权利要求书： 1.一种基于矿场环境感知的堆料面预测方法，其特征在于，首先进行矿场环境感知，将堆料与墙壁进行分类，并在此基础上完成堆料面预测，包括以下步骤：第一步，进行矿场环境感知，包括点云预处理、配准、融合、水平校准、地面与堆料上方无用点去除、聚类、分类及提取；具体如下：(1)通过电铲实验平台上安装的两个不同位置的激光雷达扫描采集获取两幅矿场环境点云原始数据，命名为源点云与目标点云，对两幅原始点云进行数据预处理；所述的数据预处理包括点云NAN点的去除与降采样；
(2)点云配准，由初始配准与精配准两个环节组成；
2.1)初始配准方法选用SAC?IA采样一致性配准算法，根据给定点对间距离阈值选取有限个对应点对进行计算；初始配准需首先计算源点云与目标点云的法向量及表面曲率；搜索点云中各点的K个邻域点，基于最小二乘的局部表面拟合方法拟合平面S，计算公式如下：式中，为平面S的法线，d为平面S到坐标原点的距离，si为各点重心值，K为邻域点个数，argmin函数表示在目标函数最小时，获取该函数中自变量的值；
以拟合平面S的切平面法线近似作为各点的法向量；各点的K个邻域点的重心在拟合平面S上，同时法向量满足范数等于1，将求解法向量的问题转换为求解协方差矩阵P，对协方差矩阵P进行特征值分解，最小的特征值所对应的特征向量即为平面S的法向量，计算公式如下：式中，s0为平面S的重心，K为邻域点个数；
基于上述计算得到的两幅点云的法向量来计算FPFH特征，初始配准将基于FPFH特征进行初始刚性变换矩阵计算，其目的是为精配准提供一个初始迭代值；FPFH特征计算公式如下：式中，pq是查询点，pk是查询点pq的各邻域点，WK为权重，以pq与各邻域点之间的距离来表示，K为邻域点个数，SPFH(pq)为查询点pq与其邻域点间的角度特征；
2.2)精配准选用ICP迭代最近点算法，该算法分别在两幅点云中根据点对间距离阈值，最大迭代次数、前后两次刚性变换矩阵最小容差重复寻找对应点对，直至找到最邻近点(pi，qi)，计算出最优的刚性变换矩阵，使得误差函数最小；误差函数公式如下:式中，n为最邻近点对的数量，pi为目标点云中的点，qi为源点云中与pi对应的最邻近点，R为旋转矩阵，t为平移向量；
(3)点云融合使用体素栅格法进行配准融合后点云数据量的
声明：
“基于矿场环境感知的堆料面预测方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：大连理工大学
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2025年06月13日 ~ 15日 
