[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810804313.0
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108775901B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周風(fēng)余;萬方;尹磊;焦建成;邊鈞健;沈冬冬;王玉剛
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。其中，實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)解決了場景變化較大情況下SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)地圖構(gòu)建難題，使機(jī)器人在變化場景中能夠得到準(zhǔn)確的定位信息。實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)包括空間地理位置固定的SLAM建圖子系統(tǒng)，所述SLAM建圖子系統(tǒng)的數(shù)量至少為兩個(gè)且均相互獨(dú)立；所述SLAM建圖子系統(tǒng)被配置為：將其空間地理位置信息以及加入時(shí)間戳的所采集的局部場景地圖信息發(fā)送至核心服務(wù)器；核心服務(wù)器被配置為：根據(jù)SLAM建圖子系統(tǒng)的空間地理位置信息確定出所有相同時(shí)間戳的局部場景地圖之間的相對位置關(guān)系，進(jìn)而對所有相同時(shí)間戳的局部場景地圖進(jìn)行融合，生成實(shí)時(shí)全局SLAM場景地圖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)技術(shù)，是指把機(jī)器人放在未知的環(huán)境中，從一個(gè)未知位置開始移動(dòng)對環(huán)境進(jìn)行增量式地圖創(chuàng)建，同時(shí)利用創(chuàng)建的地圖進(jìn)行自主定位和導(dǎo)航。SLAM技術(shù)可以使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正的自主導(dǎo)航。定位算法與地圖表示通常成對應(yīng)用，SLAM問題中機(jī)器人定位依賴于環(huán)境地圖，而地圖創(chuàng)建過程也要依賴于機(jī)器人的準(zhǔn)確定位，這是一個(gè)高度相關(guān)的過程，必須同時(shí)求解，任何一個(gè)問題都不能單獨(dú)解決。

SLAM問題自1985提出以來，經(jīng)過了近三十年的發(fā)展。早些年激光SLAM技術(shù)主要應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航中，近些年隨著無人車技術(shù)的發(fā)展及技術(shù)需求，研究者們開始將激光SLAM技術(shù)應(yīng)用到無人車上。

無人車是一種特殊的輪式機(jī)器人。我國的無人車技術(shù)從80年代開始國內(nèi)相關(guān)高校也開始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究。為了促進(jìn)無人車技術(shù)的發(fā)展，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)從2009年開始至2016年已經(jīng)舉辦了八屆“中國智能車未來挑戰(zhàn)賽”。基于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對成熟，但由于衛(wèi)星信號易受到外界干擾，而且在城市道路中由于高樓、大橋、隧道等的遮擋致使GPS信號丟失，室內(nèi)環(huán)境下GPS導(dǎo)航無法使用，因此發(fā)展不依賴衛(wèi)星的定位技術(shù)已經(jīng)成為了必然趨勢，SLAM技術(shù)成為解決此技術(shù)需求的重要方法。無人車作為一種特殊機(jī)器人，其對周圍環(huán)境地圖的構(gòu)建以及對于自身在環(huán)境中的精確定位是實(shí)現(xiàn)無人車安全行駛的前提。無人車SLAM技術(shù)是指通過無人車車載傳感器對周圍環(huán)境進(jìn)行感知認(rèn)知的過程，其技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、模式識別和自動(dòng)控制等，是人工智能的一個(gè)重要方向。

無人車SLAM技術(shù)包括圖像SLAM和激光SLAM，其中，激光SLAM技術(shù)一直處于主導(dǎo)地位。激光雷達(dá)具有精度高、速度快、能夠快速響應(yīng)動(dòng)靜狀態(tài)下的環(huán)境變化等特點(diǎn)，因此激光SLAM技術(shù)的可靠性和安全性均優(yōu)于圖像SLAM。激光SLAM技術(shù)主要內(nèi)容包括無人車的定位和車輛周圍的環(huán)境地圖構(gòu)建。

但是，目前SLAM地圖導(dǎo)航存在以下問題：

(1)無論何種SLAM技術(shù)在定位的過程中都將依賴先驗(yàn)知識(先驗(yàn)地圖)確定自身所在的位置，如果環(huán)境產(chǎn)生了變化，再次依賴先驗(yàn)地圖定位將產(chǎn)生錯(cuò)誤的定位結(jié)果。例如：在堆垛倉庫、3c生產(chǎn)線、停車場、家庭商場等環(huán)境中，較大的環(huán)境變化普遍存在，對定位準(zhǔn)確性將產(chǎn)生巨大的影響，因此SLAM導(dǎo)航的機(jī)器人在這種場景中需要更新場景地圖才能繼續(xù)正常工作。當(dāng)場景相對較大時(shí)，重新構(gòu)建環(huán)境地圖將是一件非常麻煩的事情。

(2)在一些特定場景中，要通過一個(gè)激光雷達(dá)或者視覺傳感器在運(yùn)動(dòng)過程中建立較大環(huán)境地圖，往往對傳感器及機(jī)載資源本身性能要求較高，低成本的雷達(dá)往往難以勝任建圖任務(wù)，對于工業(yè)場景使用的雷達(dá)其成本更高。且對于某些無法閉環(huán)的場景如長廊，由于累計(jì)誤差的存在使得SLAM地圖存在偏差，最終導(dǎo)致導(dǎo)航定位誤差大而影響定位的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一目的是提供一種實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)，其能夠解決場景變化較大情況下SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)地圖構(gòu)建難題，使機(jī)器人在變化場景中能夠得到準(zhǔn)確的定位信息。

本發(fā)明的一種實(shí)時(shí)SLAM場景地圖構(gòu)建系統(tǒng)，包括：