无人矿卡卸载区典型点云缺损模式及修补方法研究
杨健健1
张昱源1
张少聪1
桂天牧1
黄乾坤1
王国勇2
额尔德木吐3
1.中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古 鄂尔多斯 017010;煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室,北京 1000832.中国矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古 鄂尔多斯 0170103.神华准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天煤矿,内蒙古 鄂尔多斯 010300
摘要：随着无人驾驶技术在露天矿的广泛应用,激光雷达点云数据的完整性对矿卡安全作业至关重要.针对卸载区复杂环境导致的点云缺损问题,系统研究了典型点云缺损模式及其修补方法,有效解决了露天矿卸载区点云空洞对挡墙识别与路面感知的威胁.首先建立了激光雷达点云缺损的几何遮挡模型,量化了障碍物遮挡概率与雷达参数、空间密度的关联性,以揭示其物理机制.基于实际采集的卸载区点云数据,统计并选取了六类典型空洞,结合多维特征详细分析了其缺损模式:I型(路面坡度变化)、II型(散乱岩土堆积)、III型(挡墙间隙)、IV型(挡墙结构缺损)、V型(岩土倾落)和VI型(扬尘遮挡).前四类源于地形遮挡,后两类由动态高密度遮挡物引发,弥补了现有研究对矿区特殊场景的针对性不足.针对不同缺损特性,提出基于地形特征的复合修补策略,通过动态栅格投影与主成分分析分割路面与挡墙点云,采用分块平面拟合(BPFR)方法实现路面的高效修复,基于泊松重建方法与凹包约束精准还原挡墙三维结构,最后合并修补结果.实验表明,在保证修补效率的同时,复合方法在法向量一致性(NC=0.99815)、均方根误差(RMSE=0.04971 m)和全局偏差(SSE=75.92)上均优于对比方法,且能适应卸载区复杂地形与动态遮挡场景.研究验证了所提方法在真实矿区数据中的有效性,提升了点云完整性与环境感知精度,为无人矿卡下游任务提供了可靠数据支撑,对推动露天矿无人化作业具有重要工程价值.
关键词：无人矿卡卸载区点云缺损模式空洞修补激光雷达
分类号：TD57(矿山运输与设备)TD67(矿山电工)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4703703)国家自然科学基金(U24B20162)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：21( 4588-4608 )
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