[發明專利]一種基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法

有效

• 申請號: 201910075543.2
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109655805B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 來建成;鄒艾伶;李振華;王春勇;嚴偉;紀運景
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1、對單線激光雷達掃描的原始數據進行坐標變換與空間濾波；

步驟2、進行掃描數據聚類處理、線段識別，構建局部2D環境地圖；

步驟3、構建完整線段集，利用完整線段的長度作為匹配的參數，選擇最長完整線段與已知的2D環境地圖進行完整線段匹配對計算；

步驟4、進行激光雷達位姿估算、不同匹配對所對應掃描線段的重合長度計算，確定位姿；

步驟4中，不同匹配對所對應掃描線段的重合長度計算時，首先從不同匹配對中判定重合線段，判定條件為：局部地圖的線段兩個端點均在全局地圖的對應匹配線段上，計算重合線段的重合部分的長度，最后疊加除了匹配對的線段外所有重合線段的重合部分的長度，選擇重合長度最長時對應的匹配對為最佳匹配對，此時估算的激光雷達位姿即為當前激光雷達在室內環境地圖中所處位姿。

2.根據權利要求1所述的基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法，其特征在于，步驟1中，對激光雷達獲取的局部原始數據進行坐標轉換，將其極坐標轉換為直角坐標，具體是以激光雷達發射中心為坐標原點，其運動方向為y軸正方向，y軸開始順時針旋轉90°為x軸正方向建立激光雷達的局部直角坐標系，設激光雷達的某一掃描點為點P，將點P的極坐標(r,θ)轉換成直角坐標(x_p,y_p)，如下式所示：

x_p＝r cosθ

y_p＝r sinθ。

3.根據權利要求1所述的基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法，其特征在于，步驟1中，空間濾波采用改進的空間均值濾波法對邊緣數據的平滑效果進行改進，首先需要確定邊緣點，將某一點的距離值與相鄰的左右兩點的距離值進行比較，如果它們之間差值的絕對值大于設定的閾值，說明該點為邊緣點，然后對非邊緣點進行空間均值濾波。

4.根據權利要求1所述的基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法，其特征在于，步驟2中，掃描數據聚類處理采用基于自適應閾值的快速近鄰聚類法對點云數據進行區域分割，具體方法為：將第一點作為第一個物體的初始邊界點，作為第一類，隔點進行比較，若兩點間的距離小于閾值2TD，則認為該點與前一點屬于同一類，將該點添加至當前類中；若兩點間的距離大于閾值2TD，則認為該點不屬于當前類，則開始新的一個類，并以該點作為新的一個類的起點，但此時還需要判斷中間點與前一點間的距離是否小于另一個閾值TD，若小于TD，則中間點歸為上一類，反之，則認為與下一點為一類，重復上述比較，其中TD為自適應閾值，采用如下的方式進行計算：

TD＝βΔr

其中Δr表示相鄰兩點間的距離，Δr＝r sinΔθ，r為雷達獲取的極坐標半徑，Δθ為激光雷達的角分辨率，根據激光雷達的測距精度結合室內環境的特點，β設為8。

5.根據權利要求1所述的基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法，其特征在于，步驟2中，線段識別采用改進的IEPF來進行線段分割，具體過程為：將同區域內的數據點集中的起點和終點連成一條線段，計算點集中的每一個點到這條線段的距離，找出距離最大的點，如果該距離大于設置的閾值，則以該點為分界點，將原始點集分割成兩個新的點集，對兩個新的點集重復進行上述過程，直至所有的點到線段的距離都不大于設定的閾值時，結束分割，最后采用RANSAC對分割后的點云數據進行直線擬合。

6.根據權利要求5所述的基于掃描線段重合長度估計的激光雷達定位方法，其特征在于，線段識別中，會出現過分割與欠分割問題，針對欠分割，將閾值設置的盡量小一些，以保證充分分割，盡量排除欠缺分割的情況，這里閾值取[0.05,0.15]，針對過分割的情況，在進行直線擬合后判斷相鄰線段間的夾角是否大于某一閾值角度，來確定相鄰線段是否屬于同一條線段，這里閾值角度取[170°,179°]。