[發明專利]一種無人機的多機協同高精度建圖定位系統

有效

• 申請號: 202010930513.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112000130B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 孫光輝;付金宇;李曉磊;劉越
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

1.一種無人機的多機協同高精度建圖定位系統，其特征在于，包括無人機環境感知系統(1)、控制系統(2)、無人機協同建圖控制系統(3)和通信系統(4)；

通信系統(4)包括通信基站，通過無線基站建立無線局域網，所述無線局域網覆蓋目標區域；

無人機環境感知系統(1)采用點云掃描的方式獲取目標區域點云數據、無人機高度數據和無人機定位數據；

控制系統(2)用于根據不同時刻多無人機的位置，對每架無人機的飛行速度、角度及位姿進行控制；

無人機協同建圖控制系統(3)用于根據目標區域對每架無人機的飛行路線進行規劃，并建立坐標系，對多無人機掃描的點云數據進行融合獲取目標區域的三維點云地圖信息；

無人機協同建圖控制系統(3)在建圖過程中無人機的路徑規劃，保證全域范圍的覆蓋；是根據巡航路線進行互補，對于未進行覆蓋的位置進行補充掃描；再根據不同無人機的點云掃描數據，以一臺無人機作為參考點進行坐標系構建，然后將不同無人機的數據進行多源數據融合，重新在新坐標系中進行表達；

編隊內的所有無人機個體，至少有一臺無人機作為主機，其余無人機與主機間采用分布式控制，且當主機存在故障或信號中斷情況下，通過飛行基地中央控制模塊重新對無人機編隊中的剩余無人機進行指定，從而確立編隊中新主機；

對無人機編隊使用改進后的蟻群算法，根據需求優先設定聚類個數，即為待使用無人機數量，并且在各無人機巡航區域邊界處設置模糊巡航區域；

獲取目標區域的三維點云地圖信息的具體方法為：

首先根據目標區域的范圍，利用聚類分析結合A*算法對多無人機的飛行路線進行初始規劃，獲取初始編隊、避障和巡航控制信號；

然后實時接收點云數據、無人機的高度數據、無人機定位信息和無人機姿態，通過多源數據融合將多無人機的點云數據融合到同一坐標系，再采用二次簽名距算法及迭代就近點法ICP算法對點云數據進行匹配，獲得目標區域的三維重構圖，再采用支持向量機、隨機森林算法結合貝葉斯判別分類器對三維重構圖進行三維點云語義分割，獲得帶標簽的三維點云重構圖，對目標區域進行帶語義識別的三維立體重構，獲得目標區域的三維點云地圖信息；

還包括云端服務器，所述云端服務器用于實時接收多無人機發送的點云數據、無人機的高度數據、無人機定位信息和無人機姿態數據，建立坐標系，對多無人機掃描的點云數據進行融合獲取目標區域的實時三維圖像，并根據所述實時三維圖像與目標區域，判斷是否存在點云圖像空缺部分，根據點云圖像空缺部分的位置與無人機的實時定位信息，調整與空缺部分位置臨近的無人機的航行路線，點云激光雷達對圖像空缺部分位置進行點云掃描，并將目標區域的實時三維圖像與無人機的航行路線控制信號發送至無人機協同建圖控制系統(3)。

2.根據權利要求1所述的一種無人機的多機協同高精度建圖定位系統，其特征在于，無人機環境感知系統(1)包括多個子單元，每個子單元設置在一架無人機上，每個子單元均包括點云激光雷達傳感器模塊(1-1)、陀螺儀傳感器(1-2)、高度測量模塊(1-3)、高精度定位模塊(1-4)；

點云激光雷達傳感器模塊(1-1)用于對目標區域進行點云數據采集；

陀螺儀傳感器(1-2)用于對無人機姿態進行采集；

高度測量模塊(1-3)用于實時測量無人機的高度；

高精度定位模塊(1-4)用于實時對無人機進行定位。

3.根據權利要求2所述的一種無人機的多機協同高精度建圖定位系統，其特征在于，控制系統(2)包括無人機中央控制模塊(2-1)、無人機飛行控制模塊(2-2)和無線通信模塊(2-3)；

無線通信模塊(2-3)利用無線網絡與無人機協同建圖控制系統(3)進行無線通信；

將測量無人機的高度數據、無人機定位狀態和點云數據傳輸至無人機協同建圖控制系統(3)；

還將多無人機的編隊、避障和巡航控制信號發送至無人機飛行控制模塊(2-2)；

無人機中央控制模塊(2-1)用于將采集的點云數據傳輸至無線通信模塊(2-3)；

無人機飛行控制模塊(2-2)用于根據無人機的高度信息、定位信息、無人機的編隊、避障和巡航控制信號對無人機進行導航，同時根據陀螺儀傳感器(1-2)采集信息對無人機的位姿進行調整；

還用于根據無人機的位置和高度實時對無人機的飛行速度和飛行狀態進行控制。