[發明專利]一種無依托定位與導航方法、裝置及存儲介質

有效

• 申請號: 202010752779.8
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN112082565B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 鄭南寧;夏超;楊岳東;沈艷晴;陳仕韜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01C21/32
• 分類號: G01C21/32;G01C21/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開一種無依托定位與導航方法、裝置及存儲介質，方法包括以下步驟：基于同步定位與建圖以及慣性導航系統協同構建高精度導航地圖；通過多維空間二分算法對所述高精度導航地圖分為若干塊地圖區塊，并進行編碼，獲得每個地圖區塊內的編碼、點云的數量以及中心位置坐標；基于最鄰近搜索方法通過對經過處理的高精度導航地圖中每個區塊進行二次分區和編碼獲得更高分辨率的柵格并構建索引和鄰域遍歷進行點云配準；對所述點云配準結果采用基于擴展卡爾曼濾波的多源融合算法進行自適應定位，得到準確的定位結果；解決了大規模場景下地圖存儲與加載，點云配準算法加速等關鍵性問題，實現高精度無依托定位；提升了無人駕駛系統的可行駛區域和范圍。

技術領域

本發明屬于人工智能與無人駕駛領域，特別涉及一種無依托定位與導航方法、裝置及存儲介質。

背景技術

隨著人工智能的不斷發展和迭代，自主移動智能體對定位的精度，頻率，魯棒性等關鍵指標要求越來越高。目前的無人駕駛系統大多依賴GPS全球衛星導航系統實現自我定位，然而在無人駕駛系統應用場景中存在大量GPS信號遮擋的環境，例如林蔭道路，城市高樓，地下車庫等環境，會導致GPS定位漂移甚至丟失，嚴重影響無人駕駛系統行駛的安全性，因此亟需一種無依托定位方案彌補GPS信號缺失帶來的安全隱患，即不依賴任何外部信號(GPS，WIFI，蜂窩移動數據等)提供位姿信息實現無人駕駛平臺在自然場景中的自我定位。解決該問題的難點在于以下兩個主要方面：1.基于車載傳感器實現無依托定位需要存儲大量的先驗地圖，因此地圖的存儲與加載對計算平臺的內存與緩存的需求極高；2.要保證定位結果的實時性與低延遲性，需要整體算法框架的高速并行運行，然而采用傳統的CPU/GPU進行加速則必然導致另一個嚴重問題就是能耗過高。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種無依托定位與導航方法、裝置及存儲介質，通過對地圖數據進行壓縮和分區編碼實現大規模地圖存儲和快速索引，同時基于CPU-FPGA異構處理器對整體算法框架進行加速，實現不依賴車載傳感器以外的信號源的情況下快速準確，且魯棒性更好的定位結果輸出。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種無依托定位與導航方法，包括以下步驟：

S100，基于同步定位與建圖以及慣性導航系統協同構建高精度導航地圖；

S200，通過多維空間二分算法對S100所述高精度導航地圖進行分區，將所述高精度導航地圖分為若干塊地圖區塊，并進行編碼，獲得每個地圖區塊內的編碼、點云的數量以及中心位置坐標；

S300，基于最鄰近搜索方法通過對經過S200處理的高精度導航地圖中每個區塊進行二次分區和編碼獲得更高分辨率的柵格并構建索引和鄰域遍歷進行點云配準；

S400，對S300所得點云配準結果采用基于擴展卡爾曼濾波的多源融合算法進行自適應定位，得到準確的定位結果。

S100具體步驟如下：

S101，依次通過同步定位與建圖中激光雷達幀間匹配、回環檢測以及圖優化算法對GPS信號遮擋區域的地圖進行矯正，獲得高精度點云地圖以及高精度點云地圖中的無人駕駛平臺的軌跡信息，

S102，基于S101所構建的高精度點云地圖，以所述軌跡信息中包含的高程作為依據對高精度點云地圖進行地面濾波處理；將無人駕駛平臺軌跡中高程低于設定閾值的高精度點云地圖中的點進行過濾，得到高精度導航地圖。

S200中，保存有效地圖區塊的編碼、點云數量以及地圖區塊中心位置坐標。

S300具體如下：對高精度導航地圖進行二次分區和編碼，得到分辨率更高的地圖柵格及對應的編碼，建立從分辨率更高的編碼至所述地圖上個的映射，即得到鄰域數據索引；

將激光雷達數據轉換以相同方式進行編碼得到與其位置對應的地圖柵格，依照預處理過程中建立的映射關系獲得實際地圖柵格中的點云數據。