煤炭学报

作者：杨健健, 张昱源, 张少聪, 桂天牧, 黄乾坤, 王国勇, 额尔德木吐,

关键词：无人矿卡, 卸载区, 点云缺损模式, 空洞修补, 激光雷达,

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。

来源：2025年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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