[發明專利]復雜環境下融合SLAM技術的移動測量方法

有效

• 申請號: 202011139815.X
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112268559B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李帥鑫;李廣云;王力;宗文鵬;高揚駿;羅豪龍;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/47
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發明涉及一種復雜環境下融合SLAM技術的移動測量方法，屬于點云數據處理技術領域。測量方法包括：獲取激光點云數據、載體的位姿；利用載體的位姿消除激光點云數據的運動畸變；進而通過SLAM技術進行子地圖的配準，構建局部因子圖；局部因子圖包括里程計因子、IMU預積分因子、第一配準因子、小閉環因子、以及子地圖；優化局部因子圖后得到載體的局部運動軌跡以及優化后的子地圖；以優化后的子地圖為優化單元，構建全局因子圖；全局因子圖包括第二配準因子、連續配準因子、大閉環因子以及GNSS因子；優化全局因子圖后，得到載體的全局運動軌跡以及全局地圖。本發明通過將SLAM技術與GNSS/IMU定位技術融合，有效提升了定位軌跡的平滑度，并且提高了地圖構建的精度。

技術領域

本發明涉及一種復雜環境下融合SLAM技術的移動測量方法，屬于點云數據處理技術領域。

背景技術

移動測量系統(Mobile Mapping System,MMS)通常由由車載平臺、定位模塊和與車體固連的激光雷達組成，定位模塊為全球定位系統(Global Navigation SatelliteSystem,GNSS)和慣性導航系統(Inertial Navigation Syastem,INS)組合的定位定姿系統(Position and Orientation measurement System,POS)，也即POS定位模塊。在車載平臺正常移動的狀態下，通過POS定位模塊獲得車載平臺基于大地坐標系下的高精度6DoF位姿，該系統具有高精度、全天時、數據采集效率高等特點，已被廣泛應用于城市環境的三維重建任務中。例如：高精地圖(High Definition Map,HDM)的建立，HDM是無人駕駛和智慧城市構建等高新科技領域最基礎，同時也是最關鍵的部分。衡量HDM制備的技術指標包括地圖的精度和一致性，以及制備的效率等，一般而言，在地圖的精度方面要求達到絕對偏差在10cm以下；在一致性方面要求地圖中沒有重影；在制備效率方面要求能夠高效的構建和更新HDM。

然而，傳統的MMS在復雜環境下主要面臨三個問題：(1)POS定位模塊依賴于GNSS/INS的組合導航設備，而該設備在諸如城市峽谷、繁茂森林、隧道和地下停車場等復雜極端環境下無法獲得良好的衛星觀測數據，定位精度受到嚴重影響，甚至無法正常工作。(2)系統所構建的點云地圖的一致性不穩定，在定位隨機誤差較大的區域產生“點云重影”。(3)生成高精度點云地圖前，往往需要對點云地圖進行優化和校正，而對海量規模的點云數據進行整體優化將消耗大量時間和計算資源。

針對GNSS信號缺失導致復雜環境下的定位差、地圖構建不準的問題，一般有以下兩種解決辦法：1.對多次觀測的相同區域的點云地圖進行配準，從而解決GNSS信號中斷時的軌跡缺失。這種方法一方面要求測量系統必須對同一區域進行多次重復測量，這無疑在很多實際應用中是難以實現的；另一方面，這類方法需要大量的人工參與去識別相同的測量區域，并不斷調整匹配結果以保證足夠高的點云配準精度，耗費大量的人力資源。2.在環境中布設控制點，并利用INS進行定位，通過提取和識別控制點來控制INS的漂移；顯然，這種方法要進行大量的前期測繪工作，這有悖于移動測量高效獲取未知環境下地理空間信息的初衷。

為此，針對GNSS信號存在間斷的復雜環境，有人提出一種偽GNSS/INS組合的定位方法，以解決MMS中POS定位模塊對GNSS信號的過度依賴。其核心思路是利用實時定位與地圖構建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技術得到GNSS缺失環境下的位姿估計量，將位姿估計量構造為偽GNSS信號。雖然該方法最大限度的保持了典型MMS的框架，將MMS模塊化，但將SLAM的估計結果重構為GNSS信號增加了計算的消耗，并且在轉換中可能造成精度損失，降低高精地圖的構建精度。

發明內容

本申請的目的在于提供一種復雜環境下融合SLAM技術的移動測量方法，用以解決現有融合SLAM技術的移動測量方法計算量大、精度低的問題。

為實現上述目的，本申請提出了一種復雜環境下融合SLAM技術的移動測量方法的技術方案，包括以下步驟：