[發(fā)明專利]用于實(shí)時(shí)建圖與定位的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680034057.0
• 申請(qǐng)日: 2016-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN107709928B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 維托爾·塞凱拉;埃里克·沃爾法特;皮耶路易吉·塔代伊;西蒙娜·切里亞尼;卡洛斯·桑謝斯·貝倫格爾;戴維·普伊赫·阿爾科里薩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 歐洲原子能共同體由歐洲委員會(huì)代表
• 主分類號(hào): G01C21/20
• 分類號(hào): G01C21/20;G01S7/48;G01S17/42;G01S17/894;G05D1/02
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 魏彥

一種用于構(gòu)建能用于實(shí)時(shí)建圖、定位和/或變化分析的3D參考圖的方法，其中基于移動(dòng)激光測(cè)距掃描儀使用3D SLAM(同步定位與建圖)框架建立3D參考圖。一種用于實(shí)時(shí)建圖、定位和變化分析的方法，特別是在GPS被拒絕的環(huán)境中，以及一種用于實(shí)施所述方法的移動(dòng)激光掃描裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及定位與建圖，尤其是在GPS被拒絕的環(huán)境諸如室內(nèi)。

背景技術(shù)

已經(jīng)描述了或者市售有不同的解決方案來允許出于諸如定位或建圖的目的而獲取環(huán)境。不同的方法已經(jīng)產(chǎn)生不同的解決方案。

其中，許多商用和原型室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)基于慣性傳感器(例如，DLR的FootSLAM、Chirange地理空間室內(nèi)跟蹤)。它們小且便宜，但位置準(zhǔn)確度低，并且隨時(shí)間漂移顯著。此外，慣性系統(tǒng)不生成地圖信息。因此，它們僅適用于定位和導(dǎo)航目的，而不適用于地圖生成。

其他室內(nèi)定位系統(tǒng)基于傳輸無線電信號(hào)——類似于戶外環(huán)境中的GPS信號(hào)。一些系統(tǒng)使用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施(例如機(jī)場(chǎng)的WiFi網(wǎng)絡(luò)、Navizon)，其他的需要安裝專用的基礎(chǔ)設(shè)施(例如NextNav、SenionLab)。這些系統(tǒng)幾乎沒有傳感器成本(客戶端應(yīng)用使用具有專用軟件應(yīng)用的智能手機(jī))，但它們需要發(fā)射無線電信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。此外，它們不生成地圖信息。因此，它們僅適用于定位和導(dǎo)航目的，而不適用于地圖生成。

另一種有趣的產(chǎn)品使用3D掃描。ZEB1是使用3D激光掃描來快速(室內(nèi))建圖的商用產(chǎn)品。激光器安裝在彈簧上，并且需要手動(dòng)產(chǎn)生振蕩運(yùn)動(dòng)。它生成室內(nèi)環(huán)境的準(zhǔn)確3D模型。然而，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理是離線進(jìn)行的，所以系統(tǒng)不會(huì)向用戶提供即時(shí)反饋。因此，該系統(tǒng)適用于建圖，但不適用于實(shí)時(shí)定位。

再一種解決方案是在加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的激光背包。它是一RD項(xiàng)目，提出了一種背包，該背包配有若干2D線掃描儀，用于生成室內(nèi)環(huán)境的3D模型。同樣地，其不提供在線可視化。

最后一種解決方案被稱為L(zhǎng)OAM(激光雷達(dá)里程計(jì)與建圖)，并且其包括便攜式傳感器，帶有將激光掃描與視頻圖像組合用于實(shí)時(shí)定位和建圖的相關(guān)聯(lián)的算法。

幾乎所有這些解決方案都缺少實(shí)時(shí)/在線可視化，并且更重要的是，它們不允許在獲取和處理步驟中進(jìn)行任何直接的用戶交互。

技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)、裝置和方法，其不僅(特別是在GPS被拒絕的環(huán)境中)允許實(shí)時(shí)獲取、建圖和定位，而且還將提供實(shí)時(shí)可視化和用戶交互的可能性。此外，本發(fā)明還可以允許將當(dāng)前獲取的數(shù)據(jù)與先前獲取的地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。這將允許識(shí)別出自上一次建圖以來發(fā)生的差異或變化。這種變化或差異的在線識(shí)別在應(yīng)用諸如安全檢查、土木建設(shè)以及緊急或?yàn)?zāi)害管理中可以有很大的好處。

發(fā)明的總體描述

為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明在第一方面提出了一種用于構(gòu)建能用于實(shí)時(shí)建圖、定位和/或變化分析(的方法)的環(huán)境的3D參考圖的方法，包括以下步驟：

(a)用移動(dòng)實(shí)時(shí)激光測(cè)距掃描儀以每秒至少5幀(即5個(gè)點(diǎn)云)(優(yōu)選地至少10幀)的速率獲取環(huán)境的(3D)掃描儀數(shù)據(jù)，

(b)使用(3D)掃描儀數(shù)據(jù)為激光測(cè)距掃描儀的多個(gè)姿態(tài)中的每一個(gè)構(gòu)建地圖表示，每個(gè)姿態(tài)具有由掃描儀數(shù)據(jù)限定的相關(guān)聯(lián)的點(diǎn)云，地圖表示具有被配置用于對(duì)其的恒定時(shí)間隨機(jī)樣本訪問、快速最近鄰居搜索以及對(duì)大區(qū)域的可擴(kuò)展性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及

(c)使用地圖表示為環(huán)境建立3D參考圖，所述3D參考圖使用3D同步定位與建圖(3DSLAM)框架，所述建立包括

(i)使用里程計(jì)模塊，基于(最后的)點(diǎn)云到局部地圖表示的配準(zhǔn)針對(duì)每個(gè)點(diǎn)云估計(jì)激光測(cè)距掃描儀的當(dāng)前姿態(tài)，

(ii)使用局部軌跡優(yōu)化模塊，改善點(diǎn)云(子)集的軌跡，以便使局部地圖表示中的漂移最小化，以及