[发明专利]一种基于断面结构与转向角度约束的断面插值方法

说明书

本发明提供了一种基于断面结构与转向角度约束的断面插值方法，包括步骤：光纤陀螺仪收到的机器人角速率突然增大，单位时间转动角度超过阈值时，对该断面进行一次扫描，并标注该断面为拐角断面k；在拐角断面k至拐角断面m之间采用插值。因在相邻断面之间进行了插值，本申请基于断面结构与转向角度约束的断面插值方法能够有效的避免尖锐拐角造成的模型误差。

技术领域

本发明涉及环境探测与机器人技术领域，特别地，涉及一种基于断面结构与转向角度约束的断面插值方法。

背景技术

目前，常见的地下空间是指地下采空区，矿区巷道、人防工程、轨道交通隧道等。这些建构筑物往往需要对横断面进行量测，获取断面的空间坐标，必要的时候还需要对断面进行三维建模。

对于地下采空区的断面扫描，有助于了解采空区内部情况，辅助判别是否存在危险源，是否适合人员进入，能够为采空区的治理提供前期资料。

对于矿区巷道、人防工程的断面扫描，能够帮助获知内部情况，建立巷道、人防工程内部的三维模型，为模拟井下救援逃生、建立全区三维模型仿真提供数据支撑。

对于轨道交通隧道等的断面扫描，能够确定隧道内部监测点的位置信息，能够检测内部结构及灾害信息，同时避免人员进入对于人身安全造成的不利影响。

由于断面扫描不是连续进行，两个断面之间的时间可能间隔很长，因此需要在断面之间进行插值。由于断面点是空间点，目前已有的空间插值方法包括IDW、克里金插值、Natural Neighbour插值、样条函数插值等，但这些插值一般适用于分布较为均为的散点。断面模型具有其自身的结构特点，目前还没有适用于断面模型的插值方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于断面结构与转向角度约束的断面插值方法，以解决现有插值方法中没有适合断面模型的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于断面结构与转向角度约束的断面插值方法，包括步骤：

A、光纤陀螺仪收到的机器人角速率突然增大，单位时间转动角度超过阈值时，对该断面进行一次扫描，并标注该断面为拐角断面k；

扫描点的空间直角坐标为(x_ij,y_ij,z_ij)，其中i的范围为1～1520，j的范围为1～n；

B、当扫描到断面k相邻的拐角断面m时，则拐角断面k至拐角断面m的范围内包括r+1个断面，分别为k，k+1，…，k+b，…，m-1，m，0≤br，km，m-k＝r；

C、在拐角断面k至拐角断面m之间采用插值方法：

C1、提取所有断面的第一个扫描点，即i＝1,j＝k,k+1,…,k+b,…,m-1,m，0br；

获得坐标点集合P(x_1j,y_1j,z_1j)，其中j＝k,k+1,…,k+b,…,m-1,m，0≤br；

C2、将坐标点集合P中的x,y,z分别提取出来，得到集合X(x_1j)，集合Y(y_1j)，集合Z(z_1j)，其中j＝k,k+1,…,k+b,…,m-1,m，0≤br；

C3、分别对集合X，Y，Z的坐标值进行采用拉格朗日插值或者牛顿插值等插值方法，等到插值后的坐标集合X’，Y’，Z’；

C4、将插值后的坐标集合X’，Y’，Z’分别对应提取出来，形成插值后的坐标点集合P’；

C5、将点坐标集合P’坐标存储，重新进行上述步骤，对2～1520序号的点进行插值。

优选的，步骤A中，角速率在单位时间转动角度的阈值为10°/秒。