[發明專利]一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法

在審

• 申請號: 202110246946.6
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112967392A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 梁彧;羅杰;尤虎;楊旭
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/20;G06T19/20;G06T7/33;G06T7/73
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明涉及提供一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，包括步驟：通過激光雷達對大規模園區進行環境感知和三維點云信息采集，通過IMU傳感器的觀測結果進行預積分來輔助Lidar的幀?局部地圖匹配的定位；利用幀?局部地圖匹配方法對大規模園區點云地圖的構建；采用NDT配準算法對大規模園區內所有機器人進行實時定位。通過本發明，能夠在沒有環境信息的基礎上，對周圍環境進行地圖構建并定位，提高了智能車地圖構建和即時定位的能力，精度高，實時性好，應用前景廣泛。

技術領域

本發明屬于地圖構建與定位技術領域，更具體地說，特別涉及一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法。

背景技術

工業園區是自動駕駛技術的重要場景，目前園區自動駕駛技術已經成功應用于園區擺渡、倉儲物流、環衛、醫院物資運輸等場景。與搖桿操作控制的方式不同，智能車是通過傳感器對自身及周圍環境感知定位，結合檢測的障礙物信息和地圖信息完成自主導航功能。通常采用全球定位系統(GPS)完成定位，然而在現實中，外部干擾是不可避免的，在室內、嚴重遮擋或電子干擾的環境下會因為GPS信號丟失導致定位失敗。因此，如何給智能車提供精確、可靠的位置信息，已經成為智能車定位優先考慮的問題。

發明內容

本發明為了解決上述提到的問題，提供了一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，包括：

通過激光雷達對大規模園區進行環境感知和三維點云信息采集，通過IMU傳感器的觀測結果進行預積分來輔助Lidar的幀-局部地圖匹配的定位；

利用幀-局部地圖匹配方法對大規模園區點云地圖的構建；

采用NDT配準算法對大規模園區內所有機器人進行實時定位。

其中，在通過激光雷達對大規模園區進行環境感知和三維點云信息采集的步驟中，包括步驟：

通過激光雷達對大規模園區周圍環境進行實時監測，包括障礙物距離信息和反射強度信息，對周圍環境感知并采集三維點云信息；

利用距離信息和對應姿態角的三角函數值可以得到點云在激光雷達坐標系下的坐標值。

其中，在通過IMU傳感器的觀測結果進行預積分來輔助Lidar的幀-局部地圖匹配的定位的步驟中，包括：

通過IMU傳感器的三軸垂直測量的加速度計，根據牛頓第二定律的電容變化測量得到三軸；

通過IMU傳感器的陀螺儀，測量運動中物體的慣性科氏力，從而間接測量三軸角速度。

其中，三維點云信息采集的步驟還包括：采用RTK差分定位技術，通過建立已知定位信息基站的衛導天線接受GPS信號，隨后移動站通過4G差分模塊數傳天線來接收差分位置信號，根據差分信號矯正移動站GPS傳感器接收的原始定位信息，從而得到準確的位置和方位信息。

其中，在利用幀-局部地圖匹配方法對大規模園區點云地圖的構建的步驟中，包括：

步驟1：定義坐標系與符號，將世界坐標系表示為W，機器人主體坐標系表示為B，假定IMU坐標系與機器人主體坐標系重合，機器人的狀態寫成：

x＝[R^T，p^T，v^T，b^T]^T

其中R∈SO(3)為旋轉矩陣，p∈R³為位置向量，v為速度，b為IMU偏置；從B到W的變換T∈SE(3)表示為T＝[R|p]；

步驟2：IMU傳感器的角速度和加速度測量值通過公式定義：