水下集矿作业车运动光学实时跟踪测量系统

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1、第３４卷第６期国防科技大学学报Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．６２０１２年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＩＯＮＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＤＥＦＥＮＳＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１２水下集矿作业车运动光学实时跟踪测量系统１，２３１１周剑，海钰琳，孙祥一，张小虎（１．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙４１００７３；２．南京军区７３１７１部队，上海２０１３１８；３．西北大学信息科学与技术学院，陕西西安７１０１１８）摘要：集矿作业车是大洋采矿系统的关键技术，在实验定型阶段，高精度的测量集矿作业车的运动学参数是检验集矿作业车的牵引、控制等模块性能必不可少的环节。针对集矿作业车在水中行进、活动范

2、围较大的特点，提出了利用广角镜头进行双目交会测量的光学方法，实现了集矿作业车运动轨迹实时跟踪测量系统。该系统首先在实验室内利用网格板对广角镜头的畸变进行修正；其次，在现场，根据场景中的自然特征，在室内标定的基础上，修正镜头畸变，标定摄像机内外参数；最后，两台摄像机跟踪集矿作业车上的合作特征，实时交会测量获得集矿作业车的运动轨迹，包括位置、速度等。该系统的测量结果与全站仪测量结果的残差为５ｍｍ。系统已正式通过验收，并投入使用。关键词：摄像测量；集矿作业车；广角镜头；畸变中图分类号：ＴＰ３９１．４文献标志码：Ａ文章编号：１００１－２４８６（２０１２）０６－０１２５－０５Ｏｐｔｉｃｓｂａｓｅ

3、ｄｒｅａｌｔｉｍｅｔｒａｃｋｉｎｇａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔａｓｋｍａｃｈｉｎｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ１，２３１１ＺＨＯＵＪｉａｎ，ＨＡＩＹｕｌｉｎ，ＳＵＮＸｉａｎｇｙｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｈｕ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；２．７３１７１ＴｒｏｏｐｓｏｆＮａｎｊｉｎｇＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｇｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１３１８，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｃｈｏｏ

4、ｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１０１１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭｉｎｉｎｇＴａｓｋＭａｃｈｉｎｅｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＯｃｅａｎＭｉｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ．Ｔｏｆｉｎａｌｉｚｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ＩｔｉｓｔｈｅｋｅｙｓｔｅｐｔｏｔｅｓｔｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔｏｆｔｈｅＭｉｎｉｎｇＴａｓｋＭａｃｈｉｎｅｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｋｉｎｅｍａｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．ＭｉｎｉｎｇＴａ

5、ｓｋＭａｃｈｉｎｅｍｏｖｅｓｉｎａｌａｒｇｅａｒｅａｉｎｗａｔｅｒ，ａｂｉｎｏｃｕｌａｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｗｉｄｅａｎｇｌｅｌｅｎｓｉｓｕｓｅｄｔｏｍａｋｅｒｅａｌｔｉｍｅｔｒａｃｋａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆＭｉｎｉｎｇＴａｓｋＭａｃｈｉｎｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｌｅｎｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｃａｌｉｂｒａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｇｒｉｄｄｉｎｇｂｏａｒｄｉｎｌａｂ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｅａｔｕｒｅ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｌｅｎｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｍｏｄｉ

6、ｆｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｌａｂａｎｄａｌｌｔｈｅｃａｍｅｒａｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃａｌｉｂｒａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｙｓｔｅｍｔｒａｃｋｓａｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｆｅａｔｕｒｅｏｎＭｉｎｉｎｇＴａｓｋＭａｃｈｉｎｅａｎｄｍｅａｓｕｒｅｓｔｈｅｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｅｔｃ．ｏｆｉｔｏｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｉｓａｂｏｕｔ５ｍｍ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｐａｓ

7、ｓｅｄｔｈｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｈａｓｂｅｅｎｐｕｔｉｎｔｏｕｓｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｄｅｏｍｅｔｒｉｃｓ；ｍｉｎｉｎｇｔａｓｋｍａｃｈｉｎｅ；ｗｉｄｅａｎｇｌｅｌｅｎｓ；ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ随着工业化进程的加速，人类对矿产资源的定了针对大洋多金属结核采矿的“水力集矿机需求也与日俱增，而陆地上的许多矿产资源正面（采集）－软管输送系统（输送）－水面支持系统”［２］临着枯竭的危险，且已很难满足人们的需求