[發明專利]一種基于GPS、5G以及視覺的石化巡檢機器人導航定位方法

有效

• 申請號: 202010771058.1
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111735458B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 賴欣;張晨蕾;江紅;李奧華;李嘉禾;王森;王寶寶;談峻菡
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于GPS、5G以及視覺的石化巡檢機器人導航定位方法。它實現巡檢機器人在各種復雜環境運行時的無縫精準定位。其技術方案：由GPS模塊、5G模塊、視覺模塊、里程計模塊、判斷模塊、濾波器、環境特征地圖、分布式融合模塊和融合信息定位模塊組成，利用并行隱式等權粒子濾波定位算法建立機器人誤差模型和量測模型，采用調節α和β兩個參數對每個粒子進行更新，獲得局部狀態估計和局部協方差并分別傳送到對應分布式多傳感器融合模塊，融合信息定位模塊利用最優信息融合準則將組合狀態估計進行融合，決策出全局最佳狀態估計。本發明融入5G技術，采用多傳感器數據融合，延時短，精度高，擴展了巡檢機器人的應用場景。

技術領域

本發明涉及了一種基于GPS、5G以及視覺的石化巡檢機器人導航定位方法，屬于機器人導航定位領域。

背景技術

隨著當前社會的發展和技術的進步，機器人自動巡檢技術得到空前發展和廣泛應用。很多場合需要用到自動巡檢技術，諸如石化工廠、油田、天然氣站場、輸油場站等。這些場所兼具工作場地面積大、工作環境復雜、各種安全隱患不易排查等特點，給人工排查帶來了極大的工作難度和工作強度。不僅如此，傳統的人工巡檢，不僅效率低，工作量大，而且由于不確定性因素的存在，甚至在某些特定場合具有一定的危險性。一方面，人工巡檢會導致一些比較隱蔽的故障沒有及時排查，很可能給公司和企業造成重大財產損失甚至人員傷亡。另一方面，人工排查效率較低。而對于這些工作場所的巡檢，排查的內容可能存在于室內室外，工作環境復雜多樣，會遇到陰雨雷雪等惡劣天氣。對于上述問題，如果能用巡檢機器人代替人工作業，不僅可以降低員工的工作難度和工作強度，而且可以在一定程度上避免因危險環境作業而導致的人員傷亡。由此可見，研究一種巡檢功能強大，適用范圍廣，對環境有一定的適應能力，檢測結果準確的智能巡檢機器人勢在必行。

自主導航定位問題是智能巡檢機器人技術研究的關鍵所在，是在機器人實踐作業中解決“我在哪兒”的問題，這不僅關系到巡檢機器人能否按照預定方案完成作業，而且定位的精準和迅速已經成為移動機器人能否運用到實踐中的決定性因素。

目前有很多與巡檢機器人相關的理論和研究，并且已經取得了一定的應用和發展。下面介紹幾種導航定位方法及其優缺點：

(1)基于激光雷達+SLAM技術導航定位方法：此類方法應用于室內移動機器人和變電站機器人，其主要缺點是巡檢機器人觀測范圍有限，且對環境的適應能力不夠，對特征稀疏的某些場合無法做到精準定位，且激光技術受天氣影響較大，對于天氣變化的適應性差。

(2)基于燈光追蹤與紅外圖像的導航定位方法：該方法和磁條引導加射頻識別RFID，盡管此方法導航定位精度較高，在一定范圍內對環境適應性較好。但是需要預先布置導航燈，加大了工作難度，并且后期維護成本較高。再者只能在置有導航燈的環境中工作，在此之外，基本喪失導航定位能力或者導航精度將受到影響。

(3)基于北斗衛星的GPS軌跡定位方法：當前GPS軌跡定位方法均采用單頻定位，且數據來源單一，在數據異常情況下容易出現定位精度的問題。

此外也有部分研究多傳感器融合定位的方法，但大多只針對于特定場合，在大多數情況下，難以保證其信號穩定，對于一般場合的適應性較差。

采用多傳感器數據融合，不僅可以加大導航定位的精度，而且對于普遍的工作環境有很好的適應性。目前我國5G技術飛速發展，相對于4G而言，5G具有高速、低功耗的、泛在網和低時延等優點，給通訊和導航定位等領域帶來了極大的便利。與傳統非線性濾波方法相比，粒子濾波直接采用非線性模型，使得粒子濾波具有更高靈活性和更優估計精度。因此粒子濾波技術逐漸在非線性研究和非高斯系統最優估計問題中取得獨特地位，但由于粒子濾波仍然存在一些問題，諸如需要大量的樣本數量，且大量的樣本數量對應的算法復雜度高，而且重采樣階段會造成樣本有效性和多樣性的損失，導致樣本貧化現象。為解決這類問題，我們提出一種基于并行隱式等權粒子濾波和5G等多傳感器融合的導航定位方法。

發明內容：