[發明專利]一種改進圖優化的地圖構建方法及系統

有效

• 申請號: 202111211201.2
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113916232B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 張成梁;牛曉曉;張文斌;付帥帥
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明屬于移動機器人的同步定位與構建地圖(SLAM)領域，提供了一種改進圖優化的地圖構建方法及系統。該方法包括，獲取數據信息，基于所述數據信息建立頂點與頂點間的約束關系，得到第一位姿和第一位姿圖；按照觀測距離的不同為第一位姿圖中的每個單元格添加修正系數，確定挖掘機的當前位置；對所述第一位姿和第一位姿圖進行優化，在優化中根據相機觀測到的數據建立似然分布，依據所述似然分布增加固定數目的附加位姿，得到優化后的第二位姿和第二位姿圖，其中，所述第二位姿為挖掘機的運動軌跡，所述第二位姿圖為地圖。

技術領域

本發明屬于移動機器人的同步定位與構建地圖(SLAM)領域，尤其涉及一 種改進圖優化的地圖構建方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在 先技術。

目前，智能化和無人化技術在挖掘機上運用越來越廣泛。挖掘機作為一種 重要的工程機械，一般都工作在環境惡劣，工況危險的場合。為了提高挖掘機 工作的自動化水平以及保障駕駛員的安全，國內外學者已經對可遠程遙控的自 動挖掘機進行了研究。而為保證挖掘機作業具有良好的效果，對挖掘機精準定 位是面臨的重要挑戰之一。

同時定位與建圖(Simultaneous Localization and Mapping，簡稱SLAM)，最 早在機器人領域中提出，其SLAM問題可以簡單描述為：一個在未知位置和未 知環境中移動的機器人，在移動過程中根據位置估計和傳感器數據進行自身定 位，同時構建增量式地圖。而圖優化融合方法能將所有的歷史信息和當前信息 一起構建成一個位姿圖，基于位姿圖構建優化代價函數，將所有歷史信息和當 前信息一起優化，能夠充分利用歷史信息估計當前狀態，經常用于室外復雜環 境。

傳統的圖優化SLAM方法用前端構圖和后端優化構圖的方法來提高構建地 圖的精度和準確性，以閉環檢測的方法實現構圖的完整性。但是在礦山這種環 境惡劣、特征復雜的環境中，節點的有效性不能很好的保證，從而造成建立的 地圖無法精確提供導航定位。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的技術問題，本發明提供一種改進圖優化的 地圖構建方法及系統，其根據相機觀測到的數據建立似然分布，依據所述似然 分布增加固定數目的隨機節點，以獲得更準確的節點分布來有效提高定位精度； 在閉環檢測步驟中提出了修正系數，提高了先驗概率的計算精度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面提供一種改進圖優化的地圖構建方法。

一種改進圖優化的地圖構建方法，包括：

獲取數據信息，基于所述數據信息建立頂點與頂點間的約束關系，得到第 一位姿和第一位姿圖；

按照觀測距離的不同為第一位姿圖中的每個單元格添加修正系數，確定挖 掘機的當前位置；

對所述第一位姿和第一位姿圖進行優化，在優化中根據相機觀測到的數據 建立似然分布，依據所述似然分布增加固定數目的附加位姿，得到優化后的第 二位姿和第二位姿圖，其中，所述第二位姿為挖掘機的運動軌跡，所述第二位 姿圖為地圖。

進一步地，所述按照觀測距離的不同為第一位姿圖中的每個單元格添加修 正系數，確定挖掘機的當前位置的過程包括：

將第一位姿圖分割為n個單元格；

計算挖掘機出現在當前單元格的概率；

按照觀測距離的不同為每個單元格添加修正系數，使修正系數與觀測距離 的關系符合高斯分布鐘型曲線；

采用修正系數修正先驗概率，將先驗概率最大的位置作為挖掘機當前位置， 并依此判斷挖掘機是否實現閉環。