在Maps路径下，执行如下逆转换的流程。在home/Maps路径中输入命令./txt2pcdtemporary_out.txttemporary_2.pcd即可将3D点云地图文件由pcd格式转换成txt格式,然后执行下面的步骤。,建图配置方法,（3）点云地图转换在home目录下执行：./2.Convert.bash该程序的目的是生成定位用的点云地图和导航用的栅格地图（主要是将可行走路面滤掉），并保证坐标系一致，rviz中红色点云表示障碍物，绿色表示路面点云。rviz启动后等几分钟即可看到转换后的地图。此时即可关闭rviz或在终端按Ctrl+C中止程序，转换后的3D点云定位地图自动保存为/home/robot/Maps/MapForLocalization.pcd，2D点云定位地图自动保存为/home/robot/Maps/2D.pcd和/home/robot/Maps/2D.txt，转换后的导航地图自动保存为/home/robot/Maps/MapForNavigation.pcd,建图配置方法,二、定位在home目录执行./3.Localization.bash在建图后第一次执行该程序时，会生成相应的定位的文件，耗时比较长，所以等待终端中的进度完成100%或等待rviz界面中出现绿色地图即完成相应文件的生成。,建图配置方法,三、导航在home目录执行./4.Navigation.bash在rviz中使用2Dposeestimate在地图中设置机器人初始位姿。通过ftp工具将pgm图片地图下载到本地，然后通过小老鼠和画图工具将该文件转成成bmp地图文件，配置ROBOT_UI定位工具中的地图路径。打开后台定位工具即可进行位置初始化、导航控制、任务配置等工作了。,建图配置方法,总结：在一个新的测试场地，完成流程配置，概括如下流程：利用（1.mapping）建图程序建立环境地图。利用（2.convert）程序生成用于地图的转换。利用3.localizationg完成定位文件的生成。直接运行（4.navigation）,进行导航。,应用计划,变电站应用前景及计划,应用计划,开扩、创新服务、服务、